1.研究背景
准确评估癌症转移潜能对于治疗实体原发性肿瘤和提高生存率至关重要。长期以来，科学家尝试利用上皮-间质转化（EMT）相关标志物的表达情况来判断肿瘤是否发生转移，但由于EMT在肿瘤发生过程中的复杂性，单纯依靠简单的EMT标志物难以准确判断肿瘤的转移能力。此外，基于循环肿瘤细胞（CTC）或循环肿瘤细胞DNA（ctDNA）检测等方法需要大量样本和复杂操作，效率受限。基于单细胞拉曼光谱技术，可以在单细胞水平对细胞拉曼组进行检测，获得细胞丰富的代谢信息，进而发现与肿瘤转移相关的代谢分子，从而实现对不同转移能力肿瘤的区分；同时单细胞拉曼光谱技术还具备免标记、非破坏性、快速、低成本等特色，因此有望成为预测肿瘤细胞转移潜力的全新方法。
2.文章概述
近日，由青岛大学青岛医学院任贺教授与中国科学院青岛生物能源与过程研究所单细胞中心徐健教授领导的科研团队提出了一种全新的肿瘤转移潜力评估工具——拉曼组指导的肿瘤转移指数（Ramanome-based metastasis index，RMI），实现了对不同肿瘤类型的细胞体内和体外转移能力的高效评估。该方法通过结合单细胞拉曼光谱技术和机器学习算法，克服了生物学实验手段耗时、费力，同时还受样本限制和操作人员技术熟练度影响等缺点，用更为客观、稳定、操作简便的物理学方法替代传统的生物学方法对肿瘤转移潜力进行了量化，从而实现对体内和体外的不同类型、不同批次的肿瘤细胞的转移潜力进行精确预测。
3.图文导读
首先选择了4株已被实验验证过、转移能力具有显著差异的肿瘤细胞，根据其转移能力分成了高、中、低三个组，并采集其单细胞拉曼光谱，结合随机森林算法，构建用于区分不同肿瘤转移能力的分类器；进一步分析不同拉曼特征峰在分类器中所占权重，选择权重最高的10个拉曼特征峰，用于计算肿瘤转移指数RMI。
随后在10种不同的肿瘤细胞系中对RMI的结果与基于transwell实验的肿瘤侵袭、迁移结果进行比较，验证RMI对肿瘤转移潜力预测的准确性。这里用于验证的肿瘤细胞包括胰腺癌、宫颈癌、葡萄膜黑色素瘤等类型，细胞也分别包括基因敲除(ASPC1-hnRNPAB-KO)、过表达(SiHa-S100A7-OE)、药物处理(MUM2B-ART)及无任何处理的自然细胞(P1E6, P1G8, P2D6, P2G8)等。由结果可知，对于不同类型、不同处理的细胞，RMI均可以准确的反映肿瘤细胞的转移潜力。
在完成RMI对体外培养的肿瘤细胞转移潜力的预测准确性后，进一步构建了小鼠胰腺癌原位瘤肝转移模型，取胰腺癌组织样本进行单细胞拉曼光谱检测，取对应的肝组织进行病理学检测，看是否发生肝转移。由实验结果可知，基于RMI预测的两组小鼠胰腺癌组织的转移潜力无差别，而肝组织的病理学检测结果发现两组间发生肝转移的小鼠数量一致，说明对于体内的肿瘤，RMI依然可以准确的预测其转移潜力。
4.结论
团队利用单细胞拉曼光谱技术构建了一种新的用于预测肿瘤转移潜力的系数RMI，且在体内和体外对RMI的准确性进行了验证。此外通过对拉曼数据分析还发现脂质可能是影响肿瘤转移的主要因素，脂质组学定量分析进一步发现特定不饱和度的脂质与肿瘤转移能力间有着显著关联。
该项目研究获得国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、山东省泰山学者计划、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省博士后创新人才计划、山东能源研究院项目等多项资金的大力支持，谨此感谢。
论文信息：
Label-free Prediction of Tumor Metastatic Potential via Ramanome
Yuxing Zhang, Yanmei Zhang, Ruining Gong, Xiaolan Liu, Yu Zhang, Luyang Sun, Qingyue Ma, Jia Wang, Ke Lei, Linlin Ren, Chenyang Zhao, Xiaoshan Zheng*, Jian Xu*, He Ren*
Small Methods
DOI: 10.1002/smtd.202400861
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期刊简介
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