「質(zhì)譜成像大講堂」iMScope QT揭秘胃癌背后微生物群的“神秘幫兇
發(fā)布時間:2025-03-06 閱讀次數(shù)：266次
導(dǎo)讀
祝賀浙江省腫瘤醫(yī)院程向東教授團隊潘利斌博士等人的研究成果發(fā)表于Nature旗下《Cell Discovery》期刊（中科院和JCR1區(qū)，影響因子13.0）。程教授團隊全面表征了胃癌中的微生物，發(fā)現(xiàn)咽峽炎鏈球菌（Streptococcus anginosus）可促進腫瘤細胞增殖和轉(zhuǎn)移，同時抑制CD8+ T細胞的分化和浸潤。研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)，咽峽炎鏈球菌的精氨酸通路增加了鳥氨酸的豐度，這可能是腫瘤免疫微環(huán)境重塑的主要因素之一。在該研究中，程教授團隊與島津分析中心攜手合作，基于成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT尋找咽峽炎鏈球菌陽性組和陰性組中精氨酸和鳥氨酸的空間表達差異，以及腫瘤組織中不同氨基酸代謝物的空間分布和變化，為咽峽炎鏈球菌通過代謝精氨酸為鳥氨酸來促進腫瘤生長的結(jié)論提供了強有力的空間代謝組學(xué)技術(shù)支持。
圖1. 文章期刊截圖
胃癌微生物群新發(fā)現(xiàn)，胃癌背后竟有小團伙？
胃癌（Gastric cancer）是世界范圍內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一，而中國是全世界胃癌發(fā)病人數(shù)和死亡人數(shù)最多的國家。幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）感染是胃癌主要風(fēng)險因素之一，它被國際癌癥研究機構(gòu)列為第一類致癌物。大多數(shù)研究表明，根除幽門螺桿菌可以阻止胃炎的進展，但一些前瞻性試驗卻發(fā)現(xiàn)，即使成功根除幽門螺桿菌，胃癌的發(fā)生率也沒有顯著降低。因此，我們對幽門螺桿菌在胃癌中作用的理解可能只是冰山一角，尤其是在其與胃癌微生物群的關(guān)系方面。隨著PCR技術(shù)和宏基因組學(xué)的不斷進步，越來越多研究表明，胃內(nèi)存在豐富的微生物群。這些非幽門螺桿菌的微生物群在胃內(nèi)癌前病變的進展中發(fā)揮著重要作用。因此，全面評估胃癌中的微生物群，以闡明其在胃癌發(fā)生和發(fā)展中的機制，顯得尤為必要。
研究成果快覽
浙江省腫瘤醫(yī)院程向東教授團隊等人首次根據(jù)腫瘤內(nèi)微生物群對胃癌進行了六種分子亞型分類，每個亞型以特定屬的不同程度富集為特征。發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)除了幽門螺桿菌外，咽峽炎鏈球菌在胃癌的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。通過代謝組學(xué)分析鑒定了胃癌組織中最富集的通路是精氨酸代謝（圖2a）。所有與精氨酸代謝相關(guān)的代謝物在腫瘤樣本中始終上調(diào)（圖2b），而編碼此通路中因子的人類基因在轉(zhuǎn)錄組水平上卻沒有顯著變化（圖2c）。這種精氨酸代謝組與人類特異性轉(zhuǎn)錄組之間的差異表明，鏈球菌在胃癌中的潛在作用可能涉及細菌精氨酸代謝。
圖2. 不同胃癌亞型中代謝物相關(guān)通路的差異豐度代謝物（注：火山圖中參與精氨酸代謝的代謝物以黃色突出顯示）
為了深入了解鏈球菌精氨酸代謝通路的特征，下一步計劃探究胃癌組織中精氨酸通路相關(guān)代謝物的空間變化，那么，是否可以原位可視化呈現(xiàn)出多種氨基酸代謝物在腫瘤組織中的空間分布？此外，不同氨基酸的相互轉(zhuǎn)化是否存在規(guī)律？
iMScope QT助力探明精氨酸代謝途徑機理
為了尋找以上問題的答案，驗證上述代謝組學(xué)結(jié)果，使用島津全自動基質(zhì)升華儀iMLayer對胃癌腫瘤組織冷凍切片進行9-AA基質(zhì)自動涂敷，放入成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT中進行質(zhì)譜采集與參數(shù)優(yōu)化，最終建立了多種氨基酸在胃癌腫瘤組織的質(zhì)譜成像方法。
圖3. 島津質(zhì)譜成像一站式解決方案技術(shù)特點
質(zhì)譜采集結(jié)束，使用IMAGEREVEAL MS軟件分析咽峽炎鏈球菌陽性組和陰性組中包含精氨酸和鳥氨酸在內(nèi)的多種氨基酸的空間表達差異。MSI合并（Merge）圖像中，綠色代表精氨酸，紅色代表鳥氨酸，如圖4所示，咽峽炎鏈球菌陽性組患者在胃癌腫瘤組織中表現(xiàn)出顯著降低的精氨酸濃度水平和升高的鳥氨酸濃度水平，而陰性組患者則相反。說明咽峽炎鏈球菌可能通過代謝精氨酸產(chǎn)生鳥氨酸并激活其下游通路來促進胃癌的生長。進一步證實了咽峽炎鏈球菌通過改變精氨酸代謝途徑調(diào)節(jié)腫瘤細胞的增殖、遷移和侵襲，最終促進胃癌發(fā)生和發(fā)展。因此，咽峽炎鏈球菌很可能成為胃癌治療的有希望的治療靶點。
圖4. 精氨酸與鳥氨酸在咽峽炎鏈球菌（SA）
陽性與陰性組患者胃癌組織的空間分布
客戶聲音
浙江省腫瘤醫(yī)院潘利斌博士表示：本工作使用島津質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT對胃癌瘤內(nèi)代謝物進行了原位檢測，對于解析瘤內(nèi)微生物與瘤內(nèi)代謝物空間互作提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。島津質(zhì)譜成像顯微鏡iMScope QT具有超高的空間分辨率和質(zhì)譜分辨率，可實現(xiàn)瘤內(nèi)微環(huán)境代謝物的高清分辨率成像。該項目順利進展得益于島津上海分析中心質(zhì)譜成像儀器平臺以及應(yīng)用工程師的技術(shù)支持，希望今后有更多的機會能與島津合作！
參考文獻
Li Yuan, Libin Pan, et al. Cell Discov 10, 117 (2024). DOI: 10.1038/s41421-024-00746-0
本方案及所涉產(chǎn)品僅供科學(xué)研究，不用于臨床診斷。