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，近年來已經成為相關領域的研究熱點和重點之一。

圖1 肺組織示意圖

目前臨床領域對肺癌的良惡性判斷和亞型分型主要依賴HE染色、免疫組化等形態(tài)學病理手段，結合NGS（下一代測序技術）分子病理指標進行，這些方法不僅需要涉及多種類型的儀器，耗時長，前處理復雜，且在診斷中十分依賴醫(yī)生的個人經驗和判斷，缺乏指標化標準。

借助島津公司成像質譜顯微鏡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)計學分型

利用iMScope對人腺癌與鱗狀細胞癌臨床樣本進行質譜成像數(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譜成像對應的顯微圖像中圈出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)計學分型

由綜合質譜對比結果可見，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和差異物質，直接對綜合質譜圖中的所有碎片進行非靶向的統(tǒng)計學分析，有助于減少分析工作量，同時可提高統(tǒng)計學分型的直觀性和準確性。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腺癌和鱗癌的統(tǒng)計學分類（紅色大圈代表腺癌分組，藍色大圈代表鱗癌分組），該方法不需進行復雜的標志物分析即可直接獲得不同類型分型的結果，簡單快捷而準確。

肺癌全流程靶向分型

利用iMScope對人肺癌臨床樣本進行質譜成像數(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

借助島津成像質譜顯微鏡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)計學的非靶向層面和基于多種空間標志物的靶向層面的肺癌多角度病理分型，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化的新路徑。成像質譜技術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確的物質定位定性和定量信息，未來有望為臨床病理研究和應用等多個領域提供更多更可靠的實驗數(shù)據(jù)和基礎信息。