综述：脑转移瘤肿瘤微环境的细胞景观

《Acta Neuropathologica》：Future directions in the treatment of brain metastases: evaluating the role of cellular players in the tumour microenvironment

脑转移瘤是晚期癌症患者常见的严重并发症，其肿瘤微环境（TME）具有高度异质性，显著影响疾病进展及治疗反应。研究人员通过整合单细胞RNA测序（scRNA-seq）、空间转录组学及多组学技术，系统解析了脑转移瘤中肿瘤细胞与中枢神经系统（CNS）常驻细胞及外周免疫细胞的动态互作。研究发现，肿瘤细胞通过获得神经元样表型（如上调谷氨酸受体、GABA代谢通路及突触相关蛋白），劫持神经信号通路以促进定植与生长。星形胶质细胞在转移早期通过分泌纤溶酶原激活物（PA）诱导肿瘤细胞休眠，而在晚期则通过pSTAT3信号及外泌体miR-19a促进免疫抑制及化疗抵抗。肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）呈现显著异质性，从APOE+抗炎表型向S100A8+促炎表型转化，并通过CSF1R及CCL2等因子重塑细胞外基质（ECM）。中性粒细胞通过EZH2磷酸化及NETosis形成免疫抑制微环境，而淋巴细胞浸润程度及功能状态因原发肿瘤类型而异，黑色素瘤脑转移中CD8+T细胞浸润最高，且与免疫检查点抑制剂（ICI）疗效相关。此外，脑脊液（CSF）免疫图谱可反映颅内免疫状态，为无创监测提供可能。该研究揭示了脑转移瘤TME的细胞多样性及可塑性，为开发靶向TME的联合治疗策略提供了理论基础。

神经元样表型使肿瘤细胞适应脑微环境

脑转移瘤细胞通过表观遗传、转录及蛋白质水平的重编程获得神经元样特征，以适应富含神经递质的脑微环境。神经元共培养可诱导肿瘤细胞表达突触活性调节分子，包括大麻素受体1（CNR1）、早期生长反应因子2（EGR2）及活动调节细胞骨架相关蛋白（ARC），并促进突触小体相关蛋白25（SNAP25）膜转运，该蛋白为可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子附着蛋白受体（SNARE）复合物的组分。乳腺癌细胞依赖旁分泌的γ-氨基丁酸（GABA）而非内源性GABA维持代谢，而丙戊酸（valproic acid）等靶向GABA的抗惊厥药物可有效抑制脑转移瘤异种移植模型生长。此外，nestin（NES）等神经元标志物的过表达与乳腺癌脑转移发生率正相关，且单细胞测序在黑色素瘤及非小细胞肺癌（NSCLC）脑转移中均鉴定出具有神经样基因特征的细胞亚群，部分特征与胶质瘤亚型相似，提示存在趋同的生存机制。

神经元基因表达对肿瘤细胞的功能性影响

神经元相关基因通过特定分子机制驱动脑转移进展。脑酸性可溶性蛋白1（BASP1）在NSCLC脑转移中高表达，通过表皮生长因子受体（EGFR）信号促进肿瘤细胞增殖及微转移灶形成。微管蛋白β3Ⅲ类（TUBB3）在乳腺癌脑转移细胞中上调，其敲低可减少体外迁移及体内微转移形成，且该过程受人表皮生长因子受体2（HER2）调控。溴结构域和超末端结构域（BET）抑制剂通过降低髓样锌指蛋白1（MZF-1）水平上调TUBB3表达，进而增强微管靶向药物长春瑞滨（vinorelbine）的敏感性，为HER2阳性乳腺癌脑转移提供潜在治疗策略。

