肝細胞癌(HCC,也就是平常說的肝癌),是全球癌癥相關死亡的第三大原因,每年造成的死亡人數超過80萬。手術切除腫瘤是早期肝癌的常用治療策略之一,但術后復發率高達70%。如果能夠在早期準確識別出復發風險,對于優化治療決策、改善患者預后將有重要意義。
近日,針對精準預測肝癌復發風險的難題,中國科學技術大學孫成教授、劉連新教授和新加坡科學技術研究局Joe Yeong教授合作領銜的研究團隊取得了突破性成果。研究團隊成功構建了基于空間免疫特征的肝癌復發風險預測平臺——腫瘤免疫微環境空間(Tumor Immune MicroEnvironment Spatial,簡稱TIMES)評分系統,為肝癌術后復發風險分層提供了全新的免疫學評估維度。臨床隊列的驗證結果顯示,該預測系統的準確率可達82.2%,優于現有的標準工具。這一成果發表在權威學術期刊《自然》。
目前的臨床實踐中,對HCC的預后評估主要依賴腫瘤大小、分化程度等傳統組織病理學指標;而此次新研究提出的預測方法則是基于空間免疫特征,首次在臨床層面實現了免疫微環境空間架構的定量化評估。
研究團隊為此首先構建了大規模肝癌組織樣本庫,展開了深入的空間免疫學分析。通過高分辨率空間轉錄組和蛋白組技術,系統繪制了肝細胞癌組織中的區域免疫異質性圖譜。作者由此發現,復發與非復發患者的關鍵差異并非免疫細胞總量,而是其在腫瘤組織中的精確分布模式。尤其是在腫瘤侵襲前緣區域富集自然殺傷細胞(NK細胞)的患者,表現出顯著較低的復發風險。
接下來,研究團隊基于61名HCC患者的多重免疫熒光數據集,應用梯度增強決策樹機器學習算法構建了TIMES評分模型,以5種關鍵的免疫因子——SPON2、ZFP36L2、ZFP36、VIM和HLA-DRB1——在不同腫瘤區域的空間分布作為基本指標,量化免疫細胞在腫瘤微環境中的空間分布特征,預測肝癌復發風險。
研究團隊在來自5個多中心隊列的230多名患者中驗證了TIMES模型,該模型展現出82.2%的準確率和85.7%的特異性,顯著優于已有的預測系統。
論文中,研究團隊也對TIMES評分系統所基于的生物標志物展開了進一步的機制研究。高維分析確定,SPON2為具有最高預測權重的標志物,其在NK細胞亞群中的表達模式與肝癌預后存在顯著相關性。研究人員通過三維遷移實驗證實,SPON2促進NK細胞向腫瘤細胞的定向遷移;細胞毒性實驗表明,SPON2+NK細胞具有增強的細胞殺傷活性,并能顯著促進CD8+T淋巴細胞的活化。研究人員還通過構建NK細胞特異性敲除SPON2的小鼠模型發現,SPON2缺失導致IFN-γ分泌減少和NK細胞浸潤障礙,進而加速腫瘤進展。
這些結果表明,SPON2+NK細胞代表一類高度活化的NK亞群,對抑制肝癌復發有重要作用。同時提示,靶向增強SPON2+NK細胞的遷移與活化可能成為降低肝癌復發風險的有效治療策略。
總結起來,這項研究首次在臨床層面實現了基于空間免疫特征的肝癌復發風險預測,證實了免疫細胞空間分布模式較其絕對數量更能準確反映腫瘤免疫狀態。TIMES評分系統的建立標志著肝細胞癌預后評估領域的重要進展,通過整合空間免疫信息實現了超越傳統臨床因素的風險分層能力。
匹茲堡大學免疫治療領域知名專家Michael T. Lotze教授對這項研究給予高度評價,稱其為“里程碑研究”,他指出,作者提供了令人信服的證據,證明空間免疫構架在肝細胞癌預后評估中具有首要地位。而且,研究者證明了“預測能力特定源于空間整合而非單一標記物定量,這一發現對生物標志物開發方法具有深遠影響”。
值得一提的是,研究團隊目前已開發了開放訪問的在線網絡平臺(https://sun.times.ustc.edu.cn/),只需上傳肝癌組織的標準免疫組化染色圖像或數據,即可獲得包含TIMES評分和復發風險預測的綜合報告。據孫成教授介紹,TIMES系統相關的核心算法和模型已獲得專利保護,研究團隊正積極尋求與企業合作,推動該預測系統的規范化臨床轉化應用。
中國科學技術大學孫成教授、劉連新教授與新加坡科學技術研究局Joe Yeong教授為研究論文共同通訊作者;賈耿介教授(中國農科院基因組所)、賀培崎博士(中國科學技術大學)、戴天力博士生(中國科學技術大學)與Denise Goh研究員(新加坡科學技術研究局)為共同第一作者。
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