Eu-VSOP增强多参数PET/MRI无创可视化肝癌不完全消融后巨噬细胞富集的瘤周免疫重塑

《Advanced Science》：Molecular MRI Reveals Macrophage-Enriched Peritumoral Immune Remodeling After Incomplete Ablation in Liver Cancer

　　

图像引导的不完全消融可通过将残余肿瘤微环境（TME）重塑为免疫抑制状态而促进局部肿瘤进展，然而该过程的非侵入性生物标志物仍然有限。本研究开发了一种转化型多参数PET/MRI策略，用于监测原位VX2肝脏肿瘤不完全微波消融（iMWA）后巨噬细胞相关的微环境重塑。24只荷瘤兔被分配至未治疗对照组、iMWA后早期（短期）组或iMWA后晚期（长期）组，并接受临床3 T PET/MRI检查，包括扩散加权成像、动态对比增强MRI、[¹⁸F]FDG PET和T2加权MRI，于注射Eu-VSOP前后进行。Eu-VSOP增强MRI显示iMWA后瘤周低信号环，长期组观察到最大的环-肝信号下降及环厚度。普鲁士蓝染色和LA-ICP-ToF-MS证实铁和铕优先富集于巨噬细胞富集、CD206相关的瘤周区域。组织学和蛋白质组学进一步证实存活残余肿瘤中CD206和MMP-9表达增加、细胞外基质重塑、免疫抑制性髓系相关变化及代谢重编程，并伴随[¹⁸F]FDG摄取改变。综上，这些发现表明不完全消融诱导了一个时间演变的、巨噬细胞富集的免疫抑制性瘤周生态位，并支持Eu-VSOP增强多参数PET/MRI在无创监测消融后微环境重塑方面的潜力。

**研究背景与问题**

肝癌是全球第六大常见恶性肿瘤和第三大癌症相关死亡原因。热消融是指南推荐的治疗手段，广泛应用于早期至中期肝细胞癌（HCC）和肝转移瘤患者。微波消融相较射频消融具有组织加热更快更深的优势，对较大病灶尤为有效。然而，消融后局部复发仍是肝脏恶性肿瘤管理中的重大挑战。不完全消融可使存活肿瘤细胞暴露于亚致死热应激，潜在增强其侵袭性。临床前研究表明，此类热应激可激活PI3K/mTOR/AKT等致癌通路并通过O-GlcNAcylation促进代谢重编程，推动肿瘤增殖和复发。在结直肠癌肝转移中，不完全射频消融被证明可抑制T细胞活性并损害PD-1检查点抑制剂治疗，加速肿瘤生长。此外，消融诱导的残余肿瘤细胞细胞因子或趋化因子表达改变所导致的免疫微环境重塑，可能促进肿瘤免疫逃逸和耐药。

肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）是肿瘤微环境（TME）中促进肿瘤免疫逃逸的关键组分。M1样巨噬细胞通常与促炎和抗肿瘤功能相关，而M2样巨噬细胞则与免疫抑制、组织重塑、血管生成和肿瘤进展相关。因此，无创检测巨噬细胞富集的免疫抑制性重塑可能提供超越传统肿瘤活力和形态学评估的补充信息。当前消融后影像主要依赖形态学和对比增强标准来识别残余存活肿瘤，但这些方法对治疗诱导的免疫和间质重塑提供的信息有限。分子影像策略可能通过无创评估消融后TME内的生物学变化来补充这些传统影像技术。

**研究内容与结论**

该转化研究旨在探究iMWA是否在肝脏肿瘤中诱导空间组织的、巨噬细胞相关的免疫抑制性TME，以及该过程能否通过分子影像无创可视化。研究人员采用Eu-VSOP增强MRI评估与巨噬细胞富集重塑相关的瘤周组织区域，铕掺杂使得离体元素验证成为可能。利用原位VX2兔肝癌模型，将纵向Eu-VSOP增强分子影像发现与组织病理学和蛋白质组学生物标志物相结合，评估其无创可视化消融后免疫代谢重塑及风险分层的潜力。研究得出结论：不完全消融后残余肝脏肿瘤形成了巨噬细胞富集的瘤周微环境，伴CD206表达增加及其他提示免疫抑制的特征；Eu-VSOP增强分子MRI显示纳米颗粒优先蓄积于这些区域，提供了组织病理学和蛋白质组学分析所识别变化的无创影像学对应物。该研究发表于《Advanced Science》，其重要意义在于分子影像方法可通过识别与不良生物学重塑相关的微环境来补充常规MRI，从而指导风险分层并为不完全消融后辅助治疗的时间选择和方案选择提供信息。

