综述：空间多组学在胃癌研究中的进展

《Cells》：Advances in Spatial Multi-Omics in Gastric Cancer Hongfei Yan and Yang Liu

这篇综述系统总结了空间多组学技术在胃癌研究中的最新进展。文章阐述了空间转录组学、蛋白质组学、代谢组学等多种技术（ST、IMC、MALDI-MSI等）的原理与演变，并重点探讨了这些技术如何应用于胃癌的分子分型、新型生物标志物与治疗靶点发现、肿瘤异质性解码以及治疗耐药机制解析。综述指出，空间多组学能超越传统“平均化”检测，在保留空间位置信息的前提下，实现对肿瘤及其微环境（TME）内分子景观的高分辨率剖析，为胃癌的精准诊疗提供了革命性视角和工具。

　　

1. 引言：胃癌的挑战与空间多组学的新维度

胃癌是全球范围内一个重大的健康负担，其不良预后主要源于广泛的肿瘤异质性。传统的“大块”（bulk）组学技术受限于对不同细胞群信号的“平均化”效应，无法捕捉肿瘤内部及其微环境（TME）中关键的分子空间差异。单细胞组学虽能解析细胞异质性，却丢失了空间位置信息。因此，临床迫切需要空间多组学技术，以高分辨率剖析胃癌异质性，优化治疗策略。本文将概述空间多组学技术（转录组、蛋白质组、代谢组、基因组、表观基因组等）的演变，探讨其在胃癌分子分型、新生物标志物发现、免疫逃逸与转移机制解析、治疗耐药性等领域的变革性应用，并展望其临床转化前景与技术瓶颈。

2. 空间多组学技术概览

空间多组学技术家族庞大，旨在从多维度解析组织的分子空间分布。

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  空间转录组学 是基石，主要包括基于测序和基于成像两大技术框架。前者如10x Visium、Slide-seq、DBiT-seq等，利用空间条形码捕获RNA；后者如MERFISH、seqFISH+，通过多重原位杂交实现亚细胞级RNA定位。这些技术能重建基因表达的空间图谱，是解构肿瘤异质性和细胞间相互作用的利器。
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  空间蛋白质组学 关注蛋白质的分布与定量。质谱技术如成像质谱流式细胞术和多重离子束成像，利用金属标签抗体实现高分辨率检测；抗体技术如CODEX和GeoMx DSP，则通过DNA条形码抗体或光裂解技术实现多重蛋白检测。它们为刻画肿瘤及TME中的蛋白表达异质性提供了关键基础。
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  空间代谢组学 利用质谱成像技术，原位描绘代谢物如脂质、氨基酸的空间分布。代表性技术有基质辅助激光解吸电离-质谱成像、电喷雾解吸电离-质谱成像和二次离子质谱。它们擅长揭示代谢重编程，例如肿瘤核心与边缘的代谢差异，以及恶性细胞与免疫细胞间的营养竞争。
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  其他空间组学 同样重要。空间翻译组学 可直接定位蛋白翻译活性。空间基因组学 可解析结构变异、拷贝数变异和克隆进化的空间分布，如DNA MERFISH和Slide-DNA-seq。空间表观基因组学 则能刻画染色质可及性和组蛋白修饰的空间异质性，代表技术有Spatial ATAC-seq和Spatial CUT&Tag。
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  空间多组学整合 是前沿方向，它能在同一组织切片的同一空间背景下，同时分析两个或多个组学层的数据，从而更全面地解析分子复杂性和调控网络。

3. 空间多组学在胃癌研究中的应用

3.1. 推进胃癌分子分型

传统分子分型基于大块组织分析，难以捕捉瘤内异质性。空间多组学则能揭示空间分辨的分子亚型。例如，基于MALDI-IMS的代谢组学可将胃癌分为不同的代谢特征簇，其中MSC1簇与良好的预后和免疫治疗反应相关。空间转录组学可识别出高恶性状态的恶性细胞亚群以及与免疫抑制相关的空间元程序。这些基于空间的分类不仅与传统TCGA/ACRG分型在核心逻辑上保持一致，更能打破“平均化”效应，整合肿瘤-间质交互背景，并提供更具临床转化价值的治疗指导。

