作者，Evil Genius
我們的課程生化小課---基因組與單細胞空間多組學(xué)這就算開始了。
關(guān)于visium HD的文章也是越來越多了，不知道做了HD的道友能否抓住這次的風口。
今天我們分享文獻，個人看到的第七篇visium HD文章，也是多組學(xué)文章，香港科技大學(xué)。
知識積累
腫瘤異質(zhì)性使IDH突變型星形細胞瘤的治療復(fù)雜化。通過時空多組學(xué)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)四個亞型：脂肪生成/脂肪酸代謝型（AFM）、增殖/祖細胞型（PPR）、免疫/間質(zhì)富集型（IME）和神經(jīng)元型（NEU）。其中PPR和IME亞型預(yù)后較差。
異檸檬酸脫氫酶（IDH）突變型星形細胞瘤是一種侵襲性強、可塑性高的腦腫瘤，患者在接受標準治療后幾乎不可避免地會復(fù)發(fā)。
綜合多項研究結(jié)果，cIMPACT-NOW聯(lián)盟建議將CDKN2A/B純合缺失作為IDH突變型星形細胞瘤的WHO 4級診斷標準。
MYC擴增與CDKN2A/B純合缺失同樣可預(yù)測IDH突變型星形細胞瘤的侵襲性進展。
基因組 + 單細胞空間轉(zhuǎn)錄組 + 空間蛋白組
結(jié)果1、數(shù)據(jù)概況
整合了51例成人彌漫性IDH突變型星形細胞瘤患者的多組學(xué)數(shù)據(jù)：其中51例完成蛋白質(zhì)組學(xué)分析、40例完成全轉(zhuǎn)錄組測序（WTS）、41例完成磷酸化蛋白質(zhì)組學(xué)分析、39例完成全外顯子組測序（WES）、39例完成DNA甲基化芯片檢測、31例完成病理全切片成像（WSI）、21例完成單細胞RNA測序。還納入了兩個縱向隊列（包含189對腫瘤樣本）研究進化動力學(xué)，其中60對完成WTS分析，129對完成WSI分析。通過10× Visium HD技術(shù)，以2μm分辨率生成了214,403個細胞中18,805個基因的空間分辨表達譜。為驗證結(jié)果，整合了兩個獨立臨床隊列（共507例IDH突變型星形細胞瘤）的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，并生成協(xié)同索引檢測（CODEX）數(shù)據(jù)——該技術(shù)從3,283,124個細胞中捕獲了單細胞空間蛋白表達模式
通過對蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)進行無監(jiān)督聚類分析，識別出四個亞型：IDH突變脂肪生成/脂肪酸代謝型（IDHm-AFM，綠色）、IDH突變增殖/祖細胞型（IDHm-PPR，紅色）、IDH突變免疫/間質(zhì)富集型（IDHm-IME，橙色）和IDH突變神經(jīng)元型（IDHm-NEU，藍色）。AFM亞型呈現(xiàn)廣泛的代謝程序特征（脂質(zhì)、羧酸和硫代謝），其中脂肪生成和脂肪酸代謝是其標志性特征。PPR亞型富集細胞周期、DNA復(fù)制和增殖相關(guān)通路。IME亞型以干擾素-γ反應(yīng)和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）為定義特征。NEU亞型則富集神經(jīng)元功能相關(guān)通路，包括神經(jīng)元投射發(fā)育和突觸傳遞。
整合匹配的臨床數(shù)據(jù)、基因組突變和拷貝數(shù)變異（CNV）分析顯示，PPR亞型具有高頻率的CDKN2A/B缺失（p = 1.02e-04），且富集于4級腫瘤（p = 0.0012）和A類IDH甲基化高級別膠質(zhì)瘤（p = 6.68e-04）。生存分析顯示各亞型在總生存期（OS，p = 0.029）和無進展生存期（PFS，p = 0.0046）方面存在顯著差異。PPR亞型預(yù)后不良，這與該亞型CDKN2A/B缺失的高發(fā)生率和4級腫瘤富集特征一致。