神经递质及其他信号分子介导肿瘤-神经元互作

神经递质是脑转移瘤进展的关键介质。谷氨酸通过α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸受体（AMPAR）及兴奋性氨基酸转运体1/2（EAAT1/2）促进黑色素瘤及乳腺癌细胞增殖与侵袭，核因子κB（NF-κB）的组成性激活可增强该效应。N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDAR）在基底样及三阴性乳腺癌中高表达，其亚基GluN2B磷酸化水平在脑转移标本中升高，并通过伪三联突触构象与神经元互作，促进肿瘤侵袭。GABA通过GABA转氨酶（GABA-T）及GABA分流途径为乳腺癌脑转移细胞提供能量，同时调控 invadopodia组装以增强侵袭能力。此外，生长素释放肽（ghrelin）诱导的神经元神经肽Y（NPY）分泌可通过Y5受体（Y5R）信号促进NSCLC脑转移细胞从糖酵解向脂肪酸氧化的代谢转换，且低体重指数（BMI）患者血浆ghrelin水平可作为脑转移风险标志物。

神经元-肿瘤细胞的双向互作

除神经元对肿瘤的影响外，脑转移瘤亦可反向调控神经元生理。研究人员通过机器学习分析体内局部场电位发现，脑转移瘤可通过早期生长反应蛋白1（EGR1）依赖的方式影响局部神经回路，且该效应与原发肿瘤组织学类型相关。这种双向互作提示，非侵入性电生理方法或可成为评估脑转移瘤生物学行为的新型诊断工具。

治疗启示

靶向神经递质依赖性的治疗策略显示出潜力。抗惊厥药氨己烯酸（vigabatrin）及丙戊酸通过抑制GABA-T阻断GABA代谢，抑制脑转移瘤生长。此外，抗精神病药物如三氟拉嗪（trifluoperazine）、氟奋乃静（fluphenazine）及氯氮平（clozapine）在临床前模型中可抑制黑色素瘤及乳腺癌脑转移细胞增殖，但其具体机制及临床转化价值仍需进一步验证。

星形胶质细胞

星形胶质细胞通过多种机制参与脑转移调控。早期星形胶质细胞-肿瘤细胞互作与休眠诱导：星形胶质细胞在肿瘤穿透血脑屏障（BBB）后早期分泌PA杀伤肿瘤细胞，而肿瘤细胞通过表达PA抑制性丝氨酸蛋白酶抑制剂（serpin）抵抗该效应。星形胶质细胞还通过层粘连蛋白-211（laminin-211）与肿瘤细胞表面肌营养不良蛋白聚糖（dystroglycan）结合，将Yes相关蛋白1（YAP）滞留于胞质，诱导肿瘤细胞休眠。此外，星形胶质细胞条件培养基可降低DNA甲基转移酶1（DNMT1）水平，导致L1细胞黏附分子（L1CAM）去甲基化，抑制细胞周期进程。星形胶质细胞与免疫逃逸：磷酸化信号转导与转录激活因子3（pSTAT3）⁺反应性星形胶质细胞通过分泌血管内皮生长因子A（VEGF-A）、金属肽酶抑制剂1（TIMP-1）及脂质运载蛋白-2（lipocalin-2）抑制T淋巴细胞浸润，并通过nidogen-2（NID-2）及neurocan（NCAN）形成物理屏障阻碍T细胞杀伤。TIMP-1可直接结合CD8⁺T细胞表面CD63，通过ERK1/2磷酸化抑制其细胞毒性功能。星形胶质细胞-肿瘤细胞的双向通讯：星形胶质细胞来源的外泌体miR-19a可下调肿瘤细胞磷酸酶与张力蛋白同源物（PTEN）表达，促进转移灶生长，同时通过CCL2招募促肿瘤髓系细胞。星形胶质细胞与肿瘤细胞通过连接蛋白43（Cx43）缝隙连接介导钙 sequestration及2′3′-环GMP-AMP（cGAMP）转移，分别诱导化疗抵抗及STING通路激活，后者通过干扰素α（IFN-α）及肿瘤坏死因子（TNF）分泌促进肿瘤存活。

