胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme,GBM)是恶性程度高、侵袭性强的中枢神经系统肿瘤。GBM具有高度异质性特性,因此针对特定分子亚型的靶向治疗在GBM治疗中将有重要的意义。间质型(mesenchymal,MES)在GBM亚型中具有更高的恶性程度,近年有研究提出转化生长因子-β(transforming growth factor-βTGF-β)在GBM的间质型亚型过表达,然而TGF-β信号通路在GBM间质亚型作用尚未完全阐明。病人来源的异种移植(patient derived xenograft,PDX)模型已经成为生物学研究的重要工具,更能模拟肿瘤在体内的生长过程和肿瘤微环境的影响,迄今被认为是最接近患者肿瘤的体内动物模型。PDX移植瘤模型在GBM亚型的鉴定特别是预测治疗反应中发挥了重要作用。本研究以胶质母细胞瘤来源的PDX模型和原代培养细胞为研究对象,通过转化生长因子-β受体2(transforming growth factor-βreceptor 2,TGF-βR2)小分子抑制剂研究体内外干预治疗,结合生物信息学方法,基于胶质母细胞瘤的PDX模型,对TGF-βR2小分子抑制剂的体内抑制效果进行验证,阐明TGF-β信号传导通路在GBM间质亚型中的作用。第一部分:使用手术切除的新鲜人脑胶质母细胞瘤组织通过皮下成瘤,然后再传代进行颅内原位PDX模型的建立,此种方法增加PDX的成功率。HE染色观察原发肿瘤和PDX肿瘤形态学相似,PDX肿瘤保留了原发肿瘤的胶质母细胞瘤的形态学特点。PDX保留了与原发肿瘤的生物学特性,可以作为药物检测和功能分析的理想动物模型。PDX移植瘤模型的建立,为人脑胶质瘤PDX模型提供了行之有效的技术方法,为胶质瘤的个体化治疗提供重要的途径。第二部分:基于胶质母细胞瘤原代培养细胞为研究对象,TGFβR小分子抑制剂LY2109761抑制原代培养细胞,结果提示间质型GBM相关的标记物表达下降。进一步进行了RNA转录测序技术(RNA-seq)分析发现间质表型相关基因如MET、LIF、IL-6和OSM表达下调,TGF-βR2作为GBM的间质型亚型的核心标志物,并通过调控其它间质表型相关基因在维持GBM间质表型中起关键作用。为了阐明TGF-β信号通路在GBM中的作用,通过TGF-βR小分子抑制剂LY2109761抑制TGF-β信号通路,采用多种生物信息学方法对差异表达基因进行了多维分析。通过DAVID数据库对差异表达基因进行KEGG通路富集分析,结果发现富集前几位的生物过程(Biological Process)涉及上皮-间质转化(Epithelial-mesenchymal transition,EMT),细胞增殖,TGF-β信号通路,细胞因子--细胞因子受体相互作用,PI3K-Akt传导通路等。TGF-β信号通路是信号传导网络中的核心,调节多种生物学功能,在胶质母细胞瘤细胞增殖和分化,炎症,血管生成,上皮-间质转化(EMT)中发生中发挥重要作用。通过STRING在线软件建立蛋白质-蛋白质相互作用网络分析,阐明TGFβR2、RUNX1、PPARG、GIT2、ACSL1和RAP1B蛋白-蛋白的相互作用,TGFβR2、RUNX1、PPARG、GIT2、ACSL1和RAP1B在蛋白质-蛋白质网络中彼此相互作用可以作为胶质母细胞瘤细胞间质亚型的分型标记物,具有重要诊断价值。基于GBM的PDX模型应用于TGF-β2 R抑制剂药物敏感性的研究,体内研究LY2109761抑瘤效果,结果发现TGF-β2 R抑制剂能够抑制肿瘤细胞的增殖和肿瘤微血管生成,具有抗肿瘤效应,TGF-β信号通路可以成为GBM间质亚型治疗的潜在靶点。基于胶质母细胞瘤模型个体化评估靶向治疗效果有重要意义。第三部分:人脑胶质瘤组织TGF-β1、RUNX1与EMT的关系及临床意义。为了探讨TGF-β1、P-Smad3、RUNX1与EMT的关系及临床意义,本研究以人脑胶质瘤组织为研究对象,运用免疫组化方法检测TGF-β1,P-Smad3,RUNX1,Vimentin,E-cadherin在胶质瘤不同病理级别中表达水平及相关性,采用Log Rank检验进行生存分析并绘制Kaplan-Meier生存曲线。45例胶质瘤组织中TGF-β1,P-Smad3,RUNX1,Vimentin的表达显著升高(P<0.01),在高级别组中表达增强,表达阳性的患者生存期短;E-cadherin的表达下调(P<0.01),与病理级别呈负相关,表达阳性的患者生存期长。TGF-β1,P-Smad3,RUNX1,Vimentin四者表达呈正相关,均与E-cadherin呈负相关。TGF-β1、P-Smad3、RUNX1与EMT有关,高级别胶质瘤TGF-β1高表达且EMT显著,生存期短。本研究在蛋白水平上研究发现TGF-β1,P-Smad3,RUNX1,Vimentin,E-cadherin的表达与胶质瘤的病理级别和生存期有关,临床上可作为胶质瘤的恶性度和预后预测提供有价值的指标,为针对TGF-β1信号通路的靶向治疗策略提供了理论依据。本研究基于胶质母细胞瘤患者来源移植瘤PDX模型进行TGF-βR2激酶小分子抑制剂LY2109761药物敏感性的个体化研究,弥补了既往以细胞株为研究对象的不足,证实了TGF-βR2激酶小分子抑制剂抗肿瘤效应,TGF-βR2可作为GBM临床治疗潜在靶点。本研究阐明了TGF-β信号通路在维持GBM间质亚型中有重要作用,多维角度和方法证实TGFβR2及RUNX1,PPARG,ACSL1,GIT2和RAP1B可以作为GBM间质型亚型的标志物,TGFβR2作为GBM间质亚型核心调控基因具有重要的诊断价值。