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空間多組學(xué)+機(jī)器學(xué)習(xí)助力精準(zhǔn)預(yù)測(cè)肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)

瀏覽次數(shù):162 發(fā)布日期:2025-5-28  來(lái)源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責(zé)任自負(fù)

肝細(xì)胞癌(HCC)的高復(fù)發(fā)率是臨床治療中的重大挑戰(zhàn),亟需有效的復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)和干預(yù)策略。新研究通過(guò)整合空間轉(zhuǎn)錄組、單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù),揭示了腫瘤侵襲前沿中特定NK細(xì)胞亞群在抑制復(fù)發(fā)中的核心作用,并利用機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建了TIMES復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)系統(tǒng),其預(yù)測(cè)效能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)預(yù)測(cè)模型。空間多組學(xué)技術(shù)為精準(zhǔn)解析腫瘤微環(huán)境提供了強(qiáng)大工具,為HCC等腫瘤疾病的個(gè)性化治療開(kāi)辟了新路徑!

一. 研究背景

肝細(xì)胞癌(HCC)的高復(fù)發(fā)率是患者長(zhǎng)期生存的主要障礙,亟需有效的預(yù)測(cè)和干預(yù)策略。腫瘤微環(huán)境(TME)中的免疫細(xì)胞,特別是自然殺傷(NK)細(xì)胞和T細(xì)胞,在抑制復(fù)發(fā)中發(fā)揮關(guān)鍵作用,但其空間分布特征和調(diào)控機(jī)制尚不明確。本研究通過(guò)整合空間轉(zhuǎn)錄組分析、單細(xì)胞RNA測(cè)序和機(jī)器學(xué)習(xí)模型,系統(tǒng)解析了HCC免疫微環(huán)境的空間異質(zhì)性,揭示了侵襲前沿特定NK細(xì)胞亞群在抑制復(fù)發(fā)中的核心作用,并構(gòu)建了基于空間免疫特征的復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)系統(tǒng)(TIMES),為HCC的精準(zhǔn)診療提供了新視角。

二. 文章詳情

文章題目:Spatial immune scoring system predicts hepatocellular carcinoma recurrence
中文題目:空間免疫評(píng)分系統(tǒng)預(yù)測(cè)肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)
發(fā)表時(shí)間:2025.03
期刊名稱:Nature
影響因子:50.5
技術(shù)平臺(tái):蛋白質(zhì)組+單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組+空間轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)
DOI:10.1038/s41586-025-08668-x

三. 研究結(jié)果

1. NK細(xì)胞在侵襲前沿(IF)降低復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

為解析免疫細(xì)胞空間分布對(duì)HCC復(fù)發(fā)的調(diào)控作用,研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)空間轉(zhuǎn)錄組分析(10x Visium)和多重免疫組化(mlHC)對(duì)17例HCC患者組織進(jìn)行解析,發(fā)現(xiàn)未復(fù)發(fā)(non-REC)患者的IF區(qū)域中CD3⁻CD57⁺成熟NK細(xì)胞顯著富集(P=4.3×10⁻⁴),且該細(xì)胞亞群高浸潤(rùn)患者的無(wú)病生存期(DFS)延長(zhǎng)(P=6.6×10⁻³)。這一結(jié)果表明,IF區(qū)域的特定NK細(xì)胞亞群是抑制HCC復(fù)發(fā)的關(guān)鍵免疫屏障。

圖片Fig1. 空間多組學(xué)分析揭示NK細(xì)胞分布與肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)之間的關(guān)聯(lián)

2. 空間基因模式預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)

基于GeoMx DSP全轉(zhuǎn)錄組圖譜對(duì)CD3⁻CD57⁺NK細(xì)胞的空間基因表達(dá)分析,在8例HCC患者中篩選出241個(gè)差異表達(dá)基因(DEGs),其中SPON2、ZFP36L2等五個(gè)基因在預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)中表現(xiàn)最優(yōu)。蛋白質(zhì)組學(xué)(LC-MS/MS)驗(yàn)證了這些基因的蛋白表達(dá)差異,而TCGA數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比顯示,僅結(jié)合基因的空間分布信息時(shí),其預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)的效能顯著提升,突顯空間組學(xué)在精準(zhǔn)預(yù)測(cè)中的必要性。
 
圖片
Fig2. 鑒定肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)的基因表達(dá)空間分布模式

3. TIMES系統(tǒng)分層復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)整合XGBoost機(jī)器學(xué)習(xí)模型與61例HCC患者的全切片圖像(WSI)及多區(qū)域標(biāo)志物數(shù)據(jù),研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了TIMES評(píng)分系統(tǒng)。該系統(tǒng)在驗(yàn)證隊(duì)列中區(qū)分復(fù)發(fā)與未復(fù)發(fā)患者的準(zhǔn)確率達(dá)82.2%(AUC>0.87),且顯著優(yōu)于傳統(tǒng)TNM/BCLC分期,尤其在早期HCC中展現(xiàn)出更高的臨床實(shí)用性,為個(gè)體化復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了新工具。
 
