DSP空间多组学揭示非小细胞肺癌空间异质性

在生物医学研究的前沿，我们不懈追求更精确、更细致的基因、蛋白的表达分析技术。每一次技术的突破，都是对生命奥秘的一次勇敢探索。在深入生物学微观世界的旅程中，每一个细节都可能隐藏着关键的线索。随着NanoString的Digital Spatial Profiling（DSP）技术的出现，我们拥有了一种新的工具，它正帮助我们逐步揭开更多生物学领域秘密的神秘面纱。接下来，小备将为大家分享一篇文献，该文献利用DSP空间组学技术揭示了非小细胞肺癌的空间异质性，为我们提供了深入理解肿瘤生物学的新视角。

DSP文献解析分享

空间多组学揭示肿瘤生态系统异质性对接受双特异性抗体治疗的晚期非小细胞肺癌患者免疫治疗疗效的影响

组别设置

患者选择：研究纳入了18名接受bsAb-KN046治疗的晚期非小细胞肺癌患者。

检测panel

√空间转录组检测：GeoMx® CTA panel，包含肿瘤相关的1800种RNA;

√空间蛋白组检测：4个GeoMx® 蛋白检测模块，包括Immune Cell Profiling Core,Pan-Tumor Module,Immune Cell Typing Module和IO Drug Target Module,共包括44种靶标蛋白和6种内参蛋白;

√感兴趣区域(ROI)圈选方案：136个肿瘤 AOI和70个基质AOI通过细胞类型圈选方式进行圈选区域：形态学标记(panCK(上皮细胞)，CD45(免疫细胞), SYTO 13(细胞核))对组织进行染色，识别和区分组织中的肿瘤细胞和基质细胞，获得其各自表达谱;

研究目的

√探索肿瘤生态系统内部的异质性(ITH)。

√寻找预测免疫疗法疗效的预后生物标志物。

√评估空间多组学分析在预测免疫疗法疗效方面的潜力。

研究结果

通过DSP鉴定出瘤内AOIs具有不同表达模式：

为了评估瘤内异质性(ITH)，研究者分析了每个样本不同AOIs中蛋白质和RNA的表达模式。

结果显示，同一样本基质细胞及肿瘤细胞RNA和蛋白的表达具有明显差异，分为两个独立的聚类。推测空间上相邻的肿瘤区域在分子水平上会有更高的相似性。

为验证该推测，研究人员对12个肿瘤样本进行分析。结果发现，在这12个样本中，8个样本中肿瘤AOIs的空间距离与分子聚类模式具有一致性，并且同一ROI中的肿瘤与间质细胞的表达谱比不同区域的表达谱更相似。

Figure: 通过数字空间分析（DSP）识别的肿瘤内空间上不同感兴趣区域（AOI）的独特表达模式：(A) 每个患者不同空间区域的目标蛋白的热图。每个患者的AOI区域在顶部轨道显示。每个患者的临床反应在区域轨道下方显示。每个AOI的蛋白表达在中央热图中显示。每个AOI对应的区域和患者信息在中央热图下方显示;(B) 在蛋白水平上的降维分析的UMAP图;(C) 不同区域差异表达蛋白的火山图;(D) 不同空间区域内前五个差异蛋白的箱线图;(E) 关于泛肿瘤、免疫细胞分型、免疫细胞分类和免疫治疗药物的DSP蛋白面板在不同区域的热图;(F) 不同区域DSP蛋白面板的散点图;(G) 一个样本中不同感兴趣区域（ROI）的空间距离与转录组和蛋白质组图像的分子聚类结果的比较。顶部四个和底部四个图像显示了空间上相邻的AOI，分别来自DSP RNA和蛋白检测。图像侧面的AOI聚类图基于RNA或蛋白质的表达水平;(H) 相同或不同ROI中基质或肿瘤区域的相关性比较;AOI：感兴趣区域；DSP：数字空间分析；PD：疾病进展；PR：部分反应；ROI：感兴趣区域；SD：疾病稳定。

DSP技术简介

Nanostring GeoMx DSP技术结合了组织影像分析技术和高通量分子定量技术，能够在组织切片原位实现多靶标蛋白和全转录组的空间原位表达谱分析。通过捕获具有形态学背景的图像，按照组织形态、表型、单个细胞、按网格或者绘制区域轮廓，研究者可以选择感兴趣的区域进行分析。这不仅提高了我们对生物过程的认识，还为疾病的诊断和治疗提供了新的视角，开启生物医学研究的新篇章。

Nanostring GeoMx DSP技术原理

DSP 空间多组学实验全流程：

1、标记荧光抗体与待测指标共孵育：一张5μm厚度的切片同时用成像试剂（荧光标记的抗体/探针）和定量试剂（Oligo标记抗体/探针）混合杂交。

2、ROI区域圈选：可以选择任何区域，任何形状和大小的ROI。

3、区域划分&紫外光解DSP Barcode：每个圈选的目标区域依次被紫外光照射，并切断定量试剂上偶联的Oligo序列。在不接触样本的情况下，用微毛细管快速吸出解离的Oligo序列，使样本切片完整。

4、逐个ROI收集DSP Barcode到96孔板：Oligo标签被收集到96孔收集板中，每一个孔对应组织切片上选择的一个ROI/AOI。

5、Barcode计算、测序和数据分析：收集的Oligo利用高通量测序（NGS）或 在NanoString的nCounter平台上进行定量。

DSP 空间多组学实验全流程图

DSP 空间多组学技术优势：

√高样本兼容度：适用于FFPE石蜡包埋 样品、穿刺样品、固定切片、新鲜/冻 存样品、组织阵列样品（TMA）

√多维分析：可同时分析上百种蛋白和 全转录本，进行原位定量

√方便易用：样本制备简便容易

√灵活区域圈选：多种区域圈选策略， 大样本覆盖区域，更丰富的异质性信息。

应用方向