非因解读 | DSP空间多组学助力胃癌预后标志物的发现

胃癌作为全球第六大高发癌种，免疫治疗和靶向治疗虽然取得了一定进展，但与其他恶性肿瘤相比，仍缺乏易于操作的临床生物标志物。因此，寻找胃癌预后预测和治疗分层的生物标志物显得尤为重要。而对胃癌尤其是晚期胃癌微环境的研究可能更好地阐明其发病机制，挖掘有临床意义的生物标志物实现病人分层诊疗。

基于Stroma AReactive Invasion Front Areas（SARIFA）的病理形态学研究在结直肠癌的预后分层研究中已经得到了初步共识，其微环境中的肿瘤细胞与间质脂肪细胞的互作也得到了进一步的研究。为了深入研究胃癌组织学预后标志物的意义，2021年10月德国奥格斯堡大学医学院Bruno Märkl团队，主要采用DSP空间组学技术对胃癌TMA样本进行空间转录组检测，并结合免疫组化验证，来挖掘其潜在机制，并在《journal of pathology》杂志（IF=7.996）发表题为“Stroma AReactive Invasion Front Areas (SARIFA) – a new prognostic biomarker in gastric cancer related to tumor-promoting adipocytes”的研究文章（图1）。

图1

研究亮点

研究人员应用胃癌TMA样本，将其分为SARIFA阳性和SARIFA阴性两种亚型。利用DSP技术获得这两种亚型的转录谱数据，并探究与SARIFA阳性肿瘤相关的基因表达，发现SARIFA阳性肿瘤中与甘油三酯分解代谢和内源性甾醇相关的基因显著上调。再通过免疫组化在蛋白质水平上，验证与脂质代谢相关的蛋白质表达情况，最终发现SARIFA结构可能是胃癌中与促肿瘤脂肪细胞相关的生物标志物。

研究思路

研究结果

SARIFA空间结构的定义：SARIFA是位于侵袭前区（IF）的一个肿瘤腺体或至少五个肿瘤细胞直接接触脂肪细胞而不分离基质的空间结构。此外，当肿瘤细胞直接与基质区域（如固有肌层中的平滑肌）相邻而没有相互作用，如成纤维细胞增殖、胶原形成或组织细胞反应，则同样定义为存在SARIFA（图2E-F）。我们将呈现上述这些特征的肿瘤分为SARIFA阳性（图2A-F），其他为SARIFA阴性（图2G-H）。

图2

1、SARIFA 阳性肿瘤与临床病理相关因素

两个集合中病例的临床病理特征总结在表1和表2中。总的来说，集合A中24例（15%）病例被归类为SARIFA阳性，136例（85%）被归类为SARIFA阴性，且SARIFA阳性肿瘤与晚期T阶段、远端转移和淋巴血管浸润相关；集合B中72例（22.5%）病例被归类为SARIFA阳性，248例（77.5%）被归类为SARIFA阴性，同时还发现SARIFA阳性肿瘤与阳性淋巴结和血管浸润相关。

表1 表2

2、SARIFA阳性肿瘤患者的生存曲线显著降低

在两个集合中，SARIFA阳性肿瘤患者的生存曲线显著降低。在集合A中，SARIFA阳性患者的中位生存期为20个月，而SARIFA阴性患者的中位生存期为44个月（图3A）；在集合B中，SARIFA阳性患者的中位生存期为15个月，而SARIFA阴性肿瘤患者的中位生存期为41个月（图3B）。

图3

3、使用DSP技术进行差异基因表达分析

为了研究SARIFA阳性肿瘤潜在的促癌机制，研究人员运用DSP空间多组学技术，首先通过荧光成像将肿瘤细胞可视化，在SARIFA阳性和阴性肿瘤选择感兴趣的区域（ROI）进行转录组检测（图4A和B），从而得到SARIFA阳性和阴性肿瘤之间的差异表达基因，包括COL15A1，FABP2，FABP4，FGB等（图4C）。之后研究人员在SARIFA阴性肿瘤浸润前区（Non-SARIFA-IF）、SARIFA阳性肿瘤中心（SARIFA-TC）和SARIFA阳性肿瘤浸润前区(SARIFA-IF)分别观察了COL15A1和FABP4两种基因的表达差异，结果显示，与Non-SARIFA-IF和SARIFA-TC相比，SARIFA-IF两种基因表达显著增加（图4D和E）。

图4

4、免疫组化验证差异表达基因以及与缺氧和干细胞特征相关蛋白的表达水平

为了验证DSP空间多组学技术分析得到的差异表达基因在蛋白水平上是否存在差异，研究人员进行了免疫组化实验。结果显示，FABP4，CD36，CD68在SARIFA的IF中明显上调（图5A、B、F）。此外，研究人员发现SARIFA与体重指数（BMI）较低有关（图5C）。并且IF中表达的FABP4，与IF和TC中表达的CD44呈显著负相关，与IF或TC中CD68+细胞数和IF中表达的CD36呈显著正相关（图5D和E）。

接下来，为了验证缺氧和干细胞特征相关的蛋白质是否对SARIFA起作用，研究人员验证了碳酸酐酶IX和CD44，结果显示，SARIFA和非SARIFA相比，碳酸酐酶IX无变化（图5G）；而CD44在SARIFA的IF处明显下降（图5H）。此外研究人员也验证了与增殖相关的Ki67，发现二者之间并无差异（图5I）。

图5

总之，SARIFA可看作是一种基于组织形态学、与胃癌的促肿瘤脂肪细胞相关的预后标志物，但SARIFA是否可以作为实体癌的通用预后指标还需要进一步去验证。

研究总结

研究团队借助DSP空间多组学技术，从胃癌TMA样本的转录组数据入手，探究与SARIFA阳性肿瘤相关的潜在机制，验证SARIFA结构是否与脂肪细胞或脂质代谢相关，从而为胃癌患者预后评估提供有前景的、易于评估的生物标志物。

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