前言胶质瘤是中枢神经系统最常见的原发性肿瘤,约占中枢神经系统肿瘤的50%以上,具有高复发率、高死亡率等特点。当前胶质瘤标准化治疗采用手术联合放化疗的Stupp方案,但治疗效果并不理想,其中恶性程度最高的胶质母细胞瘤（GBM）患者中位生存期仅为14个月,如何有效治疗胶质瘤已经成为肿瘤治疗领域的难题之一。免疫治疗作为肿瘤精准治疗的重要突破口已经在多种肿瘤疾病中获得成功,但是在胶质瘤中的应用仍处于起步阶段。长久以来,中枢神经系统一直被认为处于免疫豁免状态。最新研究证实中枢神经系统具有其特殊的免疫结构与特点,此外,胶质瘤发生发展过程中,往往伴随着血脑屏障的破坏,大量外周免疫细胞得以进入胶质瘤微环境,并构建起胶质瘤特殊的免疫微环境。上述重大发现使人们从免疫角度重新认识了中枢神经系统,也为胶质瘤免疫治疗带来了新的希望。但是,当前胶质瘤免疫研究领域仍存在以下问题亟待解决,即免疫异常在胶质瘤恶性进展及不良预后中的作用未知;免疫反应在不同类型胶质瘤中的特征与差别不明;免疫微环境对胶质瘤内在驱动路径的影响如何。针对上述领域难题,本人依托参与建设的“中国脑胶质瘤基因图谱计划”数据平台（CGGA）,采用“多组学整合分析发现,大样本临床数据与基础实验验证”的策略,对胶质瘤免疫学特性及预后标志物进行了系列研究。方法（1）数据资料:研究主体数据获得自CGGA数据平台,共纳入了297例胶质瘤微阵列数据与310例胶质瘤RNA测序数据。胶质瘤标本取自平台参建单位,标本在术中获得后被直接投入液氮保存,每个病例都由两名神经病理学家独立确诊,仅有符合分子检测要求的标本被用于提取相应检测样品。外部验证数据获取自The Tumor Genome Atlas及Gene Expression Omnibus数据平台。（2）伦理与患者知情权:研究计划得到了研究单位伦理委员会的批准。我们在患者知情同意的情况下收集肿瘤组织和临床病理信息。（3）检测样品制备:RNA样品的提取应用mir Vana试剂盒（Ambion公司）,DNA样品的提取应用QIAamp试剂盒（Qiagen公司）,样品的提取与质控依据相应的产品说明。（4）RNA微阵列检测:微阵列检测应用Agilent人类全基因组检测平台,RNA完整度检测应用Agilent 2100分析仪,数据的获得依托Agilent G2565BA微阵列扫描仪以及Agilent特征提取系统,Gene Spring GX 11.0被用来进行探针强度的标准化处理。（5）RNA测序:文库测序应用Illumina Hi Seq 2000平台,测序产生的原始图像数据通过碱基鉴定转换为序列数据（CASAVA v1.8.2）,Hg 19 Ref Seq被用来进行基因注释,基因表达量根据RPKM算法得出。（6）分子标记物鉴定:IDH1突变和MGMT启动子甲基化状态应用DNA焦磷酸测序检测。（7）生物信息学分析方法:主成分分析被用来分析病例特征;Gene set enrichment analysis（GSEA）被用来研究比较转录组特征在两组病例之间的差异;Pearson检验被用来研究共表达网络节点间的相关性;基因集在DAVID数据库进行分析以获得功能与通路注释。（8）细胞系:人胶质瘤细胞系U87、LN229、U251、H4购买自中科院上海细胞库。细胞系的微阵列表达谱数据从Cancer Cell Line Encyclopedia下载获得。我们根据胶质瘤分子亚型标准,应用单样本GSEA（ss GSEA）算法,将求得各细胞系的前神经元型、神经元型、经典型、间充质型得分,结果显示U87为间充质型,而其他三种细胞系为经典型。（9）基因干扰和Western blot:我们使用小干扰RNA敲低STAT3表达,通过western blot检验敲低效果及干扰STAT3后Notch通路的活化情况。（10）统计学分析:分组之间的特征差异使用t检验或卡方检验进行分析。分组之间的预后差异通过Kaplan-Meier曲线和Log-rank检验评价。单变量和多变量Cox回归分析被用来确定影响预后的独立因素。Pearson检验被用来评价变量之间的相关性。所有统计分析均使用SPSS、Graph Pad Prism 6和R语言。双侧p值小于0.05即为显著性差异。