多模态数据解码VHL相关肾癌异质性：一项整合影像组学与多组学分析的研究方案

《European Radiology Experimental》：Intra- and inter-tumoural heterogeneity in von Hippel–Lindau disease-related renal cancer: a multimodal data study protocol

本研究针对von Hippel-Lindau(VHL)疾病相关肾细胞癌(ccRCC)临床管理中缺乏生物标志物的难题，开发了整合多区域活检、多参数磁共振成像(MRI)、全基因组测序(WGS)和患者来源类器官(PDO)培养的多模态研究方案。研究发现VHL-ccRCC存在显著的瘤内和瘤间异质性，肿瘤虽均显示3p染色体缺失但具有独立克隆起源，且影像特征与肿瘤细胞密度、转录组特征显著相关。该研究为个体化治疗决策提供了新思路。

　　

在遗传性肿瘤综合征中，von Hippel-Lindau(VHL)疾病是一种罕见的常染色体显性遗传病，由VHL基因种系致病性变异引起。患者一生中会发展为多器官肿瘤，其中透明细胞肾细胞癌(ccRCC)是导致发病和死亡的主要原因。当前临床标准主要依赖手术切除，通常建议对≥3厘米的肾脏肿瘤进行干预以降低转移风险。然而，这种基于尺寸的决策模式往往导致患者接受多次手术，增加并发症风险，且无法区分侵袭性肿瘤和惰性肿瘤。

针对这一临床困境，Rowe等人在《European Radiology Experimental》发表了一项创新性研究方案，旨在通过多模态数据整合分析，绘制VHL相关肾癌的瘤内和瘤间异质性图谱。研究人员假设，通过影像特征、组织病理学和分子谱系的综合分析，能够提升诊断准确性，并为VHL患者提供更加个性化的治疗决策。

研究方法概述

本研究采用单中心前瞻性设计，纳入一名29岁女性VHL患者（胚系突变VHL 563 T>C）。研究整合了多参数MRI（T2加权、扩散加权成像和动态对比增强序列）、多区域穿刺活检（每个肿瘤分为四个象限）、同步DNA/RNA提取、全基因组测序和RNA测序以及患者来源类器官培养技术。图像处理采用3D Slicer进行分割，PyRadiomics提取影像组学特征，并通过主成分分析和相关性分析整合多维度数据。

研究结果

图像后处理揭示异质性

通过对患者三个ccRCC病灶（R1、L1、L3）的分析，研究发现显著的瘤间异质性：L1病灶相比R1和L3显示更低的DWI b800信号强度（204.6±19.6 vs. 239.5±48.6和215.6±41.1，p<0.001）和更高的ADC值（2.3±0.2 vs. 1.8±0.5和2.1±0.2×10^-3 mm²/s，p<0.001）。瘤内分析显示，同一病灶不同象限间也存在显著差异，如R1病灶的Black和Blue象限ADC值显著低于Green和Brown象限（1.5±0.7和1.7±0.4 vs. 2.0±0.2和2.2±0.2×10^-3 mm²/s，p<0.001）。

组织学确认肿瘤特性

所有活检样本均确认为ccRCC，分期为pT1a pNX，分级为G1/G2（WHO/ISUP）。肿瘤细胞百分比在不同病灶和区域间存在显著差异，L1为5%-10%，L3为30%-50%，R1为40%-50%，证实了组织学水平的异质性。

转录组分析显示分子异质性

主成分分析显示样本未按肿瘤身份聚类，表明瘤内异质性程度与瘤间异质性相当。差异基因表达分析未发现显著差异基因，进一步支持了转录组水平的广泛异质性。

基因组分析揭示独立克隆起源

全基因组测序显示所有肿瘤均存在3p缺失（导致VHL杂合性缺失），但断点位于三个不同基因组位置（L1：p12.3，L3：q13.11，R1：q12.1）。瘤间单核苷酸变异分析显示每个肿瘤中超过95%的变异为独有，证实了肿瘤的独立克隆起源。瘤内分析显示L3和R1肿瘤共享变异占主导，表明这些肿瘤内亚克隆群体有限。

类器官培养挑战

患者来源类器官仅从33.3%的活检中成功生成，且主要来自肿瘤细胞密度较低的区域（如L1肿瘤）。值得注意的是，这些类器官的WGS显示正常的3p拷贝数，表明它们并非由肿瘤细胞组成，反映了低级别ccRCC肿瘤细胞在体外培养中的困难。

多维度数据相关性分析

影像特征与分子特征存在显著相关性：肿瘤细胞百分比与DWI b800呈强正相关（ρ=0.78，p=0.014），与ADC呈强负相关（ρ=-0.79，p=0.011）。转录组主成分PC1与FirstOrder_InterquartileRange呈正相关（ρ=0.64，p=0.026），富集通路包括溶酶体功能、细胞内酸化和凋亡；PC2与DWI b800正相关，富集通路涉及细胞增殖、上皮-间质转化和缺氧反应。

研究结论与意义

本研究建立了一个评估VHL相关小肾癌（<4厘米）异质性的概念验证框架。研究发现尽管存在普遍的VHL杂合性缺失，但肿瘤具有独立克隆起源，且在转录组水平表现出显著的瘤内和瘤间异质性。影像特征与组织学、基因组和转录组特征的相关性表明，多参数MRI有潜力无创评估肿瘤生物学特性。

该研究的方法学创新在于将多区域采样与多模态数据整合相结合，克服了传统单点活检的局限性。对于临床实践，针对肿瘤异质性区域的MRI引导活检可能提高诊断准确性，避免对惰性病变的过度治疗或对侵袭性病变的低估。未来在更大队列中的验证将进一步明确这一方法在个体化治疗决策中的价值，为VHL疾病这一罕见病的精准医疗开辟新途径。