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为解决脊索瘤预后预测难题，北京航空航天大学等单位研究人员开展结合 DNA 甲基化与 MRI 影像组学预测颅底脊索瘤预后的研究。得出可无创评估预后等结果，为临床治疗决策提供依据，强烈推荐科研读者阅读。
在医学的神秘世界里，有一种罕见的恶性骨肿瘤 —— 脊索瘤（chordoma），它就像隐藏在身体里的 “小恶魔”，严重威胁着人们的健康。脊索瘤主要在轴向骨骼 “搞破坏”，特别是颅底、骶尾部和活动脊柱这些地方，虽然它在所有骨恶性肿瘤里只占 1 - 4%，发病率约为 0.08/100,000，可千万别小瞧它！因为生长的位置特殊，它在慢慢长大的过程中，会像个调皮的 “小霸王”，对周围的骨头和结构进行破坏和挤压，让患者出现疼痛、神经被侵犯等症状。而且，它还特别 “狡猾”，生长速度虽然慢，但局部攻击性很强，还喜欢跑到远处 “捣乱”，也就是发生转移。由于很多患者发现时已经是晚期，治疗效果大打折扣，它的死亡率相当高，5 年、10 年和 20 年的生存率分别只有 67.6%、39.9% 和 13.1%，超过一半的患者做完手术、接受放疗后还会复发。
面对这样棘手的 “小恶魔”，科学家们坐不住了，他们迫切地想找到更好的方法来对付它。之前，基因组和转录组研究已经发现了一些和脊索瘤相关的基因和通路，给临床研究和治疗带来了一些希望。DNA 甲基化分析（一种可以帮助诊断和分类癌症的工具）也被用来区分脊索瘤的亚型。但获取肿瘤样本进行 DNA 甲基化分析，对患者来说是有伤害的，而且很费时间，没办法在手术前的常规临床诊断中使用。
这时候，医学成像技术出现了，它就像一个温柔的 “小天使”，不用伤害患者身体，成本也低，还能提供很多有用的信息。从医学图像里提取的影像组学特征（radiomic features），甚至可以反映肿瘤细胞的基因组变化。于是，结合了基因组学和影像组学的放射基因组学（radiogenomics）技术诞生了，它可以用一种无创又方便的方式，从分子层面分析疾病的诊断、分层和预后。磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）是诊断和研究脊索瘤常用的医学成像工具。北京航空航天大学和首都医科大学附属北京天坛医院等单位的研究人员就想，能不能把 MRI 图像和 DNA 甲基化分析联系起来，从医学图像里无创地获取一些重要的信息呢？
带着这个疑问，他们进行了深入的研究，相关成果发表在《Clinical Epigenetics》期刊上，论文题目是 “Radiogenomic method combining DNA methylation profiles and magnetic resonance imaging radiomics predicts patient prognosis in skull base chordoma”。研究人员通过努力，找到了一个和颅底脊索瘤患者预后相关的 DNA 甲基化特征（Signature 4），还建立了基于 MRI 的放射基因组特征，这种特征可以无创地评估患者的甲基化特征和预后，这就像给医生们提供了一个神奇的 “水晶球”，能提前预测患者的病情发展。而且，他们还发现自然杀伤细胞（NK 细胞）的比例和这个 DNA 甲基化特征有关，这可能会影响患者的预后，同时还发现了 NK 细胞和肿瘤细胞之间的相互作用，这或许能成为未来治疗的新靶点。这个研究成果意义重大，为医生治疗脊索瘤患者提供了很有价值的参考，帮助他们更好地制定治疗方案，评估患者的预后情况。
为了开展这项研究，研究人员用到了几个关键的技术方法。首先是对脊索瘤组织进行甲基化分析，他们从患者的新鲜冷冻组织和福尔马林固定石蜡包埋（FFPE）组织里提取 DNA，然后进行一系列处理来检测甲基化水平。接着，使用非负矩阵分解（NMF）方法，从甲基化数据里找出和预后相关的 DNA 甲基化特征。对于影像组学特征的提取，他们在 MRI 图像上手动勾勒出感兴趣的区域，用专门的软件提取出各种特征，再通过统计分析找到和甲基化特征相关的影像组学特征，构建放射基因组特征。最后，利用外部单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）数据和多重免疫荧光组织化学（mIHC）染色等技术，进一步探究不同预后组之间的差异。
