胶质母细胞瘤(glioblastoma,GBM)是恶性程度最高的成人脑肿瘤。由于肿瘤异质性强、血管密度高等特点,以手术切除、放疗和化疗为主的综合治疗方法预后普遍较差,超过90%患者经历复发。研究表明,瘤内肿瘤和免疫微环境异质性是导致GBM快速复发的主因之一。肿瘤细胞通过与微环境互作释放多种细胞因子共同抵抗治疗,帮助肿瘤转移和复发。目前已有大量分型方法通过整合高通量GBM转录组测序数据,利用机器学习算法等系统研究了 GBM肿瘤分子亚型特征以及各亚型与肿瘤微环境互作机制,展现出较好的临床应用前景。然而,这些分型方法多局限于肿瘤组织(tumor bulk)样本,对于低组分肿瘤细胞亚群(如肿瘤干细胞)特征挖掘能力有限,导致分型方法无法有效识别少数高特异性的肿瘤细胞。随着测序技术的快速发展,基于单细胞测序(Single-cell RNA sequencing,scRNA-Seq)技术对肿瘤细胞转录组进行扩增和测序可以有效揭示肿瘤内部不同肿瘤细胞特征,这将为从细胞水平系统深入探索GBM瘤内异质性提供新的研究途径。因此,本课题基于GBM单细胞RNA-Seq数据等,利用无监督聚类方法将GBM肿瘤细胞分为五组,分别为NR,NM,MT,MTA和STC。不同组肿瘤细胞生物学功能和临床特征等差异显著,其中NR和NM恶性程度较低,分子特征趋于正常神经元细胞;MT和MTA能量代谢均异常激活,两组肿瘤细胞分别与GBM经典型和充间质型存在联系,MTA中血管生成相关通路上调明显;STC具有肿瘤干性特征,恶性程度较高。临床生存分析显示,STC富集水平与患者生存时间呈明显负向关系。进一步研究分析显示MTA和STC特征得分在各区域普遍呈现出正向相关性。NR和NM则在原复发过程中表现出极强的竞争关系。此外,STC与肥大细胞(mast cells,MCs)存在密切联系,两者通过互作共同抵抗抗血管生成治疗。STC及活化型肥大细胞高富集患者预后较差。综上所述,本课题研究成果有助于深入理解GBM肿瘤细胞与微环境互作关系,为GBM肿瘤细胞生物功能研究和临床应用提供理论基础和试验依据。