Cancer Cell最新空间组学研究｜香港科技大学王吉光/天坛医院江涛院士团队合作提出IDH突变型星形细胞瘤的新分类标准

IDH突变型星形细胞瘤是中枢神经系统肿瘤分类中明确定义的一类肿瘤，虽然比IDH野生型预后稍好，但临床上也面临关键挑战，包括治疗抵抗性和分子异质性，相同病理分级的患者5年生存率差异可达40%。IDH突变型星形细胞瘤现有分类体系不足，研究发现约35%的进展性病例缺乏已知的分子标志物，提示需要更精细的分类体系。近期，香港科技大学王吉光团队与北京天坛医院江涛院士团队合作在《Cancer Cell》发表了题为“Protein-based classification reveals an immune-hot subtype in IDH mutant astrocytoma with worse prognosis”的论文。该研究通过创新性的整合多组学数据，包括Bulk多组学、scRNA-seq、病理、Visium HD空间转录组和Phenocycler-Fusion(PCF)空间单细胞蛋白组（CODEX），不仅重新定义了IDH突变型星形细胞瘤的分类标准，更为临床提供了可操作的诊断工具。

| 蛋白组分型

研究团队在发现阶段依据51例患者的蛋白组数据将患者分为了4类亚型：IDHm-AFM亚型，富集脂肪酸代谢通路；IDHm-PPR亚型，富集增殖相关的突变；IDHm-IME亚型，富集免疫/间充质相关的通路；IDHm-NEU亚型，神经元相关的基因。生存分析发现了IDHm-AFM和IDHm-NEU亚型预后较好，而IDHm-PPR和IDHm-IME亚型预后较差。研究还通过TCGA（n=234）和CGGA（n=273）双队列进行了验证。

IDHm-PPR亚型具有高比例的CDKN2A/B缺失，大部分为高级别胶质瘤。然而IDHm-IME亚型为什么预后很差？并且研究团队通过scRNA-seq分析，发现了IDHm-IME亚型除了富集MES-like肿瘤细胞亚群，还具有较多的淋巴细胞浸润，特别是浆细胞。IDHm-IME亚型的“免疫热”微环境和预后差形成了矛盾。

| IME肿瘤细胞具有肥胖细胞型的形态特征

研究团队通过分析病理图像发现了IDHm-IME亚型的肿瘤细胞呈现肥胖细胞型的形态分化。并且构建了预测肥胖细胞型的AI模型，可以高效的对IDHm-IME亚型进行分类。研究还进一步揭示了在复发的样本中AI预测分值变低，并不是因为肥胖细胞型减少，而是形态发生了变化，特别是出现了纤维组织增生，提示了成纤维细胞在肿瘤复发中的关键作用。

| 肥胖细胞型肿瘤的免疫微环境特征

为了分析肥胖细胞型肿瘤形态的免疫微环境，研究团队分析了1例IME亚型复发患者配对的FFPE样本。2个FFPE样本上各选取了一个同时包含肥胖细胞型形态富集和缺少的区域，分别进行了3张邻片的连续切片，中间1张进行了Visium HD空间转录组分析，第1张和第3张进行了PCF空间单细胞蛋白组分析（CODEX），检测了48种抗体（见文末）。研究利用Visium HD空间转录组进行了细胞邻域分析，通过PCF空间单细胞蛋白组对空转数据进行了验证。

利用建立的肥胖细胞型AI模型预测检测区域HE图像，发现了肥胖细胞型预测分值高的区域对应MES-like细胞邻域，预测分值和MES-like肿瘤细胞亚群和淋巴细胞的数量呈显著正相关。PCF空间单细胞蛋白组验证了肥胖细胞型预测分值高的区域CD44+CD74+的MES-like肿瘤细胞亚群更多，CD3+ T细胞数量更多。

| 血管周围淋巴细胞套袖结构的细胞组成

PCF空间单细胞蛋白组验证了在IME样本中存在血管周围淋巴细胞套袖结构（perivascular lymphocytic cuffing）。这种结构之前已经报道了富集在肥胖细胞型肿瘤中。PCF揭示了CD31+血管内皮细胞周围被CD68+巨噬细胞、CD20+ B细胞和CD3+ T细胞包围。套袖结构结构内的T细胞包含CD8+和CD4+，并且表达GZMK、PD-1和TOX，说明了这些免疫细胞存在效应性和耗竭性的状态。研究者还发现了袖套结构中CXCL13+ T和CXCR5+ B 细胞邻近，推测趋化因子CXCL13或许驱动套袖结构的形成。利用PCF空间单细胞蛋白组进行空间距离分析，发现了CD8+ T细胞逐渐远离套袖结构，在肿瘤细胞附近富集较多。研究还进行了大样本的IHC验证，并且结合scRNA-seq发现了IME亚型富集更多的耗竭性CD8+ T细胞，外部数据库也证实了IME亚型中耗竭性基因分值更高。这些也反映了IME亚型预后差的潜在原因。

| IME亚型肿瘤预后差的内在和外在机制

研究团队进一步的分析了bulk组学中的差异蛋白，发现了IME中上调的GBP1/2和SERPINA3等与血脑屏障破坏有关，允许更多免疫细胞浸润。scRNA-seq发现了IME肿瘤尤其富集更多的浆细胞，并且空间分析发现了浆细胞邻近肿瘤细胞。基于前期发现，研究者推测浆细胞通过IgG-FcγRIIA信号通路与肿瘤细胞相互作用，反而支持肿瘤细胞维持和进展。另外体外实验证明，在IDH突变细胞系中过表达关键的差异蛋白GBP1，也能促进肿瘤细胞本身的增殖和迁移。

| 开发AI诊断工具

为了解决IME亚型的临床转化问题，研究者开发了GUIDE。GUIDE是一个基于多组学数据（包括病理图像、转录组、甲基化组）的AI辅助诊断工具，即使某些数据类型缺失也能工作。仅用病理图像即可达到约84%的准确率，结合其他组学数据可进一步提高。GUIDE为临床医生提供了一个实用的工具，可用于识别高风险IME患者，从而可能指导更密切的监测或更积极的治疗策略。

总结与讨论

这项研究提出了新的分子分型框架，基于蛋白质组学将IDH突变型星形细胞瘤分为4个亚型，提供了超越WHO分级和基因组学的更精细视角。揭示了“免疫热但预后差”的悖论，深入阐述了IME亚型中肿瘤细胞内在特性、免疫抑制微环境和浆细胞的“助纣为虐”是如何共同导致不良预后的。强调了空间异质性的重要性，展示了肥胖细胞型形态与特定分子和细胞特征在空间上的联系。

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