**关键技术方法**

研究采用30只新西兰白兔（6只供体兔和24只VX2荷瘤兔），荷瘤兔随机分为对照组、短期组（iMWA后1-3天）和长期组（iMWA后14-17天），每组8只。使用临床3 T PET/MR扫描仪（Biograph mMR，Siemens）进行多参数成像，包括DWI/ADC mapping、T1/T2加权成像、钆增强DCE-MRI（Primovist）、Eu-VSOP增强T2加权MRI（注射后24 h）及[¹⁸F]FDG-PET/MRI。离体验证包括H&E染色、普鲁士蓝铁染色、LA-ICP-ToF-MS元素映射（¹⁵³Eu）以及LC-MS/MS蛋白质组学分析结合GSEA和代谢建模。VX2肿瘤模型建立及iMWA操作细节见附录S1。

**研究结果**

**多参数[¹⁸F]FDG-PET/MRI证实肿瘤生长及不完全微波消融后残余肿瘤活力**：肝内移植两周后PET/MRI确认肿瘤活力，对照组或iMWA前未治疗肿瘤显示异质性动脉期高强化、肝胆期延迟低信号和扩散受限伴小坏死核心。iMWA后短期组和长期组全肿瘤动脉期强化较基线显著降低，ADC值在消融区周围升高但非消融区保持低值提示残余活力。非消融区较消融区显示显著更多的动脉期强化和肝胆期对比剂摄取。[¹⁸F]FDG PET/MRI进一步证实iMWA后残余肿瘤持续代谢活性，消融区SUVmean低于非消融区；长期组消融/非消融SUVmean比值显著高于短期组（p=0.0267），提示随时间推移非消融区出现部分代谢恢复。早期动态SUV曲线显示示踪剂活性从肝实质向肿瘤组织渐进性再分布，长期组最为显著。

**iMWA诱导向巨噬细胞富集、CD206相关肿瘤环境的转变**：H&E染色证实治疗组部分肿瘤存活和再生长。免疫组化显示CD206和MMP-9表达在短期组较对照组显著降低（CD206，p=0.0002；MMP-9，p<0.0001），但在长期组显著升高（CD206，p<0.0001；MMP-9，p<0.0001）。HLA-DR在短期组呈高于对照组的趋势（p=0.0743）但在长期组再次下降（短期vs长期：p=0.0043）。CD11b和CD45在iMWA后短期下调而在较长期再次升高（短期vs长期：CD11b p<0.0001；CD45 p<0.0001）。这些发现表明iMWA首先诱导早期炎症失调，随后触发以巨噬细胞富集、CD206相关免疫抑制微环境及MMP-9相关基质重塑为特征的晚期病理变化。

**Eu-VSOP优先蓄积于巨噬细胞富集、CD206相关瘤周环**：Eu-VSOP注射后24 h T2加权MRI在所有组显示瘤周低信号环。对照组和短期组平均环-肝信号比从注射前>1降至注射后<1（对照组p=0.0011；短期组p=0.0288），长期组效应更为显著（p<0.0001）。长期组低信号环厚度显著大于对照组（p=0.0015）和短期组（p=0.0019）。LA-ICP-ToF-MS显示¹⁵³Eu在瘤周区域空间富集，与T2加权MRI低信号环一致；普鲁士蓝染色证实相应区域铁沉积。CD206表达增加区域与Eu和铁富集区域空间对应。长期组¹⁵³Eu瘤周-肝比值（3.459 ± 3.483）显著高于短期组（0.848 ± 0.576）。阴性对照兔未接受Eu-VSOP，未检测到¹⁵³Eu或铁信号。这些发现支持Eu-VSOP增强MRI作为iMWA后巨噬细胞富集、CD206相关瘤周重塑的空间影像生物标志物。