结果第一部分:研究数据来自CGGA数据平台（发现组,297例）和TCGA数据平台（验证组,536例）,我们对上述胶质瘤患者进行了免疫反应的总体描绘,发现免疫反应强度不受胶质瘤组织学类型影响,而随着恶性级别的升高而显著增强,其中恶性程度最高的GBM具有最为亢进的局部免疫反应。我们从322个免疫相关基因中鉴定到8个同GBM患者生存期密切相关的核心基因（FOXO3、IL6、IL10、ZBTB16、CCL18、AIMP1、FCGR2B、MMP9）,并通过风险拟合方法建立了免疫状态相关的预后风险评分模型。依据此方法得出的风险得分具有显著的预后价值,能够独立于临床病理特征及术后治疗情况准去地预测病人生存时间。通过此方法鉴定到的高风险患者几乎全部为IDH1野生状态、属于间充质亚型并表现出更加亢进的局部免疫反应。第二部分:研究发现组为CGGA测序数据（310例）,内部验证组为CGGA微阵列数据（297例）,外部验证组为GSE16011数据（205例）。通过在较低级别胶质瘤（LGG）中比对IDH1突变型与野生型病例的转录组数据,我们发现了2679个同IDH1突变相关的差异表达基因,功能分析提示IDH1突变型病例表现为局部免疫反应的抑制,以及神经发生功能的上调。在对IDH1突变型LGG的转录组进行预后价值评估过程中,我们发现了1245个基因具有显著的预后价值,其中风险型基因主要同免疫反应的增强密切相关。在进一步确定了其中6个最具代表性的基因后,我们在IDH1突变型LGG中建立了有效的预后标记物体系,此预后物标记体系具有独立的预后价值,并且在判断3年、5年生存率上显著优于常用的临床病理特征。与此同时,我们在GBM中发现IDH1突变相关的基因差异与功能变化同LGG极为类似,上述预后标记物在IDH1突变型GBM中同样具备显著的预后价值。通过联合病理级别、IDH1突变状态以及我们建立的预后标记物,我们将全部胶质瘤病例区分为生存时间显著不同的三组,此分类方法相比现有分子病理分类方法具有更为显著的预后价值。第三部分:最新研究证实胶质瘤分子分型很大程度上取决于病例间微环境的差异并反映出不同的局部免疫状态,但分子亚型间不同的微环境与免疫状态是否具备改造胶质瘤内在驱动信号的能力仍为未知。STAT3作为多种促癌信号通路的关键节点,我们根据其磷酸化水平对来自TCGA数据平台的178例GBM进行分组,发现STAT3磷酸化相关的转录组改变在各分子亚型之间大不相同,STAT3磷酸化在间充质型GBM中的影响更为广泛,能够将此类病人归纳为生物学表型差异明显的两群。通过在各分子亚型中比对STAT3磷酸化相关的基因与蛋白变化,我们绘制了STAT3与其他信号通路关键节点的互动关系图谱,发现STAT3磷酸化能够在间充质亚型中特异地激活Notch通路,我们在对胶质瘤细胞系进行分子分型后证实了STAT3磷酸化同Notch通路间存在间充质亚型特异的调控关系。此外,我们还构建了由17个mi RNA组成的同STAT3信号激活密切相关的mi RNA共表达网络。结论第一部分:我们发现胶质瘤局部免疫反应强度随级别升高而显著增强,在322个各免疫相关基因中鉴定到8个具有显著预后价值的核心基因,并提出了基于上述基因的风险评分方法,此评分能够反映胶质瘤局部免疫反应的强弱,并独立预测患者生存时间。上述研究证实增强的免疫反应是导致胶质瘤恶性进展及不良预后的重要因素,并提出了首个免疫相关的胶质瘤预后风险评估方法。第二部分:研究结果表明IDH1突变在LGG和GBM的形成与发展过程中发挥着广泛而相似的作用,其中IDH1突变型胶质瘤的免疫反应受到显著抑制;我们发现局部免疫反应的强弱是影响IDH1突变型胶质瘤预后的最重要因素之一,并提出了可在IDH1突变型LGG和GBM中通用的风险标记物体系。上述研究首次提出IDH1突变在免疫方面的调控潜能,为IDH1突变型胶质瘤建立了有效的预后标记物,并提出了更为准确的胶质瘤预后分类方法。第三部分:我们在各亚型GBM患者中确定了与STAT3信号通路相关的蛋白质,m RNA和mi RNA,发现STAT3作为多种肿瘤发生的重要信号枢纽,在不同亚型胶质瘤中具有显著差异的上下游调控机制,其中间充质型GBM的STAT3磷酸化能够特异性激活Notch信号通路。上述研究印证了我们提出的假说,即亚型相关的微环境与免疫反应差异可能影响胶质瘤内在驱动信号的工作机制。