結(jié)果2、整合分析驗證蛋白質(zhì)組聚類在不同隊列中的預(yù)后價值
研究通過整合多組學(xué)數(shù)據(jù)，首次在IDH突變型星形細胞瘤中定義了四個具有顯著預(yù)后價值的蛋白質(zhì)組亞型（AFM、PPR、IME、NEU）。其中，免疫/間質(zhì)富集型（IME）和增殖/祖細胞型（PPR）均提示不良預(yù)后。研究首次揭示IME作為一個獨特的“免疫熱”亞型，盡管缺乏已知的基因組危險標志物，卻具有獨特的免疫微環(huán)境、Gemistocytic分化特征及干擾素信號通路激活，并通過獨立隊列（TCGA和CGGA）驗證了其作為獨立不良預(yù)后預(yù)測因子的臨床意義?？v向分析發(fā)現(xiàn)腫瘤進化會向PPR和IME亞型轉(zhuǎn)變。此外，該亞型特征在IDH野生型膠質(zhì)母細胞瘤中同樣具有預(yù)后價值，凸顯了其跨瘤種的普適性。
結(jié)果3、單細胞分析揭示IDHm-IME膠質(zhì)瘤中獨特的淋巴細胞浸潤與增強的免疫活性
為區(qū)分腫瘤細胞固有信號與微環(huán)境信號，對18例具有匹配蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)的IDH突變型星形細胞瘤樣本（含3例IME、5例AFM、3例PPR和7例NEU）進行了21次單細胞RNA測序。通過標記基因?qū)?9,242個高質(zhì)量細胞分為腫瘤細胞、髓系細胞、淋巴細胞和少突膠質(zhì)細胞群，并利用拷貝數(shù)變異驗證了腫瘤細胞。比較各蛋白質(zhì)簇的非惡性細胞發(fā)現(xiàn)，IME中的淋巴細胞浸潤顯著高于其他亞型。
重新分析惡性細胞并通過無監(jiān)督聚類識別出六種腫瘤細胞狀態(tài)：神經(jīng)祖細胞樣（NPC-like）、間質(zhì)樣（MES-like）、星形細胞樣（AC-like）、少突膠質(zhì)細胞樣（OC-like）、G1/S期和G2/M期細胞（經(jīng)經(jīng)典標記物注釋）。大多數(shù)狀態(tài)與已發(fā)表的癌細胞狀態(tài)一致。其中新定義的MES-like狀態(tài)顯著富集免疫應(yīng)答通路
樣本水平比例相關(guān)性分析顯示，MES樣腫瘤細胞與IDH突變型星形細胞瘤中的巨噬細胞浸潤相關(guān)
進一步比較蛋白質(zhì)簇間的單細胞轉(zhuǎn)錄組發(fā)現(xiàn)：IME腫瘤微環(huán)境（TME）中的淋巴細胞顯著高表達IGKC（p=7.93e-162），提示漿細胞富集。
綜上所述，IDHm-IME膠質(zhì)瘤展現(xiàn)出獨特的腫瘤微環(huán)境：其免疫浸潤（尤其是漿細胞）顯著增加，腫瘤細胞狀態(tài)呈現(xiàn)間質(zhì)化和免疫相關(guān)程序特征（包括干擾素刺激基因上調(diào)），這凸顯了該蛋白質(zhì)定義簇中腫瘤-免疫協(xié)同激活的獨特生物學(xué)特征。
結(jié)果4、組織病理學(xué)成像鑒定IDHm-IME膠質(zhì)瘤中富集的Gemistocytic分化
通過組織病理學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，IDHm-IME膠質(zhì)瘤顯著富集Gemistocytic分化（GD）特征（p=4.21e-08），該特征在初發(fā)腫瘤中存在于100%的IME病例。利用大型語言模型（LLM）輔助分析TCGA隊列驗證了這一特異性關(guān)聯(lián)。開發(fā)的人工智能模型能準確識別IME亞型（AUC=0.927），且與病理學(xué)家評估高度吻合（PCC=0.970）?？v向分析揭示一個有趣現(xiàn)象：盡管復(fù)發(fā)腫瘤IME表型增強，但高閾值下的GD檢測率反而下降。