研究人员在人体大脑中发现了一种新型细胞，能够发出电冲动。这些细胞是神经元和胶质细胞的混合体，出现在胶质瘤（即一种脑肿瘤）和健康的脑组织中。这一发现挑战了长期以来人们对只有神经元能够在大脑中产生电信号的看法。在胶质瘤患者中，这些混合细胞的活动增加与预后改善相关，这表明它们可能作为有用的预后标志物。
来自贝勒医学院和德克萨斯儿童医院詹与丹·邓肯神经研究所的研究团队已经在人体大脑中鉴定出一种新细胞类型。
发表在Cancer Cell上的研究显示，约三分之一的胶质瘤细胞属于一种脑肿瘤，能够产生电冲动。值得注意的是，这些信号，即动作电位，来自具有神经元和胶质特征的肿瘤细胞。这支持了一个革命性的概念，即除了神经元之外，还存在其他细胞能够在大脑中产生电信号。研究人员还在健康的脑组织中发现了这些混合神经-胶质细胞。他们的发现强调了进一步探索这些新识别细胞在胶质瘤和正常大脑活动中的功能的必要性。
“胶质瘤是影响中枢神经系统最普遍的肿瘤，每年有约12,000个新诊断病例。这些肿瘤普遍致命，并严重损害神经和认知能力。先前的研究将患者生存与肿瘤的生长和侵袭性相关联，这些特征受多种因素影响，包括肿瘤细胞与附近神经元之间的相互作用，”贝勒医学院神经外科系教授、癌症神经科学中心主任、丹·邓肯综合癌症中心成员及詹与丹·邓肯神经研究所的主要研究员本杰明·德宁博士解释道。
其他研究表明，胶质瘤会与邻近的健康神经元相互作用，并且神经元以可能促进其生长和侵袭性的方式与肿瘤进行交流。
“我们已经认识到肿瘤细胞和神经元之间直接存在相互作用，”第一作者、贝勒儿科神经肿瘤的博士后研究员瑞秋·库里博士表示，她负责设计该项目。“然而，我一直怀疑癌细胞是否具有电活性。为了准确调查这一点，我们需要直接在手术中获得的人类样本，以尽可能保持细胞的生物状态。”
研究人员旨在分析胶质瘤细胞的电信号活动，并确定负责这些信号的细胞。他们利用了一种称为Patch-sequencing的技术，该技术将全细胞电生理记录（用于捕获尖峰信号）与单细胞RNA测序及细胞结构分析相结合，以对细胞类型进行分类。
电生理测试由共同通讯作者、神经科学副教授蒋啸龙博士实验室的马茜茜博士进行。这种前沿方法之前从未应用于检查人脑肿瘤细胞。“我们真的感到惊讶，发现这些肿瘤细胞表现出独特的形态和电生理特征的混合体，”马博士表示。“我们之前从未在哺乳动物大脑中遇到过这样的情况。”
“我们的分析集中在个别细胞上，研究它们特定的电生理活动。我们提取了每个细胞的内容并进行了RNA测序，以确定该细胞中哪些基因是活跃的，从而提供有关其身份的见解，”德宁表示。“我们还对每个细胞应用染料，以可视化其结构特征。”
对这一大规模个别数据集的分析促使研究团队设计出一种新的计算方法。
“为了识别尖峰细胞并对其进行特征描述，我们创建了一种称为单细胞规则关联挖掘（SCRAM）的计算工具，可对个别细胞进行标注，”共同通讯作者、贝勒神经外科助理教授阿克德斯·哈曼西博士说。
“发现如此多的胶质瘤细胞具有电活性是意料之外的，因为这与神经科学中广泛接受的‘只有神经元能够在大脑中产生电冲动’的观念相悖，”库里说。“尽管有人建议某些胶质细胞，特别是少突胶质前体细胞（OPCs），可能在啮齿动物的大脑中发出电信号，但在人的身上证明这一点非常具有挑战性。我们的结果表明，超越神经元的人类细胞确实能够发出电冲动。考虑到成人大脑中大约有1亿个OPCs，这些细胞的电活性角色值得进一步调查。”
“此外，我们的详细数据分析还显示，胶质瘤中呈尖峰的混合细胞具有神经元和OPCs的特征，”哈曼西补充道。“有趣的是，我们还发现了非肿瘤神经-胶质混合细胞，这表明这一混合群体不仅在胶质瘤进展中起作用，还在健康的大脑运作中发挥作用。”
“更进一步，这些发现表明，胶质瘤中尖峰混合细胞的数量可能具有预后意义，”贝勒神经外科主任及共同通讯作者加内什·拉奥博士表示。“数据表明，患者体内这些尖峰混合细胞的数量越高，与改善生存结果相关，这为患者及其护理团队提供了宝贵的信息。”
“这项研究是跨多个领域（神经外科、生物信息学、神经科学和癌症建模）广泛合作的产物，得到了贝勒领先团队的支持，”德宁说。“这些发现增强了我们对胶质瘤肿瘤和正常大脑功能的理解，引入了一种复杂的生物信息学方法来分析复杂的细胞群体，并为正在与这一难治性疾病作斗争的患者提供潜在的预后见解。”
这项研究的其他贡献者包括马尔科姆·F·麦克唐纳、金允钟、斯尼格达·斯里瓦斯塔瓦、宣佩璇、何佩豪、布里特尼·洛齐、普拉兹瓦尔·阿图库里、景俊展、苏王、阿里夫·哈曼西和本杰明·阿伦基尔。这些作者与贝勒医学院、德克萨斯儿童医院的詹与丹·邓肯神经研究所以及休斯顿德克萨斯大学健康科学中心等机构相关联。
这项研究得到了各种NIH资助（R35-NS132230、R01NS124093、R01CA223388、U01CA281902、R01NS094615、5T32HL92332-15、F31CA265156和F99CA274700）、NIH共享仪器资助（S10OD023469、S10OD025240、P30EY002520）以及CPRIT资助RP200504的支持。
