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胶质母细胞瘤（GBM）治疗手段有限，现有临床终点指标难以精准评估治疗反应。研究人员开展对 GBM 穿刺活检的多组学分析研究，发现穿刺活检可获取丰富数据，还能构建患者来源的异种移植（PDX）模型，为评估治疗反应提供依据。
在脑癌的世界里，胶质母细胞瘤（Glioblastoma，GBM）就像一个顽固的 “恶魔”，它是一种极具侵袭性的原发性脑癌，治疗手段十分有限。尽管多年来科研人员不断努力，开展了众多临床试验，但目前的标准治疗方案依旧是最大程度的手术切除，再辅以放化疗，除了肿瘤治疗电场（Tumor Treating Fields）外，很少有新的疗法获得批准。更令人沮丧的是，即便采用积极的多模式治疗，患者的预后仍然很差。在其他实体癌中效果显著的免疫疗法，在 GBM 的治疗中却收效甚微。
同时，目前用于评估治疗反应的标准临床终点，如总生存期、无进展生存期或影像学进展证据等，都过于粗糙，无法准确反映肿瘤、宿主免疫系统和肿瘤微环境（Tumor Microenvironment，TME）对治疗的反应。而且，除了在初次手术时获取组织样本外，在治疗过程中很难再获得额外的组织样本，这使得科研人员难以深入了解肿瘤和免疫系统在治疗过程中的共同演变，严重限制了 GBM 新疗法的开发和推进。
为了攻克这些难题，来自美国多家研究机构（包括 Memorial Sloan Kettering Cancer Center、The University of Texas MD Anderson Cancer Center、Brigham and Women’s Hospital 等）的研究人员开展了一项重要研究。他们聚焦于立体定向穿刺活检，旨在探索其在监测 GBM 治疗反应方面的可行性和实用性，并通过多组学分析挖掘其中的深度数据。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：首先是多组学技术，如单细胞 RNA 测序（scRNA sequencing）、空间转录组学（Spatial transcriptomics）、代谢组学（Metabolomics）、蛋白质组学（Proteomics）、磷酸蛋白质组学（Phosphoproteomics）、T 细胞克隆型分析（T-cell clonotype analysis）和 MHC I 类免疫肽组学（MHC Class I immunopeptidomics） ；其次是通过手术中采集的穿刺活检样本进行多种分析，包括对样本的处理和检测；还利用生物信息学方法对多组学数据进行整合分析等。研究样本主要来源于手术中的患者。
下面来看看具体的研究结果：
- 术中空间定位穿刺活检采样：研究人员在患者手术时，从复发性 GBM 患者身上获取了多个穿刺活检样本，并记录了样本的 3D 坐标。经过筛选，部分样本质量达标用于后续分析，且样本体积在 41 - 44mg 之间。
- GBM 活检核心的单细胞 RNA 测序：针对 scRNA 技术在低输入量样本中的应用，研究人员对现有方案进行优化。通过比较手动解离和自动解离，发现手动解离可获得更多活细胞。同时，研究还表明酶解法结合新鲜组织解离且不使用翻译抑制剂更适合 scRNA 测序，最终成功从手术患者活检样本中鉴定出肿瘤、髓系和淋巴细胞群体。
- 活检核心的空间蛋白质组学分析：利用 CODEX 技术对 FFPE 组织进行高度多重显微镜检测，研究人员鉴定出多种肿瘤微环境特异性蛋白标记物，分析了不同细胞亚群的分布和相互作用。结果显示，巨噬细胞与 GFAP+细胞的相互作用比 T 细胞更密切，还识别出 6 种不同的细胞邻域（Cell Neighborhood，CN）。
- 蛋白质组学和磷酸蛋白质组学分析细胞信号：通过基于质谱的磷酸蛋白质组学分析，研究人员在患者肿瘤中鉴定出酪氨酸磷酸化蛋白，包括肿瘤细胞内在和免疫信号成分。分析结果突出了一些重要的磷酸化信号，如 ERK 丝裂原活化蛋白激酶（MAPKs）和 Src 家族激酶（SFKs）等，还发现肿瘤中存在先天免疫浸润的迹象。
- GBM 活检核心的免疫肽组学分析：对冷冻核心进行免疫肽组学分析，研究人员鉴定出 2915 种 MHC I 类肽，并发现一些与 GBM 侵袭和进展相关的蛋白在免疫肽组中高度表达，还识别出癌症 - 睾丸抗原（Cancer - Testis Antigens，CTA）等。
- 空间代谢物成像：整合 H&E、t - CyCIF 和 MALDI - MSI 数据，研究发现 ATP 在 CD45-区域积累，而苹果酸和亚油酸代谢在 CD45+区域富集，还确定了免疫和非免疫区域的代谢途径差异。
- 单患者来源的多组学数据整合分析：通过对多组学数据的交叉整合，研究人员发现空间代谢组学与单细胞 RNA 测序数据在代谢途径富集方面存在中度相关性；MHC I 类免疫肽组与转录本和蛋白质的丰度无正相关；空间蛋白质组学与空间转录组学数据显示免疫细胞浸润情况相似，并验证了一些细胞 - 细胞相互作用，如骨桥蛋白（SPP1）和 CD44 的相互作用。
- 估计穿刺活检样本之间的变异：研究人员开发了一种定量异质性的指标，通过比较区域内和区域间样本的差异，评估样本的代表性。结果表明，区域内样本的方差低于区域间样本，还确定了一些样本成为异常值的原因。
- 使用穿刺活检样本生成患者来源的异种移植模型：回顾性研究发现，从立体定向穿刺活检样本中可生成 PDX 和患者来源的细胞系（Patient - Derived Cell Lines，PDCL）模型，且 PDX 模型的成功率为 42%，高于 PDCL 模型（22.7%）。肿瘤含量对模型生成成功率影响不显著，而总活细胞数似乎是最重要的预测因素。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次证明了从单次手术时间点采集的穿刺活检样本可用于生成高分辨率的细胞和分子信息，为研究 GBM 的免疫细胞含量、基因表达谱、激活的蛋白质通路和抗原多样性提供了重要依据。同时，研究建立的分析框架可用于量化和研究样本间的差异，为后续研究奠定了基础。尽管该研究存在样本量较小等局限性，但它依然具有重要意义。它为监测和跟踪治疗反应提供了新的思路和方法，有望推动 GBM 个性化治疗的发展。此外，研究成果还有助于开发外周生物标志物，为减少重复组织采样提供可能。未来，随着技术的进一步发展和研究的深入，穿刺活检在 GBM 治疗和研究中的应用前景将更加广阔，有望为攻克这一难治性疾病带来新的突破。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为全球科研人员提供了宝贵的研究经验和数据支持。
