「质谱成像大讲堂」iMScope QT揭秘胃癌背后微生物群的“神秘帮凶”

导读

祝贺浙江省肿瘤医院程向东教授团队潘利斌博士等人的研究成果发表于Nature旗下《Cell Discovery》期刊（中科院和JCR1区，影响因子13.0）。程教授团队全面表征了胃癌中的微生物，发现咽峡炎链球菌（Streptococcus anginosus）可促进肿瘤细胞增殖和转移，同时抑制CD8⁺ T细胞的分化和浸润。研究团队进一步发现，咽峡炎链球菌的精氨酸通路增加了鸟氨酸的丰度，这可能是肿瘤免疫微环境重塑的主要因素之一。在该研究中，程教授团队与岛津分析中心携手合作，基于成像质谱显微镜iMScope QT寻找咽峡炎链球菌阳性组和阴性组中精氨酸和鸟氨酸的空间表达差异，以及肿瘤组织中不同氨基酸代谢物的空间分布和变化，为咽峡炎链球菌通过代谢精氨酸为鸟氨酸来促进肿瘤生长的结论提供了强有力的空间代谢组学技术支持。

图1. 文章期刊截图

胃癌微生物群新发现，

胃癌背后竟有小团伙？

胃癌（Gastric cancer）是世界范围内最常见的恶性肿瘤之一，而中国是全世界胃癌发病人数和死亡人数最多的国家。幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）感染是胃癌主要风险因素之一，它被国际癌症研究机构列为第一类致癌物。大多数研究表明，根除幽门螺杆菌可以阻止胃炎的进展，但一些前瞻性试验却发现，即使成功根除幽门螺杆菌，胃癌的发生率也没有显著降低。因此，我们对幽门螺杆菌在胃癌中作用的理解可能只是冰山一角，尤其是在其与胃癌微生物群的关系方面。随着PCR技术和宏基因组学的不断进步，越来越多研究表明，胃内存在丰富的微生物群。这些非幽门螺杆菌的微生物群在胃内癌前病变的进展中发挥着重要作用。因此，全面评估胃癌中的微生物群，以阐明其在胃癌发生和发展中的机制，显得尤为必要。

研究成果快览

浙江省肿瘤医院程向东教授团队等人首次根据肿瘤内微生物群对胃癌进行了六种分子亚型分类，每个亚型以特定属的不同程度富集为特征。发现并确认除了幽门螺杆菌外，咽峡炎链球菌在胃癌的发生和发展中起着关键作用。通过代谢组学分析鉴定了胃癌组织中最富集的通路是精氨酸代谢（图2a）。所有与精氨酸代谢相关的代谢物在肿瘤样本中始终上调（图2b），而编码此通路中因子的人类基因在转录组水平上却没有显著变化（图2c）。这种精氨酸代谢组与人类特异性转录组之间的差异表明，链球菌在胃癌中的潜在作用可能涉及细菌精氨酸代谢。

图2. 不同胃癌亚型中代谢物相关通路的差异丰度代谢物

（注：火山图中参与精氨酸代谢的代谢物以黄色突出显示）

为了深入了解链球菌精氨酸代谢通路的特征，下一步计划探究胃癌组织中精氨酸通路相关代谢物的空间变化，那么，是否可以原位可视化呈现出多种氨基酸代谢物在肿瘤组织中的空间分布？此外，不同氨基酸的相互转化是否存在规律？

iMScope QT助力

探明精氨酸代谢途径机理

为了寻找以上问题的答案，验证上述代谢组学结果，使用岛津全自动基质升华仪iMLayer对胃癌肿瘤组织冷冻切片进行9-AA基质自动涂敷，放入成像质谱显微镜iMScope QT中进行质谱采集与参数优化，最终建立了多种氨基酸在胃癌肿瘤组织的质谱成像方法。

图3. 岛津质谱成像一站式解决方案技术特点

质谱采集结束，使用IMAGEREVEAL MS软件分析咽峡炎链球菌阳性组和阴性组中包含精氨酸和鸟氨酸在内的多种氨基酸的空间表达差异。MSI合并（Merge）图像中，绿色代表精氨酸，红色代表鸟氨酸，如图4所示，咽峡炎链球菌阳性组患者在胃癌肿瘤组织中表现出显著降低的精氨酸浓度水平和升高的鸟氨酸浓度水平，而阴性组患者则相反。说明咽峡炎链球菌可能通过代谢精氨酸产生鸟氨酸并激活其下游通路来促进胃癌的生长。进一步证实了咽峡炎链球菌通过改变精氨酸代谢途径调节肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，最终促进胃癌发生和发展。因此，咽峡炎链球菌很可能成为胃癌治疗的有希望的治疗靶点。

图4. 精氨酸与鸟氨酸在咽峡炎链球菌（SA）

阳性与阴性组患者胃癌组织的空间分布

客户声音

浙江省肿瘤医院潘利斌博士

浙江省肿瘤医院潘利斌博士表示：本工作使用岛津质谱显微镜iMScope QT对胃癌瘤内代谢物进行了原位检测，对于解析瘤内微生物与瘤内代谢物空间互作提供了有力的数据支撑。岛津质谱成像显微镜iMScope QT具有超高的空间分辨率和质谱分辨率，可实现瘤内微环境代谢物的高清分辨率成像。该项目顺利进展得益于岛津上海分析中心质谱成像仪器平台以及应用工程师的技术支持，希望今后有更多的机会能与岛津合作！

参考文献

Li Yuan, Libin Pan, et al. Cell Discov 10, 117 (2024). DOI: 10.1038/s41421-024-00746-0

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