背景介紹

肺癌是發(fā)病率和死亡率增長(zhǎng)最快、對(duì)人群健康和生命威脅最大的惡性腫瘤之一。根據(jù)報(bào)道，近50年來許多國(guó)家肺癌的發(fā)病率和死亡率均明顯增高，男性肺癌發(fā)病率和死亡率均占所有惡性腫瘤的第一位，女性發(fā)病率和死亡率占第二位。肺癌的病理類型主要包括非小細(xì)胞性肺癌和小細(xì)胞性肺癌兩類。非小細(xì)胞性肺癌約占肺癌的80%-85%左右，包括腺癌、鱗癌等。而小細(xì)胞肺癌約占肺癌的15%-20%左右。對(duì)肺癌進(jìn)行準(zhǔn)確病理分型對(duì)有效治療肺癌和研究肺癌發(fā)病發(fā)展的機(jī)制機(jī)理具有極其重要的作用和意義，近年來已經(jīng)成為相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和重點(diǎn)之一。

圖1 肺組織示意圖

目前臨床領(lǐng)域?qū)Ψ伟┑牧紣盒耘袛嗪蛠喰头中椭饕蕾?/span>HE染色、免疫組化等形態(tài)學(xué)病理手段，結(jié)合NGS（下一代測(cè)序技術(shù)）分子病理指標(biāo)進(jìn)行，這些方法不僅需要涉及多種類型的儀器，耗時(shí)長(zhǎng)，前處理復(fù)雜，且在診斷中十分依賴醫(yī)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和判斷，缺乏指標(biāo)化標(biāo)準(zhǔn)。

借助島津公司成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope平臺(tái)，島津中國(guó)創(chuàng)新中心與北京某知名三甲醫(yī)院病理科合作開發(fā)了多角度肺癌分型病理診斷的新方法。該方法一方面從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度實(shí)現(xiàn)對(duì)腺癌和鱗狀細(xì)胞癌兩種非小細(xì)胞肺癌亞型進(jìn)行非靶向分型，另一方面通過發(fā)現(xiàn)的多種小分子空間標(biāo)志物實(shí)現(xiàn)對(duì)癌癥中心和癌旁組織分區(qū)，小細(xì)胞癌和非小細(xì)胞癌分型，以及腺癌和鱗狀細(xì)胞癌亞型分型的直接判斷，從而開辟出一條單獨(dú)依賴于質(zhì)譜成像手段即可實(shí)現(xiàn)肺癌全流程分型的新路徑。

腺癌和鱗狀細(xì)胞癌非靶向統(tǒng)計(jì)學(xué)分型

利用iMScope對(duì)人腺癌與鱗狀細(xì)胞癌臨床樣本進(jìn)行質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集后，使用島津IMAGEREVEAL軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。分別在已知腺癌與鱗狀細(xì)胞癌癌癥中心組織的質(zhì)譜成像對(duì)應(yīng)的顯微圖像中圈出5個(gè)ROI（感興趣區(qū)域）區(qū)域（紅圈和藍(lán)圈對(duì)應(yīng)區(qū)域），每個(gè)ROI區(qū)域包含大約300個(gè)采集點(diǎn)，然后使用IMAGEREVEAL軟件中Differential Analysis模塊進(jìn)行PCA（主成分分析）運(yùn)算，比較二者統(tǒng)計(jì)學(xué)差異和分類情況。

圖2  基于PCA的非小細(xì)胞肺癌臨床統(tǒng)計(jì)學(xué)分型

由綜合質(zhì)譜對(duì)比結(jié)果可見，人非小細(xì)胞肺癌的腺癌與鱗癌兩個(gè)亞型存在大量小分子特征物質(zhì)和差異物質(zhì)，直接對(duì)綜合質(zhì)譜圖中的所有碎片進(jìn)行非靶向的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，有助于減少分析工作量，同時(shí)可提高統(tǒng)計(jì)學(xué)分型的直觀性和準(zhǔn)確性。根據(jù)PCA分類圖，通過對(duì)10個(gè)ROI區(qū)域（紅色點(diǎn)代表腺癌ROI區(qū)域，藍(lán)色點(diǎn)代表鱗癌ROI區(qū)域）直接進(jìn)行PCA分析，可以獲得兩組直接對(duì)應(yīng)腺癌和鱗癌的統(tǒng)計(jì)學(xué)分類（紅色大圈代表腺癌分組，藍(lán)色大圈代表鱗癌分組），該方法不需進(jìn)行復(fù)雜的標(biāo)志物分析即可直接獲得不同類型分型的結(jié)果，簡(jiǎn)單快捷而準(zhǔn)確。

