J Hematol Oncol：全景空间增强分辨率蛋白质组学（PSERP）解析胶质瘤空间蛋白质组异质性
19小时前 吾乃喵大人 MedSci原创 发表于上海
研究人员希望深入解析胶质瘤的肿瘤微环境和异质性，揭示不同基因突变类型胶质瘤的蛋白质组特征，探索肿瘤特异性蛋白和信号通路，为胶质瘤的精准治疗和免疫治疗提供新靶点和策略。
胶质瘤作为中枢神经系统常见恶性肿瘤，具有复杂肿瘤微环境和显著异质性，其细胞组成多样且不同区域细胞表型差异大，这导致胶质瘤对治疗反应不一且预后差，因此深入了解胶质瘤肿瘤微环境和异质性对改善治疗效果和患者生存期意义重大。
目前，空间转录组学技术虽有进步，但在蛋白质层面解析肿瘤微环境和细胞互作信息仍有限，因蛋白质直接执行细胞功能，故空间蛋白质组学对深入理解肿瘤生物学至关重要。现有空间蛋白质组学技术，如激光捕获显微切割和抗体依赖方法，存在效率低、通量有限、可重复性差等问题，难以满足全景式、高通量分析需求，迫切需要更高效空间蛋白质组学技术。
本研究旨在开发一种新的空间蛋白质组学方法（PSERP），以克服现有技术在分辨率、蛋白覆盖度和成本方面的局限性，实现对复杂组织（尤其是胶质瘤组织）的高分辨率、无偏倚、全景式空间蛋白质组分析。通过该方法，研究人员希望深入解析胶质瘤的肿瘤微环境和异质性，揭示不同基因突变类型胶质瘤的蛋白质组特征，探索肿瘤特异性蛋白和信号通路，为胶质瘤的精准治疗和免疫治疗提供新靶点和策略。
样本选择：研究纳入九例胶质瘤样本，涵盖三种基因突变类型：IDp-WT/EGFR突变型、IDp突变型及IDp/EGFR双野生型，每个类型三例样本，以确保结果能反映不同分子特征胶质瘤的蛋白质组学差异。
技术应用：对样本实施PSERP分析，涉及组织扩展、自动化切割、凝胶内酶解和高通量DIA液相色谱-串联质谱分析，以获取高分辨率空间蛋白质组数据。
数据整合与验证：将空间蛋白质组学数据与单细胞转录组数据整合分析，解析胶质瘤细胞组成和细胞间通讯，并利用组织病理学注释和免疫组织化学染色验证PSERP发现的肿瘤区域特征和细胞类型分布。
功能实验：选取特定突变肽制备疫苗，开展体外实验评估其对肿瘤细胞增殖抑制效果，并在患者来源细胞（PDC）和患者来源异种移植（PDX）模型中测试疫苗对肿瘤生长抑制作用，以验证基于PSERP鉴定的肿瘤特异性突变肽在免疫治疗中的潜在价值。
研究方法
组织扩展：通过物理方法将组织样本按六倍比例各向同性放大，使组织尺寸放大216倍（6×6×6），既保留蛋白定位信息，又便于后续精确分割和分析。
自动化样本分割：运用定制的三维打印切割工具，将扩展后的组织精准分割成数千个尺寸均一的“体素”，确保样本处理的一致性和稳定性，并记录每个体素的空间坐标，为后续数据定位分析提供基础。
凝胶内酶解与肽段提取：将分割后的体素转移至96孔板，经胰蛋白酶酶解和肽段提取，为质谱分析做好准备。
高通量DIA液相色谱-串联质谱分析：采用数据非依赖采集（DIA）模式进行质谱分析，实现对每个体素中肽段的全面检测，覆盖蛋白质组信息。
空间蛋白质组数据分析与挖掘：基于质谱数据，运用生物信息学工具进行蛋白质鉴定和定量分析，通过 Louvain 聚类、主成分分析（PCA）等方法揭示胶质瘤样本中不同区域的蛋白质组差异，识别恶性与非恶性区域，并分析其空间分布特征和功能富集情况。
单细胞转录组数据整合：将空间蛋白质组数据与胶质瘤样本的单细胞转录组数据相结合，利用Bulk2Space算法构建空间解析的单细胞表达谱，深入解析胶质瘤的细胞组成和细胞间通讯网络，探究特定细胞类型在肿瘤微环境中的分布和功能。
肿瘤特异性肽组鉴定与分析：整合胶质瘤多组学数据，建立包含肿瘤特异性基因组事件的定制数据库，通过质谱检索鉴定肿瘤特异性突变肽，并分析其空间分布特征，筛选出在肿瘤区域具有广泛覆盖度的突变肽组合，为个性化免疫治疗提供潜在靶点。
功能验证实验：在体外实验中，将合成的肿瘤特异性突变肽与树突状细胞共孵育，刺激外周血单个核细胞（PBMCs），通过酶联免疫斑点（ELISpot）实验检测T细胞对突变肽的免疫反应，评估突变肽激活T细胞的能力。同时，利用CCK-8实验检测突变肽对肿瘤细胞生长的抑制效果。在体内实验中，构建PDX模型，将突变肽疫苗注射至模型小鼠体内，监测肿瘤生长情况，验证突变肽疫苗在抑制肿瘤生长方面的潜在疗效。