下面我们来看看研究结果：
脊索瘤患者队列
研究人员把 176 名颅底脊索瘤患者分成了三个独立的队列。在发现队列（discovery cohort）的 40 名患者里，有 12 人（30%）在随访期间病情出现了进展，进展患者的无进展生存期（PFS）中位数是 48.5 个月，没进展患者是 112.5 个月。在甲基化验证队列（methylation validation cohort）和影像组学验证队列（radiomic validation cohort）里，也有部分患者出现病情进展。研究人员还收集了患者的年龄、性别等各种临床因素，发现这些因素和患者病情是否进展没有明显的统计学差异。
识别 DNA 甲基化特征
研究人员分析了 40 名患者的 407,014 个 CpG 位点，找出了 1,334 个变化最大的位点。通过 NMF 方法，这些位点被分解成了 8 个 DNA 甲基化特征。经过一系列分析，发现 Signature 4 和患者的预后关系最大。和低 Signature 4 负荷组（LLG）的患者相比，高 Signature 4 负荷组（HLG）的患者预后更好。研究人员进一步分析发现，HLG 组里和适应性免疫细胞激活相关的基因甲基化程度高，而 LLG 组里和细胞生长、发育以及 TGF - β 通路负调控相关的基因甲基化程度高。
放射基因组特征构建
在发现队列里，研究人员从 2,553 个影像组学特征里，找到了 14 个和 Signature 4 相关性最强的特征，用这些特征构建了放射基因组特征评分。根据这个评分，能把患者分成 HLG 和 LLG，而且两组患者的生存结果有明显差异，说明这个放射基因组特征评分可以预测患者的预后。
DNA 甲基化 Signature 4 在不同数据集的普遍性验证
在有 14 名患者的甲基化验证队列里，研究人员用放射基因组特征评分把患者分组，再通过基因集富集分析（GSEA）发现，这个队列里低 Signature 4 负荷组（mv - LLG）的 CpG 位点，和发现队列里 LLG 组的高甲基化 CpG 位点有明显的富集，说明放射基因组特征可以在不同数据集里有效地反映甲基化特征。
DNA 甲基化特征与预后的相关性及放射基因组特征预测性能的验证
在有 122 名患者的影像组学验证队列里，研究人员根据放射基因组特征评分把患者分成两组，通过分析发现两组患者的生存率有明显差异，这就证明了放射基因组特征可以用来预测患者的预后。
放射基因组特征在单细胞水平的功能相关性
研究人员整合了之前发表的脊索瘤 scRNA - seq 数据集和自己的 DNA 甲基化数据。他们发现 Signature 4 的 HLG 组和 LLG 组里，不同基因在不同细胞类型里的表达不一样。通过分析还发现，HLG 组和 LLG 组的 NK 细胞和纤维母细胞比例有很大差异，HLG 组 NK 细胞比例低但纤维母细胞比例高。而且，NK 细胞和肿瘤细胞、纤维母细胞之间还有相互作用，通过 mIHC 染色也验证了 DNA 甲基化分析预测的 NK 细胞比例和实际情况是相符的。
在讨论部分，研究人员提到，MRI 影像组学虽然在临床诊断里用得很广泛，但影像组学特征和分子改变之间的关系还不太清楚。他们的放射基因组学方法把影像组学和基因组学结合起来，找到了和预后相关的放射基因组特征，这个特征不仅能预测患者的无进展生存期，还和一些分子改变有关系，比如 TGF - β 信号通路的激活和 NK 细胞的比例。这意味着放射基因组学分析结果可以作为临床标记，指导脊索瘤的治疗。不过，这个研究也有一些局限性，比如样本量受到脊索瘤低发病率的限制，早期患者的组织样本不够，没办法分析这个关键阶段的 DNA 甲基化情况，而且目前样本量有限，还不能准确地直接预测患者的无进展生存期，NK 细胞在脊索瘤里的功能也还需要进一步研究。
总的来说，这项研究意义非凡。它发现了颅底脊索瘤患者的预后 DNA 甲基化特征，还建立了基于 MRI 的放射基因组特征，能无创地评估患者的甲基化特征和预后。NK 细胞比例和 DNA 甲基化特征的关系，以及 NK 细胞和肿瘤细胞之间的相互作用，为未来治疗脊索瘤提供了新的方向。虽然还有一些不足，但为后续的研究打下了坚实的基础，相信在科学家们的不断努力下，一定能找到更好的方法来战胜脊索瘤这个 “小恶魔”，让患者们重获健康！