深入研究發(fā)現(xiàn)這種表象源于腫瘤進化中的形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變——復(fù)發(fā)腫瘤中出現(xiàn)癌流（oncostreams）結(jié)構(gòu)和纖維增生，同時伴隨成纖維細胞浸潤增加（p=5.86e-03）及細胞外基質(zhì)相關(guān)通路激活。這表明GD形態(tài)并非消失，而是向間質(zhì)化方向進化，揭示了IDHm-IME膠質(zhì)瘤在復(fù)發(fā)過程中獨特的組織病理學(xué)演變路徑。
結(jié)果5、IDHm-IME膠質(zhì)瘤中腫瘤細胞狀態(tài)與淋巴細胞浸潤的空間動力學(xué)特征
10× Visium HD和CODEX
Visium HD可實現(xiàn)單細胞尺度無間隙的全轉(zhuǎn)錄組空間分析，而CODEX則提供真正的單細胞蛋白級空間譜。
通過相鄰切片技術(shù)，為每個樣本制備三張相鄰切片：中間切片用于H&E染色和Visium HD分析，其余兩張用于CODEX（含48種標志物panel）和H&E染色，以全面解析腫瘤細胞狀態(tài)和免疫微環(huán)境。
IDHm-IME膠質(zhì)瘤在腫瘤富集區(qū)和TME富集區(qū)的分層架構(gòu)中包含 distinct空間微環(huán)境。GD細胞與高密度的MES樣腫瘤狀態(tài)及浸潤淋巴細胞發(fā)生空間共定位，這表明該亞型中存在高度組織化的腫瘤-免疫空間互作模式。
結(jié)果6、免疫熱型IDHm-IME膠質(zhì)瘤的空間淋巴細胞浸潤特征
采用空間單細胞蛋白質(zhì)組學(xué)（CODEX）對免疫細胞進行深入分析。
通過空間多組學(xué)分析揭示IDHm-IME膠質(zhì)瘤具有獨特的免疫熱微環(huán)境：其血管周圍淋巴細胞袖套（PLC）結(jié)構(gòu)富含巨噬細胞、B細胞和T細胞，并存在CXCL13-CXCR5介導(dǎo)的T-B細胞互作。免疫組化驗證顯示IME亞型中CD3?、CD8?、CD4?和CD20?細胞密度顯著高于非IME亞型（p<1e-29）。單細胞轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)IME腫瘤浸潤T細胞呈現(xiàn)效應(yīng)記憶表型富集（CD8.Tem占23.45%）和顯著耗竭狀態(tài)特征（CD8.Tex占27.55%，耗竭評分p=1.01e-05）?？珀犃蟹治觯–GGA和TCGA）一致證實IME具有最高T細胞耗竭程序（p=2.60e-10）。這些發(fā)現(xiàn)表明IDHm-IME膠質(zhì)瘤雖然具有免疫浸潤特征，但存在免疫抑制微環(huán)境，為該亞型應(yīng)用免疫檢查點阻斷治療提供了理論依據(jù)。
結(jié)果7、IDHm-IME膠質(zhì)瘤不良預(yù)后的分子特征解析
研究揭示了IDHm-IME膠質(zhì)瘤免疫熱特征與不良預(yù)后悖論的分子機制：反應(yīng)性星形細胞樣腫瘤細胞中GBP1/2和SERPINA3上調(diào)導(dǎo)致血腦屏障破壞，促進漿細胞等免疫細胞浸潤；富集的漿細胞通過IgG-FCGR2A信號與腫瘤細胞相互作用，并通過CCL2-CCR2途徑招募更多免疫細胞；同時GBP1通過激活G2M檢查點、E2F靶標和EMT通路，直接增強腫瘤細胞增殖（體外實驗驗證p<0.05）和遷移能力。這種獨特的"免疫熱-高惡性"雙重特征由腫瘤細胞內(nèi)在的GBP1致癌效應(yīng)與微環(huán)境中漿細胞介導(dǎo)的免疫抑制共同驅(qū)動，為該亞型應(yīng)用聯(lián)合靶向治療（針對GBP1信號和免疫檢查點）提供了理論依據(jù)。
結(jié)果8、人工智能驅(qū)動的多組學(xué)診斷工具在IDHm-IME膠質(zhì)瘤中的應(yīng)用
最后來看看方法
10X HD的數(shù)據(jù)分析
