Gleason Score（GS）是一種被廣泛采用的前列腺癌組織學分級的方法，因與前列腺癌的生物行為和預后有良好的關聯(lián)性，成為了制定前列腺治療方案的重要參考指標。作為經(jīng)典診斷評分體系，它具有高度可重復性，但是顯微病理切片檢查耗時較長，另一方面某些評分相似的表型可能代表著完全不同的疾病發(fā)展進程，因此對于病理學家的經(jīng)驗依賴度較高，仍需對診斷體系進一步優(yōu)化。

來自哈佛醫(yī)學院的研究團隊在Molecular Cancer Research發(fā)表文章題為「Molecular Characterization of Prostate Cancer with Associated Gleason Score Using Mass Spectrometry Imaging」的文章，探討了傳統(tǒng)病理技術與分子成像結合提升前列腺腫瘤診斷的可能性。通過空間代謝組學識別和定位不同 GS 評分等級的前列腺腫瘤樣本中的代謝物，發(fā)現(xiàn)了與 GS 評分存在關聯(lián)的代謝物并可以對常規(guī)難以判斷的樣本加以區(qū)分。

研究材料
不同 GS 評分的前列腺腫瘤切片

技術路線
· 步驟 1：代謝物表達模式特異區(qū)域與病理切片比較；
· 步驟 2：不同 GS 評分的病理組織空間代謝組學分析；
· 步驟 3：建立快速檢測流程。

研究結果
1.空間代謝組學結果與病理切片結果比較
對一張經(jīng)過病理學家評分為 GS(5+4)=9 的病理切片進行高深度空間代謝組學分析，將數(shù)據(jù)進行空間聚類分析（Segmentation）。空間聚類分析是一種在空間分布上進行代謝物聚類的分析方法，可以將代謝物表達模式相近的區(qū)域標注為同一顏色，便于對區(qū)域代謝特異性進行分析。如圖所示，將病理學家標注的區(qū)域與空間聚類圖進行比較，發(fā)現(xiàn)同一切片上呈現(xiàn)數(shù)種特異代謝表達模式，并與病理分析結果可產(chǎn)生對應。通過空間聚類分析，腫瘤細胞區(qū)域為淺黃和淺綠兩種色塊組合，出人意料的是相鄰的良性細胞區(qū)域的也出現(xiàn)同樣的色塊組合，可能暗示腫瘤的進一步發(fā)展。

圖1 H&E染色切片與空間聚類分析圖比較
 

2. 不同評分的腫瘤切片空間代謝組學分析
挑選 GS（3+3）=6、GS（3+4）=7兩張、GS（4+3）=7、GS（5+4）=9，共計五張前列腺腫瘤切片進行空間代謝組學分析，同樣由病理學家標注出腫瘤集中區(qū)域。在不同切片中可以明顯發(fā)現(xiàn)代謝物分布特征伴隨 GS 評分變化，這種變化不僅存在于腫瘤區(qū)域，同時也存在于腫瘤組織周圍的正常組織區(qū)域中。

圖2 病理切片腫瘤區(qū)域與聚類分析比對

在 GS 評分中 GS（3+4）=7 和 GS（4+3）=7兩種腫瘤類型在常規(guī)病理檢測中難以區(qū)分，但實際上后者相對前者更具有侵襲性。基于空間代謝組學數(shù)據(jù)，通過對兩組數(shù)據(jù)進行 ROC 分析，發(fā)現(xiàn)共計 56 個代謝物離子（AUC > 0.75），定性分析（Δppm < 2）其中 31 個脂質分子，發(fā)現(xiàn)相關分子并不具有腫瘤區(qū)域完全特異性。相比其它切片，在 GS（3+4）=7 和更高評分的病理切片中，腫瘤區(qū)域中心磷脂分布增加，另外磷脂酰絲氨酸、磷脂酸和神經(jīng)酰胺-1-磷酸在腫瘤組織外的正常組織分布增加。

圖3 單代謝物分子成像分析

3. 快速檢測方法建立及驗證
研究者建立了一種可以應用于臨床的快速檢測診斷流程，并在不同分辨率和檢測深度驗證分子成像和腫瘤類型的相關性，發(fā)現(xiàn)低分辨率（120 μm）影響了部分代謝物分子的檢出，但總體趨勢一致，均可以實現(xiàn)對不同的評分的腫瘤樣本進行區(qū)分。

小編小結
在傳統(tǒng)分子檢測技術中，組織中不同細胞群體和微環(huán)境的特征信息在樣本勻漿處理的過程中丟失，而空間代謝組學通過直接原位檢測，獲取分子分布的空間信息，有助于進一步幫助我們了解這種異質性。在本研究，我們已經(jīng)看到空間代謝組學技術在腫瘤診斷和分型中的潛力。

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