胶质母细胞瘤 (GBM) 是成年人中最具攻击性的原发性脑肿瘤，并且始终致命。侵袭性标准治疗—手术、放疗和化疗—仅提供短暂的效果，平均总体生存期不到15个月，并且几乎普遍复发。GBM 的一个主要挑战是其深刻的空间和时间异质性，这使得在治疗压力下快速适应，并限制了靶向方法的耐久性。同时，肿瘤微环境 (TME) 的免疫抑制特性，主要由肿瘤相关巨噬细胞 (TAMs) 主导，进一步限制了抗肿瘤免疫。大量研究支持 GBM 内的分层组织，其中胶质瘤干细胞 (GSCs)—具有自我更新能力和多谱系分化潜力的肿瘤传播细胞—在治疗耐受性和复发中占有不成比例的贡献。这些细胞可以在表型状态之间循环，并占据特定的生态位，使它们能够在压力下生存，并在治疗后重建异质的肿瘤群体。因此，有效的治疗可能需要追求不仅存在于肿瘤大细胞上的靶点，同时也存在于 GSCs 上的靶点。采用细胞疗法，包括嵌合抗原受体 (CAR)-T细胞，提供了一种消灭肿瘤细胞的引人注目的策略，但在 GBM 中持久反应受到靶点不均匀性、抗原丢失和局部免疫抑制的限制。这些挑战激励我们努力寻找新抗原，这些抗原在细胞表面可接触，并广泛存在于肿瘤中，与维持疾病的基质或免疫区室功能相连。在这里，我们应用了一种综合的靶点发现方法，利用从患者肿瘤的多组学分析来提名在GBM中新的可治疗靶向表面目标。我们确定了GPNMB作为GBM中的候选靶点，具有多区室表达。我们开发了抗GPNMB CAR-T细胞并评估了它们在互补的临床前模型中的活性，以表明针对肿瘤与骨髓细胞之间共享抗原的靶向可以克服在GBM中持久免疫治疗有效性的关键障碍。GPNMB 是 GBM 中的疗法靶点，CD133 是一种已建立的表面标记，用于识别健康神经干细胞 (NSCs) 和GSCs，包括耐药群体。然而，残余和复发疾病通常反映异质性恶性状态，而不仅仅是由 CD133 表达捕捉到的。因此，我们对来自四个原发患者衍生 GSC 细胞系的流式分选 CD133+ 和 CD133–组分进行了RNA测序 (RNA-seq)，以提名可能与 CD133+ 细胞共存的靶点。比较 CD133+ 和 CD133– GSC 人群的多维尺度分析确定了四个基因在 CD133– GSC 中显著上调（图1a）。在这些基因中，GPNMB 脱颖而出，成为最显著上调的基因。GPNMB 编码一种糖基化的 I 型跨膜蛋白，在包括 GBM、黑色素瘤、骨肉瘤和三阴性乳腺癌在内的几种癌症中过表达。图1：在GBM中识别GPNMB作为临床相关靶点。a，比较 CD133+ 和 CD133– GSC 组分的 RNA-seq 差异基因表达分析。GPNMB 在 CD133– 人群中被突出显示为最显著富集的转录本。P值通过拟似然 F 检验计算。b，来自 TCGA 的 GBM 肿瘤 (n = 160) 与来自 GTEx 的正常脑组织 (n = 207) 中 GPNMB 转录丰度。数据显示为均值 ± 标准误。箱线图的中心线显示中位数，箱子限制描绘四分位数范围，触须扩展至数值范围。P 值通过无配对双侧学生 t 检验计算。TPM，百万转录本数。c，流式细胞术量化 15 个患者来源的 GSC 细胞系、非 GBM 癌细胞系 (黑色素瘤，SK-MEL-2；三阴性乳腺癌，MDA-MB-231) 和非恶性对照细胞类型 (HEK293T (HEK)，正常人类星形胶质细胞 (NHA)，胎儿 NSCs (NSC201) 和分化的 NSC201 (NSC201Diff)) 中的表面 GPNMB 百分比积极性。相对于荧光素的基于控制确定的积极性百分比。d，匹配的原发 GBM (pGBM) 和复发 GBM (rGBM) 蛋白组学表明复发时 GPNMB 蛋白丰度增加 (配对样本相连；n = 43；P 值来自无配对双侧学生 t 检验)。e，使用 HALO 图像分析量化来自匹配的原发和复发 GBM 的 GPNMB+ 细胞（配对肿瘤相连接；n = 16；P 值来自无配对双侧学生 t 检验）。f，匹配的原发 (PM33) 和复发 (RM33) 肿瘤的代表性 IHC 图像显示复发时 GPNMB 染色增加，具有相应的 HALO 检测重叠（红色）。比例尺，500 µm（全切片视图）和 100 µm（放大视图）。g–i，来自原发 (n = 10 个样本) 和复发 (n = 8 个样本) GBM 标本的 scRNA-seq 的 UMAP。