通過空間代謝組學揭示膠質(zhì)母細胞瘤局部代謝梯度

瀏覽次數(shù)：1260　發(fā)布日期：2022-4-6　來源：中科新生命

膠質(zhì)母細胞瘤(GBM)是一種細胞代謝紊亂的疾病。GBM是一種復雜的異質(zhì)系統(tǒng)，包含多個不同的細胞群，并由異常的血管網(wǎng)絡(luò)支持生長增殖。目前觀察到藥物在GBM中存在異質(zhì)性分布，這一現(xiàn)象無法通過血腦屏障局部或者不均勻破壞來解釋。所以有必要從空間上對GBM的代謝模式和微環(huán)境的變化，以及化學成分區(qū)域性的變化進行更深入的了解。

來自哈佛醫(yī)學院的研究者們在Cancer research(IF 12.7)上發(fā)表題為“Localized Metabolomic Gradients in Patient-Derived Xenograft Models of Glioblastoma”的文章，通過空間代謝組學，在3D維度對GBM代謝異質(zhì)性進行了分析，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進行了討論。

研究材料

腦組織

技術(shù)路線

步驟1：腫瘤切片空間代謝組學分析；
步驟2：三維驗證代謝物分布；
步驟3：結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析腫瘤內(nèi)部代謝模式；
步驟4：藥物空間分布成像。

研究結(jié)果

1. 腫瘤切片空間代謝組學分析

對移植膠質(zhì)母細胞瘤的小鼠腦組織進行空間代謝組學分析，對檢測結(jié)果進行空間聚類分析，發(fā)現(xiàn)腫瘤區(qū)域內(nèi)部存在兩個具有獨特代謝模式的區(qū)域，分別被標注為藍色和白色，對兩個區(qū)域中的代謝物進行ROC分析，排名靠前的代謝物主要為一類long chain acylcarnitines（長鏈�；鈮A）。對這些代謝物進行空間成像，發(fā)現(xiàn)它們在腫瘤內(nèi)部都出現(xiàn)了較為一致的空間分布，尤其是肉豆蔻�；鈮A（m/z 410.2666）、棕櫚�；鈮A（m/z 400.3422）和硬脂�；鈮A（m/z 428.3734）三種高含量的�；鈮A，在腫瘤邊緣的強度明顯高于腫瘤內(nèi)部。進一步通過LESA（液滴萃取表面分析）-MS/MS對相關(guān)目標代謝物進行了結(jié)構(gòu)驗證，結(jié)果一致。

圖1 腦組織空間代謝組血分析

2. 通過3D成像對相關(guān)代謝酰基肉堿空間分布進行驗證

對包含腫瘤部分的腦組織以160 μm的間隔進行連續(xù)組織切片，共計制備22片進行空間代謝組學分析，并構(gòu)建組織3D成像圖。驗證了�；鈮A分布于整個腫瘤組織邊緣而非單一異常的異常平面所特有。另一方面，通過對血紅素進行3D成像確認了腫瘤組織和血管組織的相對位置。以上結(jié)果通過來源6只不同小鼠的腫瘤組織得到了驗證。

圖2 腦組織切片的腫瘤及血管三維成像圖

為了確定這一現(xiàn)象是否在其他GBM中觀察到，制備GBM12，GBM22，GBM39和GBM108等4種腫瘤組織樣本(n=2)，進行空間代謝組學分析，在所有樣本中都檢測到酰肉堿，在腫瘤邊緣均可檢測到更高強度的�；鈮A。

3. �；鈮A相關(guān)代謝物分析

在上述四種腫瘤組織中均檢測到相對正常組織中更高強度的ATP，而且與�；鈮A存在相反的分布趨勢。在GBM108模型中檢測到血紅素的相對強度最高，這和GBM108具有更高度的血管擴張?zhí)匦杂嘘P(guān)系，而在�；鈮A分布的核心區(qū)域，血管內(nèi)皮生長因子和血紅素的區(qū)域存在一定對應(yīng)關(guān)系，這可能暗示血管系統(tǒng)在酰基肉堿分布的有較大關(guān)系。
對腫瘤進行轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)脂肪酸代謝和糖酵解相關(guān)標志基因表達趨勢和ATP以及�；鈮A表達趨勢是一致的。

4. Erlotinib和AZD1775兩種藥物空間分布成像

兩種藥物在所有GBM模型的腫瘤區(qū)域均有較高的表達強度。在GBM12模型中，EGFR抑制劑厄洛替尼在腫瘤邊緣檢測到較低的信號，其特征是腫瘤周圍有一個暗環(huán)。棕櫚酰肉堿在該區(qū)域以較高的強度被檢測到，顯示出某種相反的分布。AZD1775在整個腫瘤區(qū)域有相對均勻的分布，在腫瘤邊緣和內(nèi)部核心濃度一致。對兩種藥物的理化性質(zhì)進行了比較和總結(jié)，Erlotinib的溶解度有明顯的pH依賴性，兩種藥物溶解的差異性很可能是由于腫瘤微環(huán)境中不同pH環(huán)境導致的。