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胶质瘤（glioma）是最常见的原发性恶性脑肿瘤,成人型中包括胶质母细胞瘤（glioblastoma,GBM）和世界卫生组织（WHO）定义的2级、3级胶质瘤即低级别胶质瘤（lower-grade glioma,LGG）,其中GBM是最普遍的胶质瘤类型。手术切除是治疗GBM的首选方法,术后辅以放射治疗、替莫唑胺治疗,但由于GBM侵袭性强、生长迅速以及具有高度异质性等特点,GBM患者确诊后的中位生存期仅为15个月。因此,深入探索和阐明胶质瘤特别是GBM发生、发展过程中的分子机制,将有助于胶质瘤的早期诊断以及为制定有效的治疗策略提供理论依据。转化生长因子-β（TGF-β）是调节组织发育和维持体内平衡的重要细胞因子,其同工型包括TGF-β1,TGF-β2和TGF-β3。TGF-β在调节肿瘤进展中具有矛盾作用;在肿瘤发生的早期,TGF-β抑制细胞转化和肿瘤进展;而在肿瘤发生的后期,TGF-β则发挥促进肿瘤进展的作用。小胶质细胞分泌、胶质瘤细胞自分泌和血液循环来源的TGF-β在维持胶质瘤的肿瘤微环境（tumor microenvironment,TME）发挥了重要作用,然而,TGF-β信号在转导GBM进展的潜在机制仍不清楚。NADPH氧化酶（NADPH oxidase,NOX）是一类广泛分布在哺乳动物中的膜结合酶复合物,其主要功能是产生活性氧（reactive oxygen species,ROS）,包括过氧化氢（H2O2）和超氧化物（O2·-）,从而维持细胞内氧化应激（oxidative stress）。NOX有七种同工型,其中NOX4分布广泛且具有组成型活性,其活性完全取决于RNA和蛋白质表达水平,因此NOX4也成为NOX最为重要成员之一。研究表明,NOX4在多种类型的实体肿瘤中存在过度表达现象,其衍生的ROS充当重要的信号转导分子。鉴于NOX4在多种疾病的发病机制中和多种生理过程的重要功能,其调控所涉及的分子机制一直是研究的重点。在GBM中,NOX4的功能与肿瘤生长、存活、侵袭和缺氧诱导放疗抵抗有关,但是调节NOX4活性所涉及的机制以及NOX4在GBM进展中特别是代谢重编程中的分子机制仍未尚未完全揭示。即使氧气充足的情况下,肿瘤细胞也倾向于利用有氧糖酵解（aerobic glycolysis）而不是线粒体氧化磷酸化（OXPHOS）产生代谢中间产物以合成必要的细胞成分和产生能量以支持细胞生长、增殖、迁移和侵袭,这种现象称为Warburg效应或代谢重编程（metabolic reprogramming）。代谢重编程被认为是癌症的标志。虽然现在有大量基于Warburg效应的相关研究,但癌细胞如何协调糖酵解和线粒体氧化磷酸化的机制尚未完全清楚。癌细胞中的各种促癌分子通过不同的机制促进癌症进展,从而赋予了癌细胞不同的特征和能力。数十年以来,研究人员一直在探索癌细胞如何以及为什么会适应代谢效率更低的糖酵解而不是产生能量效率更高的线粒体氧化磷酸化,但是毫无疑问的是,癌症的特异性代谢重编程支持了癌细胞的生长。因此,探索GBM中代谢重编程的具体分子机制可能为GBM治疗提供新的方法。上皮间质转化（Epithelial-mesenchymal transition,EMT）是细胞失去其上皮特性 同时获得间充质特性过程。EMT在肿瘤进展中发挥重要作用,伴随着间质标志物升高和上皮标志物减少。EMT和代谢重编程是相互联系的,在EMT相关分子协调下,肿瘤代谢可由氧化磷酸化转化为有氧糖酵解以支持肿瘤细胞在恶劣环境下所需的生物大分子和生长所需的能量;同时在某些情况下,代谢重编程也可以驱动EMT过程,以促进肿瘤进展。然而,代谢如何被调控以及代谢重编程与EMT之间的分子基础尚未完全了解,探索GBM中支持代谢重编程和EMT的分子机制将为揭示肿瘤形成和进展的提供新的见解,并可能提供治疗GBM的新疗法。在本研究中,我们首先通过分析CGGA数据库、TCGA数据库和临床标本中的TGF-β1和NOX4在正常脑组织以及不同级别胶质瘤组织中的差异表达。实验数据表明,TGF-β1和NOX4在胶质瘤中的表达水平显著高于正常脑组织,并且随着胶质瘤级别的升高而表达上调,TGF-β1和NOX4表达水平在GBM中升高尤为明显;同时,TGF-β1和NOX4在胶质瘤中的表达水平具有正线性相关性;此外,TGF-β1和NOX4在胶质瘤中表达升高提示患者预后不良。在体外实验研究中,我们发现在GBM细胞中,TGF-β1通过Smad信号通路以时间和剂量依赖的方式促进NOX4在mRNA和蛋白水平的表达,同时伴随着线粒体ROS（MitoROS）产生。在功能上,TGF-β1以NOX4依赖产生的线粒体ROS的方式调控GBM细胞代谢重编程即促进细胞能量代谢从线粒体氧化磷酸化转化为有氧糖酵解;同时,TGF-β1通过NOX4产生的线粒体ROS促进GBM细胞EMT、增殖、迁移和侵袭;此外,抑制TGF-β1诱导的代谢重编程能够逆转GBM细胞EMT,表明代谢重编程与EMT是相互交错联系的。在机制上,TGF-β1诱导NOX4产生的线粒体ROS可以激活PI3K/AKT信号通路,介导HIF-1α从细胞质易位进入细胞核并且在细胞核内累积;同时,TGF-β1诱导NOX4产生的线粒体ROS通过激活PI3K/AKT/HIF-1α信号通路调控GBM细胞代谢重编程,使细胞能量代谢方式从线粒体氧化磷酸化转化为有氧糖酵解。总之,我们数据表明TGF-β1和NOX4在胶质瘤中表达水平升高并提示患者预后不良,而且两者表达水平具有正线性相关性。本研究首次在GBM细胞中发现,TGF-β1通过Smad信号通路诱导NOX4表达同时产生线粒体ROS,然后通过激活PI3K/AKT信号通路介导HIF-1α表达升高并且使HIF-1α在细胞核内累积,从而促进GBM细胞代谢重编程即细胞能量代谢从线粒体氧化磷酸化转变为有氧糖酵解,同时也促进GBM细胞EMT、增殖、迁移和侵袭。因此,NOX4及其衍生的线粒体ROS作为胶质母细胞瘤细胞中TGF-β信号下游的关键分子,有希望成为治疗胶质瘤特别是代谢功能异常的GBM重要靶点。