弥漫性中线胶质瘤(diffuse midline glioma,DMG)是高级别胶质瘤,以H3K27改变为表观遗传学特征，起源于大脑中线结构,包括脑桥、丘脑和脊髓等区域。DMG源于少突胶质细胞谱系的干细胞的恶性转化。神经元活动可促进少突胶质细胞前体细胞的增殖、分化，也参与神经胶质瘤的增殖和侵袭。

2025年6月24日斯坦福大学Michelle Monje和“光遗传学之父”Karl Deisseroth联合团队在Cell杂志发表文章揭示了中脑胆碱能环路促进胶质瘤细胞活性依赖增殖的分子和环路机制。

1 中脑胆碱能投射以环路依赖方式调控少突胶质细胞前体细胞和胶质瘤细胞的增殖

外背侧被盖核（LDT）和脑桥被盖核（PPT）的胆碱能神经元投射到脑桥、丘脑区域，也投射到皮层、伏隔核、腹侧被盖区。研究人员通过光激活LDT脑区胆碱能神经元后可特异性引起丘脑和皮层少突胶质细胞前体细胞的增殖，激活PPT脑区胆碱能神经元后可引起脑桥少突胶质细胞前体细胞的增殖，几乎不影响伏隔核、腹侧被盖区等脑区少突胶质细胞前体细胞的增殖。

在原位精准转基因技术构建体细胞嵌合体DMG动物模型中光激活LDT胆碱能神经元→丘脑投射后可增加丘脑胶质瘤细胞的增殖，不影响脑桥胶质瘤细胞的增殖，激活PPT胆碱能神经元→脑桥投射后可增加脑桥胶质瘤细胞的增殖，不影响丘脑胶质瘤细胞的增殖。反之，抑制LDT胆碱能神经元→丘脑投射后可减少丘脑胶质瘤细胞的增殖，抑制PPT胆碱能神经元→脑桥投射后减少脑桥胶质瘤细胞的增殖。

将H3.3-K27M DMG患者来源的肿瘤移植到免疫缺陷小鼠丘脑或脑桥后，光激活PPT胆碱能神经元特异性增加脑桥胶质瘤细胞的增殖，并增加该区域胶质瘤细胞钙离子活性，激活LDT胆碱能神经元特异性增加丘脑胶质瘤细胞的增殖，增加该区域胶质瘤细胞钙离子活性。

图1、中脑胆碱能投射以环路依赖方式调控胶质瘤细胞的增殖

2 中脑胆碱能神经元依赖毒蕈样乙酰胆碱受体调控胶质瘤细胞增殖

离体细胞实验发现乙酰胆碱以剂量依赖性方式促进胶质瘤细胞的增殖，这种促进作用可被毒蕈样乙酰胆碱受体受体阻滞剂所阻断，但不能被‌烟碱型乙酰胆碱受体阻滞剂所阻断。尽管胆碱能神经元共释放谷氨酸和GABA，但抑制谷氨酸能或GABA能受体后也并不会影响乙酰胆碱促胶质瘤细胞增殖的作用。

单细胞测序实验发现DMG患者大脑组织富集表达M1型毒蕈样乙酰胆碱受体（M1R）基因CHRM1 和M3R基因CHRM3。离体细胞实验发现单独使用M1R拮抗剂或M3R拮抗剂均不会影响光激活胆碱能神经元促胶质瘤细胞增殖的作用，联合使用M1R拮抗剂和M3R拮抗剂可阻断上述作用。光激活DMG模型小鼠LDT胆碱能神经元可激活丘脑胶质瘤细胞并促进其增殖，但联合使用M1R和M3R拮抗剂可减少这些胶质瘤细胞的活性并抑制其增殖。敲除CHRM1 和CHRM3后可发挥类似于M1R拮抗剂和M3R拮抗剂的阻断作用。

图2、中脑胆碱能神经元依赖毒蕈样乙酰胆碱受体调控胶质瘤细胞增殖

3 中脑胶质瘤细胞和胆碱能神经元存在交互调控作用

免疫荧光实验发现胶质瘤细胞移植到免疫缺陷小鼠丘脑或脑桥后LDT和PPT脑区胆碱能神经元活性增加。光纤钙成像系统记录到LDT和PPT脑区胆碱能神经元钙离子活性增强，丘脑区域乙酰胆碱释放增多。电生理实验也表明LDT和PPT脑区胆碱能神经元兴奋性突触后电流增强，这些结果表明丘脑或脑桥胶质瘤细胞和LDT和PPT脑区胆碱能神经元存在交互调控作用。

图3、中脑胶质瘤细胞和胆碱能神经元存在交互调控作用

总结：

本文揭示中脑胆碱能神经元以环路依赖的方式促进胶质瘤增殖：光激活LDT胆碱能神经元→丘脑投射后可增加丘脑胶质瘤细胞的增殖，而激活PPT胆碱能神经元→脑桥投射后可增加脑桥胶质瘤细胞的增殖，这依赖于毒蕈样乙酰胆碱受体M1R和M3R。

参考文献

Drexler et al., Cholinergic neuronal activity promotes diffuse midline glioma growth through muscarinic signaling, Cell (2025), https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.05.031