一般巨噬细胞示意图。
一般巨噬细胞示意图。(Ryan Kissinger / NIH BioArt Source;Public domain)

从免疫细胞组合,寻找化疗反应的图像特征

肿瘤免疫状态可能影响结直肠癌化疗反应,但单个细胞标志物未必能代表周围细胞的相互关系。浙江大学(Zhejiang University)等团队在 Cell Reports Medicine 结合单细胞、组织转录组及空间成像,识别一种以 FOLR2 阳性巨噬细胞为中心的免疫模块,再用治疗前活检图像预测化疗反应。

这类结直肠癌免疫模块(colorectal cancer immune module,CCIM)涉及巨噬细胞与调节性、耗竭或耐受状态的 T 细胞。团队关注这些细胞是否在组织中相邻出现,借此补充只统计一种细胞多少的分析。

早期细胞间相互作用分析主要依据配体—受体表达推断,再用组织多重成像检查相邻聚集。空间共现支持这些细胞在同一局部环境中出现,具体分子信号的抑制作用还需功能实验验证。

模块密度较高与较差预后、较低化疗反应相关,不同细胞在这一关联中的作用仍待拆分。研究另建的 17 基因预后风险评分用于生存分层,与后面的图像化疗反应模型有不同输入和终点。

226 位患者的治疗前活检,对应真实含奥沙利铂治疗

药物反应研究纳入 226 位接受一线化疗的结直肠癌患者。方案为卡培他滨联合奥沙利铂,或亚叶酸、氟尿嘧啶联合奥沙利铂。团队使用治疗前结肠镜活检,按实体瘤疗效评价标准 1.1(Response Evaluation Criteria in Solid Tumors,RECIST 1.1)记录治疗反应。

切片采用多重免疫组织化学/免疫荧光成像(multiplex immunohistochemistry,mIHC),同时标记 FOLR2、DKK3、FOXP3、PDCD1、CD4 和 CD8,并用核染色定位细胞。团队把这些图像与常规病理对齐,只在肿瘤区域分析空间特征。

图像预处理主要作局部像素重采样和颜色标准化。作者考虑到多色荧光中的颜色与细胞状态有关,没有进一步做颜色增强,尽量避免增强过程改变用于判别的染色特征。

181 例来自建模队列,再按 80% 与 20% 分作训练和内部验证;另有 45 例来自另一中心,用于比较测试表现。输入为治疗前组织图像,标签则来自后续实际化疗反应,因而它是在既有患者资料中评价药物反应预测。

最佳模型 AUC 约 0.99,测试集也用于选择算法

团队比较了 8 种深度学习架构,先利用既有图像预训练权重,再在本研究资料中训练和验证。45 例测试中,ResNext50 表现最高,受试者工作特征曲线下面积(area under the receiver operating characteristic curve,AUC)为 0.9880,约 0.99;44 例分类正确,对应约 98%。

不过,作者明确以这 45 例测试结果选择最佳架构。这意味着测试集也参与了模型选择,报告的最佳表现可能偏乐观。另一中心来源提供了数据差异,但尚需再用完全未参与选择的病例评价最终模型。

基于 FOLR2 阳性巨噬细胞基因特征的另一模型使用公开治疗资料,AUC 约 0.80,与 CCIM-Net 的图像测试使用不同队列和输入。两个 AUC 对应不同队列与输入,尚缺同队列比较来量化空间信息带来的增益。

动物实验提供免疫模块参与化疗抵抗的线索

研究还在小鼠结直肠癌模型中比较氟尿嘧啶、减少相应巨噬细胞的干预及二者联合。联合组的肿瘤负担和增殖指标最低,每组 5 只动物。这为免疫模块可能参与化疗抵抗提供机制线索,验证对象仍是特定动物干预。

转录组中有关抗程序性死亡受体 1 抗体耐受的结果,来自相关基因集活性计算;本篇这 226 例图像模型的真实药物终点是化疗。免疫检查点抗体的临床反应尚需相应治疗队列评价。

CCIM-Net 的预测对象是含奥沙利铂化疗反应,动物实验则探索减少相关巨噬细胞对氟尿嘧啶作用的影响。人用 FOLR2 靶向治疗及其反应预测尚未在研究中验证。

空间模型仍需扩大来源并检验前瞻用途

作者指出,单细胞资料中部分病例明显贡献了较多髓系或上皮细胞,取样、测序和中心差异都可能影响模块特征。FOLR2 阳性巨噬细胞在其他癌种中的关联方向存在差异,不宜把本篇结果泛化为所有肿瘤中的同一种作用。

下一步需要在更多中心,以预先固定的图像处理、模型架构和反应终点验证表现,并检查模型是否真正改善药物研究或治疗分层。目前结果支持进一步研究免疫细胞的空间组合,尚未建立按分数选择患者化疗的临床规则。

来源与延伸阅读

  1. A multiomics analysis-assisted deep learning model identifies a macrophage-oriented module as a potential therapeutic target in colorectal cancer. Cell Reports Medicine. 2024. doi:10.1016/j.xcrm.2024.101399 ↗