研究结果
PSERP在九个胶质瘤样本的2230个体素中鉴定出12190种蛋白，中位数为1650种/样本，展现出良好的技术重复性和稳定性，为深入研究胶质瘤蛋白质组特征提供了可靠数据。
不同基因突变类型胶质瘤的空间蛋白质组存在显著差异：IDp-WT/EGFR突变型胶质瘤的恶性区域富集与癌症标志通路相关蛋白，如MYC靶点、MTORC1信号等；IDp突变型胶质瘤的非恶性区域富集与凝血、脂肪生成和代谢通路相关蛋白，突出了不同分子特征胶质瘤的病理生理差异。
PSERP揭示胶质瘤内部存在显著空间异质性，如在IDp-WT/EGFR突变型样本中发现六个 Louvain 联合聚类簇，分属两个主要组，经与H&E染色对比，精准对应肿瘤及非肿瘤区域，且不同簇蛋白的通路富集分析显示免疫、血液代谢和补体通路等差异，体现同一肿瘤样本内不同区域的分子多样性。
胶质瘤肿瘤边界区域的蛋白质表达模式独特，与肿瘤核心和非恶性区域存在差异。研究发现，肿瘤边界区域富含与免疫反应相关的蛋白质，如C1QB、C3等，表明该区域可能在肿瘤免疫微环境的形成和肿瘤侵袭转移中发挥重要作用。
通过与单细胞转录组数据整合分析发现，不同基因突变类型的胶质瘤具有独特的细胞组成和细胞间通讯网络。例如，IDp-WT/EGFR突变型胶质瘤以AC样恶性细胞为主，与肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）等非恶性细胞相互作用；IDp突变型胶质瘤则以MES样恶性细胞为主，与少突胶质细胞等非恶性细胞相互作用，这些细胞间通讯可能影响肿瘤的进展和免疫微环境的形成。
研究成功筛选出对相应免疫反应具有显著促进作用的肿瘤特异性突变肽组合，为后续免疫治疗提供了关键信息。功能实验表明，基于PSERP鉴定的突变肽在激活T细胞反应和抑制肿瘤细胞生长方面具有显著效果，为个性化免疫治疗策略的开发提供了实验依据。
研究结论
PSERP作为一种新型空间蛋白质组学技术，能够有效解析胶质瘤组织的空间异质性和分子特征，为胶质瘤的精准医疗提供了新的视角和潜在的生物标志物。胶质瘤的不同基因突变类型具有独特的空间蛋白质组特征和细胞组成，这些差异可能影响肿瘤的恶性程度、免疫微环境和对治疗的反应，为个性化治疗方案的制定提供了依据。
肿瘤边界区域的特殊蛋白质表达模式提示其在肿瘤进展和免疫逃逸中的重要作用，针对该区域的关键蛋白或相关信号通路的干预可能成为潜在的治疗策略。胶质瘤肿瘤微环境中的细胞间通讯网络在肿瘤的发生发展中具有重要意义，深入解析这些通讯网络有助于揭示肿瘤的生物学行为，并为开发新的治疗靶点提供线索。
PSERP鉴定的肿瘤特异性突变肽具有激活T细胞反应和抑制肿瘤生长的潜力，基于这些突变肽的免疫治疗策略有望成为胶质瘤治疗的新方向。总之，PSERP技术的应用为胶质瘤的分子机制研究和临床治疗提供了宝贵的数据和新的思路，有望推动胶质瘤精准医学的发展。
原始出处
Xu, Z., Wang, Y., Xie, T., Luo, R., Ni, H.L., Xiang, H., Tang, S., Tan, S., Fang, R., Ran, P., Zhang, Q., Xu, X., Tian, S., He, F.C., Yang, W.J., & Ding, C. (2025). Panoramic spatial enhanced resolution proteomics (PSERP) reveals tumor architecture and heterogeneity in gliomas. Journal of Hematology & Oncology, 18, 58. https://doi.org/10.1186/s13045-025-01710-5
相关资料下载：
8e7a0f3eab335922d838f13c20c5f330_807da0c2bf4ce65f6684ea567625bf21_8.pdf
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