2022年12月13日， 中南大学湘雅三医院放射科冯智超博士（容鹏飞、王维教授团队）在国际顶级学术期刊Radiology(IF:29.146)上在线发表了CT放射组学模型预测肝癌病理分型和免疫状态的文章，本研究利用影像组学、转录组学和单细胞多组学技术，原创性地构建了影像人工智能模型。放射组学数据和单细胞RNA测序的联合分析有助于确定新的治疗靶点，有效地预测一种具有侵袭性的肝癌病理表型，为肝癌的临床治疗方案提供了思路。

我们对该项目的单细胞转录组测序和空间转录组测序的实验和分析工作提供了支持，单细胞测序联合空间转录组测序结果揭示了肿瘤不同病理亚型的免疫浸润模式。接下来，我们具体解析一下该项目的研究思路和实验内容。


(资料图片)

期刊：Radiology

影响因子：29.146

发表年月：2022年12月

材料：365名患者（319例男性，46例女性）用于影像组学建模，对7名患者进行了单细胞转录组测序，对1名患者进行了空间转录组测序

方法：高通量单细胞转录组测序联合空间转录组测序

研究背景

肝细胞癌（HCC）是一种高死亡率的原发性肝癌。它是一种全球范围最常见的恶性肿瘤。目前其诊断和治疗已取得了一定进展，但总体临床效果仍然很差。HCC 在基因组、分子和组织学水平上具有高度异质性，肝细胞癌中的MTM亚型和包裹肿瘤簇的血管 （VETC） 模式代表两种与不良预后相关的侵袭性形式，HCC 治疗的主要障碍之一是缺乏基于组织学或分子分类的治疗方案，两种亚型的治疗前特征可能有助于个体化治疗和预后。

在本研究中，作者在基于前期对肝癌血管新生激活表型影像和预后特征全面分析的基础上，构建了基于术前CT研究的影像组学模型，用于预测MTM亚型，并通过分析传统和单细胞RNA测序数据结合空间转录组结果进一步探究了肿瘤潜在的免疫浸润模式，揭示肝癌病理分型主要与B细胞浸润的体液免疫功能失调相关。

研究结果

Result 1患者特征

在433例符合放射组学模型构建条件的患者中，排除了68例，共纳入365例患者（319例男性，46例女性），平均年龄55岁，± 10（SD）（图1A）。

根据MTM亚型，训练集中的患者特征见表2。在训练组中，169例患者中有64例（38%）患有MTM型HCC，这些患者与非MTM HCC患者相比，更有可能表现出高血清AFP水平、edmonson - steiner III或IV级肿瘤和MVI阳性状态（均为P < .05）。

Result 2放射学组学模型的构建

在特征选择过程中，共纳入了467个观察者内和观察者间的ICCs均大于0.75的放射性组学特征。所有这些特征在训练集中的MTM组和非MTM组之间都有差异。经过最小绝对收缩和回归分析（图E2），得到了11个非零系数的特征，并用于建立基于SVM的放射组学模型。放射组学模型评分在每个数据集中的分布情况见图E3，MTM组的放射组学模型得分低于非MTM组、内部测试集和外部测试集。

多变量分析显示，高血清AFP水平和放射组学模型评分是MTM亚型的独立预测因素（图3A），基于此建立了一个整合了这两个变量的临床放射组学模型（图3B）。预测MTM亚型模型的接收机工作特征曲线（图3C-3E）和预测性能，结果显示了放射组学模型和临床放射组学模型之间的差异（表3)。

Result 3放射组学模型对治疗结果的预测价值

作者后续根据改良的实体肿瘤疗效评价标准进行了治疗疗效评估，中位随访时间为9个月（范围为2-36个月）。根据改良的固体T瘤反应评价标准(response evaluation Criteria in Solid Tumors)对T治疗反应进行评价，在纳入的58例患者中，19例（33%）患者部分缓解，16例（27%）患者病情稳定，23例（40%）疾病进展。部分患者的基线放射组学模型评分低于疾病稳定或进展的患者（图4A）。低评分组患者的PFS比高评分组患者更长（图4B）。

Result 4 与放射组学模式相关的免疫浸润模式

作者接下来对低分数和高分数分组之间的转录水平进行了分析，差异表达在低得分组和高得分组之间鉴定出的基因表达情况如图5A和5B所示。基因集变异分析显示，B细胞和CD4+ T细胞的富集评分与放射组学模型评分呈正相关（图5C）。基因集富集分析显示，低评分组与体液免疫应答、B细胞激活调控和免疫球蛋白相关通路中的基因下调有关（图5D）。在来自TCGA的340例HCC肿瘤样本（55例为MTM亚型）中，验证了B细胞浸润与MTM亚型之间的关系，结果揭示MTM组的B细胞浸润和12个基因的三级淋巴结构特征水平较低（图5E，5F）。

接下来，作者对7名参与者（3名低评分组，4名高评分组）进行了单细胞测序，55551个免疫细胞的聚类结果如图6A所示。一共检测出3070个B细胞（包括B细胞和浆细胞），其中低评分组B细胞的百分比较低（图6B）。B系细胞聚类显示四个亚簇，主要包括滤泡B细胞表达膜跨越4-结构域A1 (MS4A1)和浆细胞表达边缘B区和B1区细胞特异性蛋白(MZB1)(图6C, 6D)。低评分组的患者浆细胞较少，且与免疫球蛋白相关的下调的差异表达基因数量较多（图6E）。基因集合变异分析结果显示，低评分组B细胞与代谢重编程和生物量产量有关的通路下调了（图6F）。随后，作者对一名患者的肿瘤样本进行了空间转录组测序，结果显示MTM区域的肿瘤浸润B细胞比非MTM区域少（图6G）。

总结

肝细胞癌中的MTM亚型和包裹肿瘤簇的血管 （VETC） 亚型代表了两种与不良预后相关的侵袭性形式，解析这两种亚型治疗前的特征对个体化的治疗和预后具有重要意义。影像组学是一种新兴的非侵入性方法，可通过医学图像挖掘定量特征，以助于找出临床决策的标记物。

本研究基于CT放射组学模型初步证实了肝癌病理分型作为介入联合靶向治疗敏感性标志物的可行性，并通过单细胞测序联合空间转录组测序进一步挖掘肝癌病理分型的潜在肿瘤微环境免疫特征，揭示了B细胞浸润的体液免疫功能与肝癌病理分型的相关性。研究结果为基于病理分型的肝癌精准诊疗模式的发展奠定了理论基础，并对肝细胞癌的临床诊治提供了思路，具有重要的科学意义。

DOI:10.1148/radiol.221291

关键词： 肝细胞癌 体液免疫 不良预后