胶质瘤是最常见的发生于中枢神经系统的原发性脑肿瘤。世界卫生组织(WHO)根据肿瘤细胞的分化状态,以及侵袭性将其分为4级。胶质母细胞瘤(WHO IV级星型细胞瘤)主要的病理学特征主要表现为具有多数核分裂,细胞密集,血管增生和坏死灶。GBM是发生于成人最常见的高侵性恶性原发性脑肿瘤,其在原发性胶质瘤中占54%,在原发性恶性胶质瘤中占80%。尽管针对胶质母细胞瘤的治疗策略有所进步,但是胶质母细胞瘤的预后依然令人堪忧,其中位生存期依然低于15个月以及其五年生存率低于10%。肿瘤组织表现出极度的不均一性,具有高度的异质性,其包括一类细胞亚群表现干细胞的特性,此亚克隆群能使动形成新的肿瘤,被定义为肿瘤干细胞(CSCs)或者肿瘤起始细胞(TICs)。胶质瘤干细胞(GSCs)是最早的被分离并且被美国癌症研究协会所认定的实体瘤干细胞之一。胶质瘤干细胞是胶质母细胞瘤中一类具有高侵袭性并且表达干性相关标志分子,如CD133,SOX2,OLIG2以及Nanog,因此胶质瘤干细胞具有正常神经干细胞的一些生物学功能,如自我更新能力,永久增殖,以及分化为多种神经细胞的多向分化能力。胶质瘤干细胞是导致胶质母细胞瘤抗放化疗,肿瘤复发以及预后差的重要因素。大量研究显示胶质瘤干细胞维持其干性主要依赖于以下机制:1)表达干性相关标记分子;2)特殊的肿瘤微环境(坏死周微环境,血管周微环境,缺氧微环境);3)糖代谢方式的改变。但是关于胶质瘤干细胞形成的机制仍尚未被完全阐明。胶质瘤干细胞的代谢改变近年来受到极大的关注,有文献报道胶质瘤干细胞产能主要依赖于氧化磷酸化,但是同时又有研究证明胶质瘤干细胞相对于非干细胞更加依赖于糖酵解提供细胞所需的能量。大量的实验证明糖酵解代谢方式有益于维持胶质瘤干细胞的干性。因此,探究代谢改变的主要调控分子对于理解胶质母细胞瘤的异质性和开发新的治疗策略具有极其重要的意义。本研究中,我们通过一系列的实验证明胶质瘤干细胞相比于非干细胞更加依赖于糖酵解途径,其对于维持胶质瘤干细胞的干性表型具有重要的作用。通过蛋白组学分析胶质瘤干细胞与非干细胞之间的蛋白表达差异,我们发现电压依赖的阴离子选择性通道2(VDAC2)在胶质瘤干细胞中显著的下调。紧接着我们的实验显示VDAC2能与血小板型的磷酸果糖激酶(PFKP)直接结合,并且抑制其活性进而抑制糖酵解的正常进行。同时,VDAC2能显著的抑制胶质瘤干细胞的干性。最后,我们的研究提示VDAC2调节胶质瘤干细胞的干性依赖于磷酸果糖激酶的活性。同时,VDAC2与胶质瘤级别呈负相关并且与胶质瘤病人的预后呈正相关。本实验的主要结果归纳如下:1.胶质瘤干细胞与非干细胞相比更依赖糖酵解,同时糖酵解对维持胶质瘤干细胞的表型具有重要的表型:1)胶质瘤干细胞相对于非干细胞葡萄糖吸收率和乳酸产量显著增高;2)鱼藤酮(有氧呼吸抑制剂)能显著的减弱胶质瘤非干细胞的ATP产量,但是对胶质瘤干细胞效果不显著;3)2-脱氧-D-葡萄(糖酵解抑制剂)能明显抑制胶质瘤干细胞的ATP产量而对非干细胞作用不明显;4)2-脱氧-D-葡萄能显著的抑制胶质瘤干细胞的自我更新能力以及干性相关标志物。2.VDAC2在胶质瘤非干细胞中高表达并且与PFKP结合进而调节PFKP依赖的糖酵解:1)VDAC2在胶质瘤干细胞中低表达;2)VDAC2能与PFKP直接结合;3)干扰VDAC2可显著的增加PFKP的活性及细胞的糖酵解能力;4)VDAC2过表达能有效的抑制PFKP的活性和糖酵解能力。3.干扰VDAC2能诱导非干细胞获得干性表型:1)干扰VDAC2增加非干细胞的自我更新能力以及干性相关指标的表达(CD133,SOX2和OLIG2);2)干扰VDAC2明显增加非干细胞的体内成瘤能力;3)干扰VDAC2能明显缩短荷瘤小鼠的生存期。4.VDAC2过表达能抑制胶质瘤干细胞的干性表型:1)VDAC2过表达能抑制胶质瘤干细胞的自我更新能力和干细胞相关分子的表达(CD133,SOX2和OLIG2);2)VDAC2过表达能明显的抑制胶质瘤干细胞的体内成瘤能力;3)VDAC2过表达能明显延长荷瘤小鼠的生存期。5.VDAC2抑制剂能有效的回复VDAC2干扰所导致的糖酵解改变以及干性表型的转换:1)克霉唑(PFK抑制剂)能有效抑制VDAC2下调所导致的糖酵解改变;2)克霉唑有效回复VDAC2敲低所导致的自我更新能力的改变;3)克霉唑能有效的回复VDAC2敲低导致的干性相关分子的改变。6.VDAC2与胶质瘤的级别呈负相关并且与病人的预后呈正相关:1)VDAC2的表达与胶质瘤的级别呈负相关;2)VDAC2高表达的胶质瘤病人预后良好。综上所述,我们的实验证明代谢方式的改变是导致胶质瘤干细胞干性表型以及肿瘤异质性的重要因素,VDAC2是胶质母细胞瘤代改变的重要调控分子和开发胶质瘤新策略的重要靶点分子。