脑瘤和健康的神经元形成突触,研究发现

斯坦福大学医学院的科学家们首次显示,严重的大脑癌症集成到大脑的连接。

肿瘤,称为高档神经胶质瘤,形成突触,劫持从健康的神经电信号细胞开自己的增长。实验表明,打断这些信号与现有癫痫药物大大减少癌症的老鼠,人类肿瘤的增长提供了第一个证据可能治疗神经胶质瘤的新方法。

有一篇描述该研究结果在线发表在9月18日自然。

“高级神经胶质瘤最致命的一个方面是,癌症细胞广泛地侵入正常大脑组织,肿瘤和健康的脑组织编织在一起,”Monje资深作者米歇尔说,医学博士,博士,副教授神经病学和神经科学。这个发现有助于解释为什么神经胶质瘤是如此棘手,她补充道。“这是这样一个阴险的肿瘤。他们真正融入大脑。”

该研究的主要作者是博士后学者Humsa Venkatesh来说,博士学位。

发现自己变成大脑肿瘤线Monje“令人不安”,说。不过,她说她是乐观的知识意味着什么神经胶质瘤病人。一些药物治疗电——已经存在信号疾病如癫痫,这些对于神经胶质瘤可能有用,她说。“真正的希望这一发现,”她说。“我们已经丢失的整个方面的疾病。现在我们有一个全新的途径探索,可以补充现有的治疗方法。”

肿瘤的生长

高级神经胶质瘤和健康的神经元形成突触传递电信号癌组织,研究发现。肿瘤也含有细胞间电气连接缝隙连接。在一起,两种类型的连接允许从健康的神经细胞电信号进行放大肿瘤内。

大脑高级神经胶质瘤包括胶质母细胞瘤,肿瘤在成年人的五年存活率为5%;扩散内在脑桥的神经胶质瘤,小儿脑瘤,五年生存率低于1%;和其他诊断小儿胶质母细胞瘤和扩散等中线神经胶质瘤发生在脊髓和丘脑。Monje的团队在2015年和2017年发表的研究表明,高级神经胶质瘤使用正常的大脑活动来拉动经济增长。

学习如何工作,科学家们首先分析了成千上万个人的基因表达肿瘤细胞活检诊断神经胶质瘤患者。癌细胞强烈增加基因的表达参与形成突触。

研究人员然后用电子显微镜技术,可以揭示小细胞解剖学的细节,显示结构看起来像神经元和神经胶质瘤细胞之间的突触存在。确认这些的确突触连接健康的神经元和恶性神经胶质瘤细胞,科学家们研究了小鼠与人类神经胶质瘤细胞植入他们的大脑。在神经胶质瘤已经建立之后,研究人员利用抗体绑定到所表达的癌细胞的荧光标记确认突触进入恶性细胞。“我们看到很清楚neuron-to-glioma突触结构,“Monje说。

利用小鼠的脑组织与人类神经胶质瘤,研究人员测量电信号的传播,通过肿瘤。他们记录了两种类型的电信号:短暂信号持续4到5毫秒,在传输从一个健康的神经元突触连接到癌细胞通过神经递质分子;和持续的电信号反映持续一到两秒电流传播的通量在肿瘤细胞的细胞膜钾离子。钾电流是由信号引起的神经元和放大的缝隙连接,连接电耦合网络的癌细胞。

科学家们还进行了实验用染料可视化gap-junction-connected细胞,和使用药物能够阻止缝隙连接确认这种类型的连接存在肿瘤细胞和调解他们之间的电耦合。进一步的实验测定钙含量的变化证实,肿瘤细胞通过缝隙连接电耦合。

“现场钙成像非常清楚这癌症是一个电活性组织,“曾说,第一作者。“这是令人吃惊的看到,在癌症组织。”

研究人员表明,约5 - 10%的神经胶质瘤细胞突触信号,接收,约40%表现出长期的钾电流放大的缝隙连接互联这样一半的肿瘤细胞有某种类型的电气响应来自健康的神经元的信号。

可能的药物疗法

人类在他们的大脑电活动的测量在胶质母细胞瘤的肿瘤切除手术,在小鼠和人类神经胶质瘤,研究人员看到hyper-excitability健康的神经元附近的肿瘤,这一发现可能有助于解释为什么人类神经胶质瘤患者容易发作。

使用optogenetic技术,依靠激光激活肿瘤细胞在小鼠植入人类神经胶质瘤,研究人员表明,增加电信号到肿瘤引起的肿瘤的生长。扩散的肿瘤主要是防止当神经胶质瘤细胞表达基因阻止传播电信号。

现有药物阻止电流也降低增长的高档神经胶质瘤,研究发现。癫痫发作药物名为perampanel块活动的神经递质受体的突触,小儿神经胶质瘤植入老鼠扩散减少了50%。Meclofenamate,药物只会行动的缝隙连接下降,导致类似的肿瘤扩散。

Monje的团队计划继续调查肿瘤内屏蔽电子信号是否能帮助人们高级神经胶质瘤。“这真是一个充满希望的新方向,作为一个临床医生我很兴奋,”她说。