2022年12月13日，?中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院放射科馮智超博士（容鵬飛、王維教授團隊）在國際頂級學(xué)術(shù)期刊Radiology(IF:29.146)上在線發(fā)表了CT放射組學(xué)模型預(yù)測肝癌病理分型和免疫狀態(tài)的文章，本研究利用影像組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和單細胞多組學(xué)技術(shù)，原創(chuàng)性地構(gòu)建了影像人工智能模型。放射組學(xué)數(shù)據(jù)和單細胞RNA測序的聯(lián)合分析有助于確定新的治療靶點，有效地預(yù)測一種具有侵襲性的肝癌病理表型，為肝癌的臨床治療方案提供了思路。

我們對該項目的單細胞轉(zhuǎn)錄組測序和空間轉(zhuǎn)錄組測序的實驗和分析工作提供了支持，單細胞測序聯(lián)合空間轉(zhuǎn)錄組測序結(jié)果揭示了腫瘤不同病理亞型的免疫浸潤模式。接下來，我們具體解析一下該項目的研究思路和實驗內(nèi)容。

期刊：Radiology

影響因子：29.146

發(fā)表年月：2022年12月

材料：365名患者（319例男性，46例女性）用于影像組學(xué)建模，對7名患者進行了單細胞轉(zhuǎn)錄組測序，對1名患者進行了空間轉(zhuǎn)錄組測序

方法：高通量單細胞轉(zhuǎn)錄組測序聯(lián)合空間轉(zhuǎn)錄組測序

研究背景

肝細胞癌（HCC）是一種高死亡率的原發(fā)性肝癌。它是一種全球范圍最常見的惡性腫瘤。目前其診斷和治療已取得了一定進展，但總體臨床效果仍然很差。HCC 在基因組、分子和組織學(xué)水平上具有高度異質(zhì)性，肝細胞癌中的MTM亞型和包裹腫瘤簇的血管 （VETC） 模式代表兩種與不良預(yù)后相關(guān)的侵襲性形式，HCC 治療的主要障礙之一是缺乏基于組織學(xué)或分子分類的治療方案，兩種亞型的治療前特征可能有助于個體化治療和預(yù)后。

在本研究中，作者在基于前期對肝癌血管新生激活表型影像和預(yù)后特征全面分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于術(shù)前CT研究的影像組學(xué)模型，用于預(yù)測MTM亞型，并通過分析傳統(tǒng)和單細胞RNA測序數(shù)據(jù)結(jié)合空間轉(zhuǎn)錄組結(jié)果進一步探究了腫瘤潛在的免疫浸潤模式，揭示肝癌病理分型主要與B細胞浸潤的體液免疫功能失調(diào)相關(guān)。

研究結(jié)果

Result 1患者特征

在433例符合放射組學(xué)模型構(gòu)建條件的患者中，排除了68例，共納入365例患者（319例男性，46例女性），平均年齡55歲，± 10（SD）（圖1A）。

根據(jù)MTM亞型，訓(xùn)練集中的患者特征見表2。在訓(xùn)練組中，169例患者中有64例（38%）患有MTM型HCC，這些患者與非MTM HCC患者相比，更有可能表現(xiàn)出高血清AFP水平、edmonson - steiner III或IV級腫瘤和MVI陽性狀態(tài)（均為P < .05）。

Result 2放射學(xué)組學(xué)模型的構(gòu)建

在特征選擇過程中，共納入了467個觀察者內(nèi)和觀察者間的ICCs均大于0.75的放射性組學(xué)特征。所有這些特征在訓(xùn)練集中的MTM組和非MTM組之間都有差異。經(jīng)過最小絕對收縮和回歸分析（圖E2），得到了11個非零系數(shù)的特征，并用于建立基于SVM的放射組學(xué)模型。放射組學(xué)模型評分在每個數(shù)據(jù)集中的分布情況見圖E3，MTM組的放射組學(xué)模型得分低于非MTM組、內(nèi)部測試集和外部測試集。

