Gleason Score（GS）是一種被廣泛采用的前列腺癌組織學分級的方法，因與前列腺癌的生物行為和預后有良好的關聯性，成為了制定前列腺治療方案的重要參考指標。作為經典診斷評分體系，它具有高度可重復性，但是顯微病理切片檢查耗時較長，另一方面某些評分相似的表型可能代表著完全不同的疾病發展進程，因此對于病理學家的經驗依賴度較高，仍需對診斷體系進一步優化。

來自哈佛醫學院的研究團隊在Molecular Cancer Research發表文章題為「Molecular Characterization of Prostate Cancer with Associated Gleason Score Using Mass Spectrometry Imaging」的文章，探討了傳統病理技術與分子成像結合提升前列腺腫瘤診斷的可能性。通過空間代謝組學識別和定位不同 GS 評分等級的前列腺腫瘤樣本中的代謝物，發現了與 GS 評分存在關聯的代謝物并可以對常規難以判斷的樣本加以區分。

研究材料
不同 GS 評分的前列腺腫瘤切片

技術路線
· 步驟 1：代謝物表達模式特異區域與病理切片比較；
· 步驟 2：不同 GS 評分的病理組織空間代謝組學分析；
· 步驟 3：建立快速檢測流程。

研究結果
1.空間代謝組學結果與病理切片結果比較
對一張經過病理學家評分為 GS(5+4)=9 的病理切片進行高深度空間代謝組學分析，將數據進行空間聚類分析（Segmentation）。空間聚類分析是一種在空間分布上進行代謝物聚類的分析方法，可以將代謝物表達模式相近的區域標注為同一顏色，便于對區域代謝特異性進行分析。如圖所示，將病理學家標注的區域與空間聚類圖進行比較，發現同一切片上呈現數種特異代謝表達模式，并與病理分析結果可產生對應。通過空間聚類分析，腫瘤細胞區域為淺黃和淺綠兩種色塊組合，出人意料的是相鄰的良性細胞區域的也出現同樣的色塊組合，可能暗示腫瘤的進一步發展。

圖1 H&E染色切片與空間聚類分析圖比較
 

2. 不同評分的腫瘤切片空間代謝組學分析
挑選 GS（3+3）=6、GS（3+4）=7兩張、GS（4+3）=7、GS（5+4）=9，共計五張前列腺腫瘤切片進行空間代謝組學分析，同樣由病理學家標注出腫瘤集中區域。在不同切片中可以明顯發現代謝物分布特征伴隨 GS 評分變化，這種變化不僅存在于腫瘤區域，同時也存在于腫瘤組織周圍的正常組織區域中。

圖2 病理切片腫瘤區域與聚類分析比對

在 GS 評分中 GS（3+4）=7 和 GS（4+3）=7兩種腫瘤類型在常規病理檢測中難以區分，但實際上后者相對前者更具有侵襲性。基于空間代謝組學數據，通過對兩組數據進行 ROC 分析，發現共計 56 個代謝物離子（AUC > 0.75），定性分析（Δppm < 2）其中 31 個脂質分子，發現相關分子并不具有腫瘤區域完全特異性。相比其它切片，在 GS（3+4）=7 和更高評分的病理切片中，腫瘤區域中心磷脂分布增加，另外磷脂酰絲氨酸、磷脂酸和神經酰胺-1-磷酸在腫瘤組織外的正常組織分布增加。

圖3 單代謝物分子成像分析

3. 快速檢測方法建立及驗證
研究者建立了一種可以應用于臨床的快速檢測診斷流程，并在不同分辨率和檢測深度驗證分子成像和腫瘤類型的相關性，發現低分辨率（120 μm）影響了部分代謝物分子的檢出，但總體趨勢一致，均可以實現對不同的評分的腫瘤樣本進行區分。

小編小結
在傳統分子檢測技術中，組織中不同細胞群體和微環境的特征信息在樣本勻漿處理的過程中丟失，而空間代謝組學通過直接原位檢測，獲取分子分布的空間信息，有助于進一步幫助我們了解這種異質性。在本研究，我們已經看到空間代謝組學技術在腫瘤診斷和分型中的潛力。

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