文速递献｜胶质瘤的嗅觉调控机制
EVIDENT
环境刺激与胶质瘤
动物时刻都会受到来自周围环境的各种感官刺激，例如气味、声音、光线及对外物的触碰等。显然，这些感觉信息的输入对于动物寻找食物和躲避捕食者等原始需求至关重要。
相对于动物而言，人类接触到的感观刺激无疑更为丰富。特别的是，相比于数十年前，人类通过手机、网络等接触更丰富的感官感受。这些多样化的感觉刺激输入不仅对正常的生理功能产生影响；同时相关研究也发现他们也会影响包括癌症在内的很多疾病的发生与发展。
胶质瘤是最常见的原发性颅内肿瘤，年发病率约为 3-8 人/10 万人，恶性胶质瘤患者中位生存期仅 15 个月。作为大脑基本功能单元的神经元，与恶性胶质瘤细胞交流密切，但目前尚不明确神经元活动是否会直接调控恶性胶质瘤的发生。同时，以神经元活动为基础的大脑正常生理功能，比如外界的感官刺激，是否能直接影响恶性胶质瘤的发生与发展呢？
嗅觉感知调控恶性胶质瘤发生
2022 年 5 月 11 日，浙江大学医学院刘冲研究员团队在 Nature 杂志发表了题为 Olfactory sensory experience regulates gliomagenesis via neuronal IGF1 的原创性研究成果，对上述问题进行了解答，首次明确 嗅觉感知可以通过激活对应功能神经环路的活动直接调控恶性胶质瘤发生，揭示了外部环境刺激可能是一种新的胶质瘤诱发因素，同时为胶质瘤的临床诊治提供新的思路和靶点。
研究团队首先构建并系统分析了一个模拟成人少突胶质前体细胞（OPC）作为细胞起源的原发胶质瘤小鼠遗传学模型（简称 CKO 模型），发现在该模型中胶质瘤最初发生的位置具有一定的位置偏好性：肿瘤总是先出现在大脑嗅球的一个亚解剖结构-突触小球层（GL）。突触小球层是嗅觉环路第一级神经元（嗅觉感受神经元, ORN）和第二级神经元（僧帽/簇状细胞, M/T cells）的信息交流区域。这一发现暗示嗅觉功能环路的神经元活动可能对胶质瘤的发生起到重要作用。
嗅觉环路解剖结构以及代表性位于嗅球的 CKO 模型肿瘤
（右图中箭头指示为一个位于突触小球层中的胶质瘤，荧光图片使用 Evident FV3000 共聚焦系统拍摄）
为了精细调控嗅觉感受神经元的活动从而探究其对胶质瘤发生的影响，研究团队基于化学遗传学概念构建了可以特异性操控嗅觉感受神经元活动的 Omp-hM4Di 和 Omp-hM3Dq 转基因小鼠。作者发现，当嗅觉感受神经元活动受到抑制后，肿瘤发生也相应被抑制；而当嗅觉感受神经元活动被持续性激活时，肿瘤的发生则被促进。
Omp-hM4Di 和 Omp-hM3Dq 小鼠中，转基因表达在 OMP 阳性的嗅觉感受神经元（使用 Evident FV3000 共聚焦系统拍摄）
为了进一步证明外部嗅觉输入可以直接影响胶质瘤发生，研究团队设计了一个精巧的实验，将一个小硅胶塞塞入小鼠一侧鼻腔，从而直接剥夺单侧嗅觉输入，发现这种简单的物理性嗅觉干预即可显著抑制同侧嗅球中肿瘤的发生与发展。综上，利用化学遗传学以及物理方法，研究团队充分证明了嗅觉感知可以调控胶质瘤的发生。
利用硅胶塞剥夺小鼠嗅觉可以抑制嗅球中胶质瘤
通过对单侧嗅觉剥夺小鼠的两侧嗅球组织进行转录组测序，筛选出了潜在效应因子- 胰岛素样生长因子 1（IGF1）。
有趣的是，团队之前发表的工作已经证明了前癌细胞表达的 IGF1 受体（IGF1R）对胶质瘤发生发展具有重要作用，支持对 IGF1 在胶质瘤发生中的作用进行进一步探究。为了确认表达 IGF1 的细胞类型，团队制备了 IGF1-EGFP 转基因小鼠，明确嗅球中 IGF1 主要在僧帽/簇状细胞中表达。
下一步，团队对该细胞来源 IGF1 对胶质瘤的作用进行了探究。团队结合之前发展的双标记嵌合体分析 (MADM) 技术与双重组酶系统（Cre-LoxP 和 FlpO-FRT），开发了一个全新的小鼠遗传学模型，可以对肿瘤起源与演化实现高分辨率的谱系示踪，同时对肿瘤微环境细胞进行精准的遗传学操控。利用这一模型，团队明确证明了僧帽/簇状细胞来源的 IGF1 是调控嗅球中胶质瘤产生的关键细胞因子。
特异性敲除僧帽/簇状细胞中的 IGF1 抑制胶质瘤发生。（荧光 merge 图 使用 Evident FV3000 拍摄）
因此，该工作利用一系列精巧的小鼠遗传学模型，证明了感觉刺激可以通过相应功能环路直接影响胶质瘤发生，揭示了外部环境刺激可能是一种新的胶质瘤诱发因素。
同时，该工作提示微环境中神经元来源的 IGF1 可以作为胶质瘤治疗的新靶点。相关结果为进一步探索不同感觉刺激如视觉、听觉、触觉，甚至情绪认知等精神活动是否与胶质瘤发生相关提供了理论基础。
嗅觉输入调控胶质瘤发生的机制图。
本文多通道荧光标记共聚焦图片均使用 Evident 生产的 FV3000 激光扫描共聚焦显微镜拍摄。
本实验室 FV3000 系统配置了 1.25X 低倍宏观视野成像物镜，可以一次性实现 10 mm x 10 mm 大视野组织荧光成像，借助于超声马达电动载物台及软件导航功能，可以快速地进行小鼠全脑矢状图成像，然后切换到高 NA 物镜在导航图下进行区域的选择、定位，非常顺畅地实现从「宏观」到「微观」组织样本的观察，在对小鼠大脑进行全局形貌观察的同时，能够方便快捷的洞悉精细细胞结构，给实验工作带来了很大便利。