**蛋白质组学支持iMWA后免疫代谢重编程**：蛋白质组学分析揭示存活肿瘤组织、消融区和健康肝组织间代谢谱差异。无监督层次聚类显示肝、未治疗肿瘤、消融肿瘤和存活非消融残余肿瘤组织间存在显著异质性。PCA分析中PC1和PC2分别解释52.0%和32.6%的总方差，共解释84.6%的代谢变异性。GO-BP分析显示短期组消融肿瘤组织中IL-6产生显著正富集（ES=0.539，P=0.0012，FDR=0.042），而长期组消融组织中"免疫效应过程"和"炎症反应"均显示显著负富集。氧摄取在消融区肿瘤中随时间逐渐降低，存活非消融残余肿瘤也呈类似趋势。基于STRING的PPI网络揭示巨噬细胞调控程序与TGF-β信号、抑制性免疫通路、抗原呈递、致癌信号、凝集素相关生物学功能和代谢调控间的广泛联系。Stouffer热图显示第3天M1样巨噬细胞激活通路呈正评分而免疫检查点耐受和腺苷介导免疫抑制呈明显负评分；至第14天M1样巨噬细胞激活显著受抑，免疫检查点耐受转为明显正状态，腺苷介导免疫抑制也由负转正，同时TCR相关T细胞激活持续受抑，总体巨噬细胞激活和单核-巨噬细胞分化增强。蛋白质组学谱揭示Eu-VSOP相关瘤周微环境反映了涉及巨噬细胞相关免疫重组、基质重塑和代谢适应的更广泛消融后重塑程序。

**讨论与结论**

该转化研究表明肝脏肿瘤不完全消融诱导时间演变的促肿瘤TME，以协调的免疫、髓系和代谢重塑为特征，Eu-VSOP增强MRI可无创可视化此免疫抑制性重塑。iMWA后短期HLA-DR升高和CD206低表达，而两周后生长中的残余肿瘤显示CD206和MMP-9表达增加及HLA-DR水平降低，符合从早期炎症反应向免疫抑制促肿瘤表型的转变。Eu-VSOP增强MRI实现了此重塑的体内检测，两周时纳米颗粒优先蓄积于巨噬细胞富集、CD206相关瘤周区域。这些结果与亚致死热暴露导致免疫逃逸的广泛证据一致，并通过体内分子影像证据加以扩展。Stouffer衍生通路谱和PPI互作组提供iMWA后动态TME重塑的机制见解，与影像和组织学发现一致，蛋白质组学评分揭示从早期M1偏向炎症向髓系主导免疫抑制状态的表型转变。鉴于消融在原发性和继发性肝脏恶性肿瘤中的日益广泛应用，本研究见解具有高度临床相关性。分子影像可帮助基于TME组成对患者进行分层或监测反应，建议合适的免疫调节治疗或指导辅助治疗时机，尤其在非预期不完全消融的常见临床场景中。Eu-VSOP增强MRI实现了空间组织的消融后重塑的无创评估，偏好性纳米颗粒蓄积于具有免疫抑制特征的巨噬细胞富集瘤周区域。与基于PET示踪剂或钆标记抗体的分子影像方法相比，Eu-VSOP可能通过结合高空间分辨率MRI与离体元素验证提供补充性转化潜力。研究人员也承认研究存在若干局限性：样本量相对较小可能限制结果的普适性；VX2兔模型不能完全再现人HCC的生物学背景，特别是慢性肝病和肝硬化；分子影像的空间分辨率可进一步改善；随访期限限于iMWA后14-17天；本研究未建立体内细胞类型特异性摄取。研究结论：本研究为体内研究消融后免疫代谢重塑提供了综合框架。不完全消融后残余肝脏肿瘤形成了巨噬细胞富集的瘤周微环境，伴CD206表达增加及其他提示免疫抑制的特征。Eu-VSOP增强分子MRI显示纳米颗粒优先蓄积于这些区域，提供了组织病理学和蛋白质组学分析所识别变化的无创影像学对应物。因此，此类分子影像方法可通过识别与不良生物学重塑相关的微环境来补充常规MRI，从而指导风险分层并为肝脏肿瘤不完全消融后辅助治疗的时间选择和方案选择提供信息。