肺癌全流程靶向分型

利用iMScope對(duì)人肺癌臨床樣本進(jìn)行質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)進(jìn)行采集后，使用Imaging MS Solution Postrun Analysis軟件同時(shí)對(duì)肺癌臨床樣本的質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。分別定向提取m/z 775.55, m/z 885.55，m/z 861.55和m/z 673.48等4個(gè)碎片的圖像，其中m/z 775.55作為癌癥中心與癌旁的空間特征標(biāo)志物，m/z 885.55和m/z 861.55組合作為小細(xì)胞癌（SCLC）和非小細(xì)胞癌（NSCLC）的空間特征標(biāo)志物，m/z 673.48作為非小細(xì)胞癌亞型腺癌（AC）和鱗狀細(xì)胞癌（SCC）的空間特征標(biāo)志物。

圖3  肺癌全流程靶向分型分析流程

通過提取m/z 775.55的質(zhì)譜成像圖，可以清晰觀察到其在癌癥中心和癌旁組織中呈現(xiàn)不同的分布：該碎片在癌癥中心低表達(dá)，而在癌旁組織中高表達(dá)。通過m/z 775.55，可以實(shí)現(xiàn)直接對(duì)同一來源肺癌組織的癌癥中心區(qū)域的精確劃分和位置界定，并可以以此為依據(jù)，直接指導(dǎo)下一步具體分型研究的實(shí)施。

通過提取m/z 885.55和m/z 861.55兩種碎片的質(zhì)譜成像圖，可以清晰觀察到這兩種碎片在癌癥中心區(qū)域中的不同類型的分型中具有*不同的分布：當(dāng)二者均在癌癥中心組織中高表達(dá)而在癌旁組織中低表達(dá)時(shí)，為非小細(xì)胞癌；當(dāng)m/z 885.55在癌癥組織高表達(dá)而m/z 861.55在癌旁組織高表達(dá)時(shí)，為小細(xì)胞癌。

通過提取m/z 673.48的質(zhì)譜成像圖，可以清晰觀察到其在非小細(xì)胞癌的兩種亞型中呈現(xiàn)*不同的分布：該碎片在腺癌（AC）中呈現(xiàn)癌癥中心和癌旁組織的均勻表達(dá)，而在鱗狀細(xì)胞癌（SCC）中，僅在癌旁組織中呈現(xiàn)高表達(dá)，在癌癥中心組織呈低表達(dá)。值得注意的是，整個(gè)分型判斷流程是在同一個(gè)臨床樣本內(nèi)進(jìn)行比較，有效排除了不同來源樣本的涉及不同年齡、性別、地域、職業(yè)等干擾因素造成的組間對(duì)比的干擾，避免出現(xiàn)假陽(yáng)性和假陰性的問題。

小 結(jié)

借助島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope，島津中國(guó)創(chuàng)新中心與北京某知名三甲醫(yī)院病理科合作開發(fā)的多角度肺癌分型病理診斷的新方法，實(shí)現(xiàn)了在基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的非靶向?qū)用婧突诙喾N空間標(biāo)志物的靶向?qū)用娴姆伟┒嘟嵌炔±矸中?，在目前傳統(tǒng)臨床手段之外，開辟出一條操作簡(jiǎn)單且更易于指標(biāo)化的新路徑。成像質(zhì)譜技術(shù)為肺癌等重大疾病在分子水平上進(jìn)行病理分型研究提供了準(zhǔn)確的物質(zhì)定位定性和定量信息，未來有望為臨床病理研究和應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域提供更多更可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)信息。