小胶质细胞与单核细胞来源巨噬细胞

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）包含小胶质细胞及单核细胞来源巨噬细胞（MDMs），二者在脑转移中具有异质性功能。TAM招募：原发肿瘤通过环氧合酶-2（COX2）-前列腺素E₂（PGE₂）轴诱导骨髓来源CD11b⁺髓系细胞在脑内聚集，形成“预转移土壤”，并通过S100钙结合蛋白A8/A9（S100A8/A9）招募肿瘤细胞。TAM表型异质性与功能转化：scRNA-seq鉴定出APOE⁺抗炎亚群及S100A8⁺促炎亚群，后者高表达CXCL8及FCN1，低表达HLA基因，呈现免疫抑制表型。TAMs可从抗炎向促炎状态动态转化，且空间定位影响其功能，如在乳腺癌脑转移中，三阴性肿瘤周边TAMs密度高于HER2阳性肿瘤。TAM的免疫调节作用：TAMs共表达程序性死亡配体1（PD-L1）及V域Ig抑制T细胞活化（VISTA），抑制T细胞功能。黑色素瘤脑转移中，小胶质细胞NF-κB高活化介导免疫抑制，联合抑制NF-κB及PD-L1/细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）可增强抗肿瘤效果。TAM参与ECM重塑：MDMs通过上调骨甘酸（OGN）、SPARC样蛋白1（SPARCL1）及lumican（LUM）等ECM相关基因促进肿瘤迁移侵袭，并与肿瘤细胞协同重塑ECM。

外周免疫细胞

中性粒细胞：中性粒细胞在脑转移中呈现促肿瘤表型，通过CXCL8（IL-8）-CXCR2轴招募至肿瘤周边，释放中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）促进肿瘤侵袭。肿瘤细胞中增强子Zeste同源物2（EZH2）的酪氨酸696（Y696）磷酸化可上调Jun原癌基因（JUN），通过粒细胞集落刺激因子（G-CSF）招募精氨酸酶-1（Arg1）⁺/PD-L1⁺免疫抑制性中性粒细胞。中性粒细胞表面标记物腺苷A2a受体（ADORA2A）、CD177及MET原癌基因受体酪氨酸激酶（MET）与其免疫抑制功能相关。T细胞与B细胞：脑转移中T细胞浸润程度因原发肿瘤类型而异，黑色素瘤最高，NSCLC次之，乳腺癌最低。淋巴细胞功能失活与代谢从糖酵解向脂质代谢的转换相关。三级淋巴结构（TLS）的密度与患者总生存期正相关。脑脊液（CSF）免疫图谱与脑转移TME高度一致，提示其可作为无创监测指标。B细胞通过形成CD138⁺浆细胞及TLS参与抗肿瘤免疫，其与T细胞及巨噬细胞的协同作用影响免疫检查点抑制剂疗效。自然杀伤细胞：细胞毒性CD56^intCD16⁺NK细胞在脑转移中富集，可通过分泌CXCL9及CXCL16促进CD8⁺T细胞招募，增强免疫检查点阻断疗效。靶向NKG2D配体（NKG2DL）的NK细胞疗法联合MRI引导聚焦超声（FUS）可提高HER2阳性乳腺癌脑转移模型的生存率。

未被充分研究的细胞类型

少突胶质细胞及其前体细胞在脑转移中的作用尚不明确，但其在胶质瘤边界诱导干细胞特性及放化疗抵抗的机制提示其可能参与脑转移调控。癌症相关成纤维细胞（CAFs）通过分泌岩藻糖基化PVR/CD155及重塑糖萼介导HER2靶向治疗抵抗，值得进一步研究。

总结

脑转移瘤TME具有高度细胞多样性及可塑性，肿瘤细胞与神经细胞、免疫细胞及基质细胞通过动态互作塑造促肿瘤微环境。针对神经元样表型、星形胶质细胞pSTAT3信号、TAM表型转化及中性粒细胞免疫抑制等靶点的联合治疗策略，有望改善脑转移患者的临床预后。未来需结合多组学技术及纵向动态监测，深入解析TME时空异质性，推动个体化精准治疗的发展。