基因组多组学（第七篇空间HD文章）--基于蛋白质组学的分类揭示IDH突变型星形细胞瘤中存在免疫热亚型且预后较差
作者，Evil Genius
关于visium HD的文章也是越来越多了，不知道做了HD的道友能否抓住这次的风口。
今天我们分享文献，个人看到的第七篇visium HD文章，也是多组学文章，香港科技大学。
知识积累
肿瘤异质性使IDH突变型星形细胞瘤的治疗复杂化。通过时空多组学数据分析发现四个亚型：脂肪生成/脂肪酸代谢型（AFM）、增殖/祖细胞型（PPR）、免疫/间质富集型（IME）和神经元型（NEU）。其中PPR和IME亚型预后较差。
异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变型星形细胞瘤是一种侵袭性强、可塑性高的脑肿瘤，患者在接受标准治疗后几乎不可避免地会复发。
综合多项研究结果，cIMPACT-NOW联盟建议将CDKN2A/B纯合缺失作为IDH突变型星形细胞瘤的WHO 4级诊断标准。
MYC扩增与CDKN2A/B纯合缺失同样可预测IDH突变型星形细胞瘤的侵袭性进展。
基因组 + 单细胞空间转录组 + 空间蛋白组
结果1、数据概况
整合了51例成人弥漫性IDH突变型星形细胞瘤患者的多组学数据：其中51例完成蛋白质组学分析、40例完成全转录组测序（WTS）、41例完成磷酸化蛋白质组学分析、39例完成全外显子组测序（WES）、39例完成DNA甲基化芯片检测、31例完成病理全切片成像（WSI）、21例完成单细胞RNA测序。还纳入了两个纵向队列（包含189对肿瘤样本）研究进化动力学，其中60对完成WTS分析，129对完成WSI分析。通过10× Visium HD技术，以2μm分辨率生成了214,403个细胞中18,805个基因的空间分辨表达谱。为验证结果，整合了两个独立临床队列（共507例IDH突变型星形细胞瘤）的转录组数据，并生成协同索引检测（CODEX）数据——该技术从3,283,124个细胞中捕获了单细胞空间蛋白表达模式
通过对蛋白质组学数据进行无监督聚类分析，识别出四个亚型：IDH突变脂肪生成/脂肪酸代谢型（IDHm-AFM，绿色）、IDH突变增殖/祖细胞型（IDHm-PPR，红色）、IDH突变免疫/间质富集型（IDHm-IME，橙色）和IDH突变神经元型（IDHm-NEU，蓝色）。AFM亚型呈现广泛的代谢程序特征（脂质、羧酸和硫代谢），其中脂肪生成和脂肪酸代谢是其标志性特征。PPR亚型富集细胞周期、DNA复制和增殖相关通路。IME亚型以干扰素-γ反应和上皮-间质转化（EMT）为定义特征。NEU亚型则富集神经元功能相关通路，包括神经元投射发育和突触传递。
整合匹配的临床数据、基因组突变和拷贝数变异（CNV）分析显示，PPR亚型具有高频率的CDKN2A/B缺失（p = 1.02e-04），且富集于4级肿瘤（p = 0.0012）和A类IDH甲基化高级别胶质瘤（p = 6.68e-04）。生存分析显示各亚型在总生存期（OS，p = 0.029）和无进展生存期（PFS，p = 0.0046）方面存在显著差异。PPR亚型预后不良，这与该亚型CDKN2A/B缺失的高发生率和4级肿瘤富集特征一致。
结果2、整合分析验证蛋白质组聚类在不同队列中的预后价值
研究通过整合多组学数据，首次在IDH突变型星形细胞瘤中定义了四个具有显著预后价值的蛋白质组亚型（AFM、PPR、IME、NEU）。其中，免疫/间质富集型（IME）和增殖/祖细胞型（PPR）均提示不良预后。研究首次揭示IME作为一个独特的“免疫热”亚型，尽管缺乏已知的基因组危险标志物，却具有独特的免疫微环境、Gemistocytic分化特征及干扰素信号通路激活，并通过独立队列（TCGA和CGGA）验证了其作为独立不良预后预测因子的临床意义。纵向分析发现肿瘤进化会向PPR和IME亚型转变。此外，该亚型特征在IDH野生型胶质母细胞瘤中同样具有预后价值，凸显了其跨瘤种的普适性。
结果3、单细胞分析揭示IDHm-IME胶质瘤中独特的淋巴细胞浸润与增强的免疫活性
为区分肿瘤细胞固有信号与微环境信号，对18例具有匹配蛋白质组数据的IDH突变型星形细胞瘤样本（含3例IME、5例AFM、3例PPR和7例NEU）进行了21次单细胞RNA测序。通过标记基因将89,242个高质量细胞分为肿瘤细胞、髓系细胞、淋巴细胞和少突胶质细胞群，并利用拷贝数变异验证了肿瘤细胞。比较各蛋白质簇的非恶性细胞发现，IME中的淋巴细胞浸润显著高于其他亚型。
