背景介紹

肺癌是發(fā)病率和死亡率增長最快、對人群健康和生命威脅最大的惡性腫瘤之一。根據(jù)報道，近50年來許多國家肺癌的發(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胞性肺癌和小細胞性肺癌兩類。非小細胞性肺癌約占肺癌的80%-85%左右，包括腺癌、鱗癌等。而小細胞肺癌約占肺癌的15%-20%左右。對肺癌進行準(zhǔn)確病理分型對有效治療肺癌和研究肺癌發(fā)病發(fā)展的機制機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)域的研究熱點和重點之一。

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（下一代測序技術(shù)）分子病理指標(biāo)進行，這些方法不僅需要涉及多種類型的儀器，耗時長，前處理復(fù)雜，且在診斷中十分依賴醫(yī)生的個人經(jīng)驗和判斷，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，島津中國創(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)計學(xué)角度實現(xiàn)對腺癌和鱗狀細胞癌兩種非小細胞肺癌亞型進行非靶向分型，另一方面通過發(fā)現(xiàn)的多種小分子空間標(biāo)志物實現(xiàn)對癌癥中心和癌旁組織分區(qū)，小細胞癌和非小細胞癌分型，以及腺癌和鱗狀細胞癌亞型分型的直接判斷，從而開辟出一條單獨依賴于質(zhì)譜成像手段即可實現(xiàn)肺癌全流程分型的新路徑。

腺癌和鱗狀細胞癌非靶向統(tǒng)計學(xué)分型

利用iMScope對人腺癌與鱗狀細胞癌臨床樣本進行質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集后，使用島津IMAGEREVEAL軟件對數(shù)據(jù)進行處理。分別在已知腺癌與鱗狀細胞癌癌癥中心組織的質(zhì)譜成像對應(yīng)的顯微圖像中圈出5個ROI（感興趣區(qū)域）區(qū)域（紅圈和藍圈對應(yīng)區(qū)域），每個ROI區(qū)域包含大約300個采集點，然后使用IMAGEREVEAL軟件中Differential Analysis模塊進行PCA（主成分分析）運算，比較二者統(tǒng)計學(xué)差異和分類情況。

圖2  基于PCA的非小細胞肺癌臨床統(tǒng)計學(xué)分型

由綜合質(zhì)譜對比結(jié)果可見，人非小細胞肺癌的腺癌與鱗癌兩個亞型存在大量小分子特征物質(zhì)和差異物質(zhì)，直接對綜合質(zhì)譜圖中的所有碎片進行非靶向的統(tǒng)計學(xué)分析，有助于減少分析工作量，同時可提高統(tǒng)計學(xué)分型的直觀性和準(zhǔn)確性。根據(jù)PCA分類圖，通過對10個ROI區(qū)域（紅色點代表腺癌ROI區(qū)域，藍色點代表鱗癌ROI區(qū)域）直接進行PCA分析，可以獲得兩組直接對應(yīng)腺癌和鱗癌的統(tǒng)計學(xué)分類（紅色大圈代表腺癌分組，藍色大圈代表鱗癌分組），該方法不需進行復(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，簡單快捷而準(zhǔn)確。

肺癌全流程靶向分型

利用iMScope對人肺癌臨床樣本進行質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)進行采集后，使用Imaging MS Solution Postrun Analysis軟件同時對肺癌臨床樣本的質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)進行處理。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組合作為小細胞癌（SCLC）和非小細胞癌（NSCLC）的空間特征標(biāo)志物，m/z 673.48作為非小細胞癌亞型腺癌（AC）和鱗狀細胞癌（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，而在癌旁組織中高表達。通過m/z 775.55，可以實現(xiàn)直接對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而在癌旁組織中低表達時，為非小細胞癌；當(dāng)m/z 885.55在癌癥組織高表達而m/z 861.55在癌旁組織高表達時，為小細胞癌。

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，而在鱗狀細胞癌（SCC）中，僅在癌旁組織中呈現(xiàn)高表達，在癌癥中心組織呈低表達。值得注意的是，整個分型判斷流程是在同一個臨床樣本內(nèi)進行比較，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比的干擾，避免出現(xiàn)假陽性和假陰性的問題。

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，實現(xiàn)了在基于統(tǒng)計學(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)用等多個領(lǐng)域提供更多更可靠的實驗數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)信息。