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Fig3. 開(kāi)發(fā)TIMES評(píng)分系統(tǒng)用于肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

4. SPON2+ NK細(xì)胞:高活性與腫瘤浸潤(rùn)性

在3D腫瘤模型中進(jìn)行單細(xì)胞RNA測(cè)序,研究發(fā)現(xiàn)SPON2⁺NK細(xì)胞高表達(dá)IFNγ、穿孔素等激活標(biāo)志物(P=1.0×10⁻⁴),并具有更強(qiáng)的腫瘤遷移與殺傷能力。敲低SPON2抑制NK細(xì)胞功能,而過(guò)表達(dá)則顯著增強(qiáng)其浸潤(rùn)與細(xì)胞毒性,證實(shí)SPON2是NK細(xì)胞抗腫瘤活性的核心調(diào)控因子。

5. SPON2+NK細(xì)胞與CD8+T細(xì)胞的相互作用

通過(guò)空間mIHC定位和體外共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),研究揭示了SPON2⁺NK細(xì)胞與CD8⁺T細(xì)胞在腫瘤核心(TC)區(qū)域的緊密空間關(guān)聯(lián)。直接接觸通過(guò)IFNγ信號(hào)通路顯著提升CD8⁺T細(xì)胞的效應(yīng)分子(如顆粒酶B,P=1.0×10⁻⁴),而阻斷IFNγ后協(xié)同效應(yīng)消失,表明兩種免疫細(xì)胞通過(guò)功能性互作協(xié)同抑制腫瘤進(jìn)展。
 
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Fig4. SPON2+NK細(xì)胞被激活并具有向肝細(xì)胞癌腫瘤核心遷移的潛力,且靠近更高豐度的IFNγ+CD8+T細(xì)胞

6.NK細(xì)胞中SPON2缺失促進(jìn)HCC復(fù)發(fā)

在Spon2敲除小鼠模型中,NK細(xì)胞特異性缺失SPON2導(dǎo)致腫瘤生長(zhǎng)加速(P=7.8×10⁻³)及免疫細(xì)胞浸潤(rùn)減少,而過(guò)繼轉(zhuǎn)移SPON2⁺NK細(xì)胞可逆轉(zhuǎn)此表型(P=3.9×10⁻³)。臨床數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步顯示,TC區(qū)域SPON2⁺NK細(xì)胞富集與患者長(zhǎng)期生存正相關(guān)(P=9.8×10⁻³),提示靶向SPON2或可成為改善HCC預(yù)后的新策略。
 
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Fig5. Spon2敲除對(duì)肝細(xì)胞癌小鼠模型中NK細(xì)胞功能的影響

四. 主要結(jié)論

本研究對(duì)61名患者的腫瘤侵襲前沿和腫瘤中心進(jìn)行NK細(xì)胞的空間分布分析,發(fā)現(xiàn)其與HCC復(fù)發(fā)相關(guān)。基于五種生物標(biāo)志物(SPON2、ZFP36L2、ZFP36、VIM和HLA-DRB1)的空間表達(dá)模式,研究團(tuán)隊(duì)利用極端梯度提升和逆方差加權(quán)方法開(kāi)發(fā)了腫瘤免疫微環(huán)境空間(TIMES)評(píng)分系統(tǒng),用于預(yù)測(cè)HCC復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。TIMES評(píng)分在患者風(fēng)險(xiǎn)分層方面優(yōu)于當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)工具(如TNM和BCLC系統(tǒng))。我們?cè)趤?lái)自五個(gè)多中心隊(duì)列的231名患者中驗(yàn)證了該模型,實(shí)際準(zhǔn)確率達(dá)到82.2%,特異性為85.7%。這些生物標(biāo)志物的預(yù)測(cè)能力源于其空間分布的整體整合,而非單個(gè)標(biāo)志物的表達(dá)水平。通過(guò)體內(nèi)模型(包括NK細(xì)胞特異性Spon2基因敲除小鼠),我們發(fā)現(xiàn)SPON2能夠增強(qiáng)侵襲前沿的IFNγ分泌和NK細(xì)胞浸潤(rùn)。本研究提出的TIMES評(píng)分系統(tǒng)是一個(gè)公開(kāi)可用的工具,用于預(yù)測(cè)HCC復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn),并為早期HCC的治療決策提供潛在指導(dǎo)。

參考文獻(xiàn)
Jia, Gengjie et al. “Spatial immune scoring system predicts hepatocellular carcinoma recurrence.” Nature, 10.1038/s41586-025-08668-x. 12 Mar. 2025.
發(fā)布者:上海生物芯片有限公司
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