多變量分析顯示，高血清AFP水平和放射組學(xué)模型評分是MTM亞型的獨立預(yù)測因素（圖3A），基于此建立了一個整合了這兩個變量的臨床放射組學(xué)模型（圖3B）。預(yù)測MTM亞型模型的接收機工作特征曲線（圖3C-3E）和預(yù)測性能，結(jié)果顯示了放射組學(xué)模型和臨床放射組學(xué)模型之間的差異（表3)。

Result 3放射組學(xué)模型對治療結(jié)果的預(yù)測價值

作者后續(xù)根據(jù)改良的實體腫瘤療效評價標準進行了治療療效評估，中位隨訪時間為9個月（范圍為2-36個月）。根據(jù)改良的固體T瘤反應(yīng)評價標準(response evaluation Criteria in Solid Tumors)對T治療反應(yīng)進行評價，在納入的58例患者中，19例（33%）患者部分緩解，16例（27%）患者病情穩(wěn)定，23例（40%）疾病進展。部分患者的基線放射組學(xué)模型評分低于疾病穩(wěn)定或進展的患者（圖4A）。低評分組患者的PFS比高評分組患者更長（圖4B）。

Result 4 與放射組學(xué)模式相關(guān)的免疫浸潤模式

作者接下來對低分數(shù)和高分數(shù)分組之間的轉(zhuǎn)錄水平進行了分析，差異表達在低得分組和高得分組之間鑒定出的基因表達情況如圖5A和5B所示?；蚣儺惙治鲲@示，B細胞和CD4+ T細胞的富集評分與放射組學(xué)模型評分呈正相關(guān)（圖5C）。基因集富集分析顯示，低評分組與體液免疫應(yīng)答、B細胞激活調(diào)控和免疫球蛋白相關(guān)通路中的基因下調(diào)有關(guān)（圖5D）。在來自TCGA的340例HCC腫瘤樣本（55例為MTM亞型）中，驗證了B細胞浸潤與MTM亞型之間的關(guān)系，結(jié)果揭示MTM組的B細胞浸潤和12個基因的三級淋巴結(jié)構(gòu)特征水平較低（圖5E，5F）。

接下來，作者對7名參與者（3名低評分組，4名高評分組）進行了單細胞測序，55551個免疫細胞的聚類結(jié)果如圖6A所示。一共檢測出3070個B細胞（包括B細胞和漿細胞），其中低評分組B細胞的百分比較低（圖6B）。B系細胞聚類顯示四個亞簇，主要包括濾泡B細胞表達膜跨越4-結(jié)構(gòu)域A1 (MS4A1)和漿細胞表達邊緣B區(qū)和B1區(qū)細胞特異性蛋白(MZB1)(圖6C, 6D)。低評分組的患者漿細胞較少，且與免疫球蛋白相關(guān)的下調(diào)的差異表達基因數(shù)量較多（圖6E）?；蚣献儺惙治鼋Y(jié)果顯示，低評分組B細胞與代謝重編程和生物量產(chǎn)量有關(guān)的通路下調(diào)了（圖6F）。隨后，作者對一名患者的腫瘤樣本進行了空間轉(zhuǎn)錄組測序，結(jié)果顯示MTM區(qū)域的腫瘤浸潤B細胞比非MTM區(qū)域少（圖6G）。

總結(jié)

肝細胞癌中的MTM亞型和包裹腫瘤簇的血管 （VETC） 亞型代表了兩種與不良預(yù)后相關(guān)的侵襲性形式，解析這兩種亞型治療前的特征對個體化的治療和預(yù)后具有重要意義。影像組學(xué)是一種新興的非侵入性方法，可通過醫(yī)學(xué)圖像挖掘定量特征，以助于找出臨床決策的標記物。

本研究基于CT放射組學(xué)模型初步證實了肝癌病理分型作為介入聯(lián)合靶向治療敏感性標志物的可行性，并通過單細胞測序聯(lián)合空間轉(zhuǎn)錄組測序進一步挖掘肝癌病理分型的潛在腫瘤微環(huán)境免疫特征，揭示了B細胞浸潤的體液免疫功能與肝癌病理分型的相關(guān)性。研究結(jié)果為基于病理分型的肝癌精準診療模式的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)，并對肝細胞癌的臨床診治提供了思路，具有重要的科學(xué)意義。

DOI:10.1148/radiol.221291