Cancer Cell｜空间组学揭示神经胶质瘤治疗困境的潜在机制

神经胶质瘤是最致命的癌症之一，尤其是胶质母细胞瘤（GBM）和儿童弥漫性中线胶质瘤（DMG），患者生存期极短。尽管免疫疗法和靶向治疗在其他癌症中取得突破，但对胶质瘤的疗效仍然有限。这种治疗抵抗性被认为与胶质瘤独特的肿瘤微环境（TME）密切相关，包括肿瘤抗原（TA）表达的异质性、高度免疫抑制性的髓系细胞浸润以及了解甚少的肿瘤糖基化修饰。近期，《Cancer Cell》发表了一项题为“Multi-omic landscape of human gliomas from diagnosis to treatment and recurrence”的研究论文。这项研究通过构建一个大规模、多中心、临床注释详细的胶质瘤队列，利用空间单细胞蛋白组（MIBI）、空间糖基化组学（MALDI-IMS）和空间转录组（GeoMX DSP），系统地揭示了胶质瘤TME的多维分子特征，从而解释了治疗挑战的潜在机制，并为未来的治疗策略提供了新的见解。

本研究队列包含了310名患者的677个样本，涵盖了世界卫生组织（WHO）2级、3级和4级的胶质瘤，包括成人GBM、IDH突变型星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤、多形性黄色星形细胞瘤（PXA）、DMG以及其他儿童高级别胶质瘤（pHGG）。特别纳入了配对的原发和复发样本，以及接受检查点抑制剂治疗的复发性GBM患者队列。

研究对连续组织切片首先进行空间单细胞蛋白组成像检测，在单细胞水平上对52种蛋白进行高分辨率空间定位，分析了超过120万个细胞。重点量化了7种可靶向的肿瘤抗原和14种免疫调节因子，并鉴定了18个免疫细胞亚群。空间转录组学对免疫细胞富集区和贫乏区进行全转录组分析（>11,000个基因），将基因表达程序与细胞空间位置关联。空间糖组学绘制了70种独特N-聚糖的空间分布图，将其归为10个结构类别。所有数据通过交互式开源门户网站BRUCE（www.bruce.parkerici.org）向科学界进行了公开，极大地提升了资源的可及性和重用价值。

通过52种抗体的空间单细胞蛋白组检测，研究描绘了胶质瘤TME的详细细胞构成。其中，免疫细胞以髓系为主，占全部细胞的18%，其中小胶质细胞、巨噬细胞、树突状细胞和单核细胞是主导群体。淋巴细胞稀少（<1%），主要是CD8+和CD4+ T细胞。研究重点分析了CD163+（免疫抑制相关）髓系细胞其组成随级别的变化趋势。在GBM（4级）中，表达CD163的CD14+和CD68+细胞亚群比例非常高（15%和29%），而CD163+小胶质细胞在低级别肿瘤中更丰富。IDH突变型4级星形细胞瘤的CD163+髓系细胞丰度低于GBM，提示不同的免疫抑制机制。

本研究最关键的发现之一是揭示了肿瘤抗原的异质性，为当前靶向治疗临床试验的失败提供了直接解释。研究发现了胶质瘤在肿瘤抗原表达上表现出高度的“瘤内异质性”和“瘤间异质性”。根据抗原表达的多样性，肿瘤可分为“高多样性”（如GBM、星形细胞瘤）和“低多样性”（如PXA主要表达B7H3）两类。对于高多样性肿瘤，双靶点治疗（如B7H3+EGFR）能显著提高肿瘤细胞覆盖率，而对于低多样性肿瘤，多靶点策略收益甚微。为提高特异性而设计的需要双抗原共表达的CAR-T策略，会以牺牲肿瘤覆盖率为代价。例如，在GBM中，虽然74%的肿瘤细胞表达B7H3或EGFR，但仅32%的细胞同时表达两者。另外几乎所有病灶都含有对所有7种被测抗原均不表达的肿瘤细胞（0%至99%），这部分细胞将成为靶向治疗的“逃逸巢穴”。

