新闻资讯

深度空间代谢组 | 分子病理:空间代谢组学助力肿瘤诊断

2022-03-14
中科新生命
2079


Gleason Score(GS)是一种被广泛采用的前列腺癌组织学分级的方法,因与前列腺癌的生物行为和预后有良好的关联性,成为了制定前列腺治疗方案的重要参考指标。作为经典诊断评分体系,它具有高度可重复性,但是显微病理切片检查耗时较长,另一方面某些评分相似的表型可能代表着完全不同的疾病发展进程,因此对于病理学家的经验依赖度较高,仍需对诊断体系进一步优化。

来自哈佛医学院的研究团队在Molecular Cancer Research发表文章题为“Molecular Characterization of Prostate Cancer with Associated Gleason Score Using Mass Spectrometry Imaging”的文章,探讨了传统病理技术与分子成像结合提升前列腺肿瘤诊断的可能性。通过空间代谢组学识别和定位不同GS评分等级的前列腺肿瘤样本中的代谢物,发现了与GS评分存在关联的代谢物并可以对常规难以判断的样本加以区分。


研究材料

不同GS评分的前列腺肿瘤切片

技术路线

· 步骤1:代谢物表达模式特异区域与病理切片比较;

· 步骤2:不同GS评分的病理组织空间代谢组学分析;

· 步骤3:建立快速检测流程。

研究结果

1.空间代谢组学结果与病理切片结果比较

对一张经过病理学家评分为GS(5+4)=9的病理切片进行高深度空间代谢组学分析,将数据进行空间聚类分析(Segmentation)。空间聚类分析是一种在空间分布上进行代谢物聚类的分析方法,可以将代谢物表达模式相近的区域标注为同一颜色,便于对区域代谢特异性进行分析。如图所示,将病理学家标注的区域与空间聚类图进行比较,发现同一切片上呈现数种特异代谢表达模式,并与病理分析结果可产生对应。通过空间聚类分析,肿瘤细胞区域为浅黄和浅绿两种色块组合,出人意料的是相邻的良性细胞区域的也出现同样的色块组合,可能暗示肿瘤的进一步发展。


图1 H&E染色切片与空间聚类分析图比较

2. 不同评分的肿瘤切片空间代谢组学分析

挑选GS(3+3)=6、GS(3+4)=7两张、GS(4+3)=7、GS(5+4)=9,共计五张前列腺肿瘤切片进行空间代谢组学分析,同样由病理学家标注出肿瘤集中区域。在不同切片中可以明显发现代谢物分布特征伴随GS评分变化,这种变化不仅存在于肿瘤区域,同时也存在于肿瘤组织周围的正常组织区域中。


图2 病理切片肿瘤区域与聚类分析比对

在GS评分中GS(3+4)=7和GS(4+3)=7两种肿瘤类型在常规病理检测中难以区分,但实际上后者相对前者更具有侵袭性。基于空间代谢组学数据,通过对两组数据进行ROC分析,发现共计56个代谢物离子(AUC > 0.75),定性分析(Δppm < 2)其中31个脂质分子,发现相关分子并不具有肿瘤区域完全特异性。相比其它切片,在GS(3+4)=7和更高评分的病理切片中,肿瘤区域中心磷脂分布增加,另外磷脂酰丝氨酸、磷脂酸和神经酰胺-1-磷酸在肿瘤组织外的正常组织分布增加。


图3 单代谢物分子成像分析

3. 快速检测方法建立及验证

研究者建立了一种可以应用于临床的快速检测诊断流程,并在不同分辨率和检测深度验证分子成像和肿瘤类型的相关性,发现低分辨率(120 μm)影响了部分代谢物分子的检出,但总体趋势一致,均可以实现对不同的评分的肿瘤样本进行区分。

小编小结

在传统分子检测技术中,组织中不同细胞群体和微环境的特征信息在样本匀浆处理的过程中丢失,而空间代谢组学通过直接原位检测,获取分子分布的空间信息,有助于进一步帮助我们了解这种异质性。在本研究,我们已经看到空间代谢组学技术在肿瘤诊断和分型中的潜力。

中科优品推荐

【中科新生命】可提供深度空间代谢组学服务:
· 高效的代谢物离子化策革新性MALDI 2离子源系统的独特“后电离”技术
· 多维度分离:“淌度谱”分离维度,搭配代谢物淌度数据库,全面提升检测准确度
· 实测代谢物鉴定数突破2000