重新分析恶性细胞并通过无监督聚类识别出六种肿瘤细胞状态：神经祖细胞样（NPC-like）、间质样（MES-like）、星形细胞样（AC-like）、少突胶质细胞样（OC-like）、G1/S期和G2/M期细胞（经经典标记物注释）。大多数状态与已发表的癌细胞状态一致。其中新定义的MES-like状态显著富集免疫应答通路
样本水平比例相关性分析显示，MES样肿瘤细胞与IDH突变型星形细胞瘤中的巨噬细胞浸润相关
进一步比较蛋白质簇间的单细胞转录组发现：IME肿瘤微环境（TME）中的淋巴细胞显著高表达IGKC（p=7.93e-162），提示浆细胞富集。
综上所述，IDHm-IME胶质瘤展现出独特的肿瘤微环境：其免疫浸润（尤其是浆细胞）显著增加，肿瘤细胞状态呈现间质化和免疫相关程序特征（包括干扰素刺激基因上调），这凸显了该蛋白质定义簇中肿瘤-免疫协同激活的独特生物学特征。
结果4、组织病理学成像鉴定IDHm-IME胶质瘤中富集的Gemistocytic分化
通过组织病理学分析发现，IDHm-IME胶质瘤显著富集Gemistocytic分化（GD）特征（p=4.21e-08），该特征在初发肿瘤中存在于100%的IME病例。利用大型语言模型（LLM）辅助分析TCGA队列验证了这一特异性关联。开发的人工智能模型能准确识别IME亚型（AUC=0.927），且与病理学家评估高度吻合（PCC=0.970）。纵向分析揭示一个有趣现象：尽管复发肿瘤IME表型增强，但高阈值下的GD检测率反而下降。深入研究发现这种表象源于肿瘤进化中的形态学转变——复发肿瘤中出现癌流（oncostreams）结构和纤维增生，同时伴随成纤维细胞浸润增加（p=5.86e-03）及细胞外基质相关通路激活。这表明GD形态并非消失，而是向间质化方向进化，揭示了IDHm-IME胶质瘤在复发过程中独特的组织病理学演变路径。
结果5、IDHm-IME胶质瘤中肿瘤细胞状态与淋巴细胞浸润的空间动力学特征
10× Visium HD和CODEX
Visium HD可实现单细胞尺度无间隙的全转录组空间分析，而CODEX则提供真正的单细胞蛋白级空间谱。
通过相邻切片技术，为每个样本制备三张相邻切片：中间切片用于H&E染色和Visium HD分析，其余两张用于CODEX（含48种标志物panel）和H&E染色，以全面解析肿瘤细胞状态和免疫微环境。
IDHm-IME胶质瘤在肿瘤富集区和TME富集区的分层架构中包含 distinct空间微环境。GD细胞与高密度的MES样肿瘤状态及浸润淋巴细胞发生空间共定位，这表明该亚型中存在高度组织化的肿瘤-免疫空间互作模式。
结果6、免疫热型IDHm-IME胶质瘤的空间淋巴细胞浸润特征
采用空间单细胞蛋白质组学（CODEX）对免疫细胞进行深入分析。
通过空间多组学分析揭示IDHm-IME胶质瘤具有独特的免疫热微环境：其血管周围淋巴细胞袖套（PLC）结构富含巨噬细胞、B细胞和T细胞，并存在CXCL13-CXCR5介导的T-B细胞互作。免疫组化验证显示IME亚型中CD3⁺、CD8⁺、CD4⁺和CD20⁺细胞密度显著高于非IME亚型（p<1e-29）。单细胞转录组分析发现IME肿瘤浸润T细胞呈现效应记忆表型富集（CD8.Tem占23.45%）和显著耗竭状态特征（CD8.Tex占27.55%，耗竭评分p=1.01e-05）。跨队列分析（CGGA和TCGA）一致证实IME具有最高T细胞耗竭程序（p=2.60e-10）。这些发现表明IDHm-IME胶质瘤虽然具有免疫浸润特征，但存在免疫抑制微环境，为该亚型应用免疫检查点阻断治疗提供了理论依据。
结果7、IDHm-IME胶质瘤不良预后的分子特征解析
研究揭示了IDHm-IME胶质瘤免疫热特征与不良预后悖论的分子机制：反应性星形细胞样肿瘤细胞中GBP1/2和SERPINA3上调导致血脑屏障破坏，促进浆细胞等免疫细胞浸润；富集的浆细胞通过IgG-FCGR2A信号与肿瘤细胞相互作用，并通过CCL2-CCR2途径招募更多免疫细胞；同时GBP1通过激活G2M检查点、E2F靶标和EMT通路，直接增强肿瘤细胞增殖（体外实验验证p<0.05）和迁移能力。这种独特的"免疫热-高恶性"双重特征由肿瘤细胞内在的GBP1致癌效应与微环境中浆细胞介导的免疫抑制共同驱动，为该亚型应用联合靶向治疗（针对GBP1信号和免疫检查点）提供了理论依据。
结果8、人工智能驱动的多组学诊断工具在IDHm-IME胶质瘤中的应用
最后来看看方法
10X HD的数据分析
生活很好，有你更好
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