研究发现了尽管复发和原发肿瘤的整体细胞组成没有显著差异，但细胞间的空间共定位关系发生了根本性改变。细胞邻域分析发现了原发肿瘤存在复杂的免疫激活生态位，如CD4+/CD8+ T细胞与CD68+CD163+巨噬细胞、CD14+髓系细胞、肿瘤细胞和内皮细胞相互作用。但在复发肿瘤中，上述相互作用消失，转变为以小胶质细胞和CD206+巨噬细胞为主导的、更倾向于免疫抑制的生态位。在GBM中，也观察到肿瘤细胞与所有CD163+髓系亚群的空间共定位在复发时增加。原发肿瘤生态位中的细胞高表达TIM3, IDO1等免疫调节分子，而这些功能状态在复发生态位中丢失。

本研究首次在如此大规模的胶质瘤队列中系统描绘了N-糖基化图谱。结果发现了糖基化模式与肿瘤级别特异性相关。低级别胶质瘤（2级）富含高甘露糖、岩藻糖基化等结构。高级别胶质瘤（4级，包括GBM）中唾液酸化、多聚乳糖胺等糖类显著富集。邻片空间转录组分析糖基化检测对应的区域发现了编码糖基化酶的基因表达情况，结果发现了只有少部分基因和糖基化修饰之间存在显著相关性，说明糖基化修饰的改变很大部分受到转录后调控。

研究开展了组织邻片空间多组学关联分析。结果发现了岩藻糖基化糖类与神经元发育相关基因表达正相关，主要与肿瘤细胞和神经元相关。唾液酸化糖类与抗原呈递、白细胞活化等免疫相关基因模块正相关，并与Tregs、CD209+ DC/Mac等免疫抑制细胞富集区共定位。例如，唾液酸受体SIGLEC10的表达与唾液酸化糖丰度及T细胞耗竭标志物（TOX, TIM3）表达正相关，提示了糖基化介导的免疫抑制新机制。而促进肿瘤生长的GRN与唾液酸化糖类及CD209+髓系细胞相关，揭示了糖基化通过特定分子和细胞途径影响肿瘤生物学。

最后，研究通过随机森林模型整合了所有组学数据来预测肿瘤分级和GBM患者生存期，揭示了不同生物学过程的主导作用。研究发现了糖基化特征和血管相关特征（如内皮细胞CD31强度、VEGFA表达）是区分胶质瘤级别的最重要因素。免疫富集区的转录本对分级预测贡献最小。与分级模型截然不同，免疫富集区的转录本（如MCM2, KIF3A等）是预测GBM患者长期与短期生存的最重要因素。这表明，尽管高级别肿瘤有共同的分子特征，但决定患者个体生存差异的，是其TME内免疫应答的状态和强度。

总结与讨论
本研究通过构建一个前所未有的空间多组学图谱，为理解胶质瘤治疗抵抗提供了机制见解，也为未来开发更有效的、针对个体患者TME特征的联合治疗策略奠定了坚实的基础。研究发现了肿瘤抗原的高度异质性是当前靶向疗法疗效有限的主要原因。研究为个性化组合疗法提供了数据支持。研究揭示了胶质瘤复发伴随着TME深层的空间结构重组，而非单纯的细胞数量变化，转向更免疫抑制的状态。研究指出了糖基化的重要性。肿瘤的糖基化修饰是区分肿瘤级别的关键分子层，并与免疫调节密切相关，是一个新的潜在治疗靶点。

华盈生物空间多模态研究体系

PCF空间单细胞蛋白组成像示例

相关文献

Piyadasa H, Oberlton B, Ribi M, Leow K, Ranek JS, Averbukh I et al.Multi-omic landscape of human gliomas from diagnosis to treatment and recurrence.Cancer Cell. 2025:S1535-6108(25)00499-4.