3.2. 发现新型生物标志物与治疗靶点

空间多组学通过提供“时空”维度，为下一代精准生物标志物的发现提供了强大框架。

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  代谢与增殖相关标志物：GPRC5A是肿瘤核心富集的糖酵解相关基因，可作为早期诊断标志物。RRM2+过度增殖细胞在组织中呈空间簇状分布，其抑制剂具有抗肿瘤潜力。IQGAP3则作为KRAS和TGF-β信号枢纽，维持增殖性功能生态位。
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  免疫微环境相关标志物：IgA+浆细胞通过CCL28-CCR10轴与肿瘤细胞相互作用。SPP1+巨噬细胞是关键的M2型亚群，与不良预后相关。CCL2+的癌相关成纤维细胞可招募髓系细胞，通过JAK-STAT3通路建立免疫抑制生态位，中和CCL2可抑制肿瘤生长。
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  特殊病理与环境背景下的标志物：在年轻胃癌患者中，TMEM176B被识别为新靶点。在三级淋巴结构中，基于浆细胞的MZB1评分可预测抗PD-1新辅助治疗的反应。基质反应性侵袭前沿区域与不良预后相关，其前沿的FABP4高表达巨噬细胞指示免疫抑制微环境。

3.3. 解码胃癌的多维异质性

3.3.1. 瘤内异质性

空间多组学能绘制胃癌组织不同区域的分子分布。研究发现，从正常上皮到锯齿状病变再到肿瘤，存在逐步的代谢重编程。一项研究通过DSP技术发现，浅表原发灶、深部原发灶和匹配的淋巴结转移灶之间存在显著的基因表达差异，提示淋巴结转移更可能起源于深部肿瘤区域。在弥漫型胃癌中，Wnt信号通路是调控分化的关键，其活性在低分化细胞中显著升高。空间代谢组学也揭示了胃印戒细胞癌中脂质代谢的核心失调。

3.3.2. 肿瘤微环境异质性

空间组学可精确识别和定位胃癌中多样的免疫细胞亚型及其分布。癌相关成纤维细胞是胃癌的核心间质成分，具有显著的亚克隆分化和空间异质性。在幽门螺杆菌相关胃癌中，CAF通过表达特定基因促进免疫抑制生态位的形成。研究还将GC微环境中的细胞分为髓系、淋巴、浆、上皮和间质五大类簇，并发现弥漫型胃癌的特征是浆细胞比例显著升高。空间组学在探索胃癌转移异质性方面也有显著优势，例如，在胃癌腹膜转移中发现与肝转移不同的独特分子特征，而脑转移肿瘤则存在血管共选择和血管生成两种共存的血液供应策略。

4. 揭示胃癌治疗耐药机制

耐药性是胃癌治疗失败的核心挑战。空间多组学为突破此瓶颈提供了关键框架。

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  免疫治疗耐药：研究表明，α-SMA⁺的CAFs中ACTA2表达与患者生存呈负相关。在TMB-H患者中，应答者肿瘤区域富含NK细胞和细胞毒性T细胞，而非应答者则被耗竭T细胞和M2型巨噬细胞主导。髓源性抑制细胞是驱动耐药的关键细胞之一，其通过过表达Arg1、VISTA等免疫抑制分子来抑制CTL功能，酪氨酸激酶抑制剂卡博替尼可清除MDSC并恢复CTL敏感性。
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  HER2靶向治疗耐药：在HER2⁺胃癌中，曲妥珠单抗耐药通常由上皮-间质转化（EMT）和内质网相关降解（ERAD）通路激活驱动。耐药后CLDN18.2表达显著升高。而T-DXd耐药则与HLA转录丢失和氧化磷酸化增强相关。空间分析证实，HER2敲低可通过抑制AKT/mTOR通路下调PD-L1，增强CTL介导的杀伤作用。
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  胃癌腹膜转移的耐药机制：在胃癌腹膜转移中，终末分化的MUC1⁺肿瘤细胞与成纤维细胞和内皮细胞空间邻近，与不良预后相关。在化疗耐药患者的腹膜微环境中，C1Q⁺巨噬细胞通过与成纤维细胞和中性粒细胞的相互作用，抑制CTL增殖和毒性。而THSD4主要在dCAFs中表达，通过激活中期因子和EMT信号通路介导化疗耐药。
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  三级淋巴结构与肿瘤干细胞的作用：肿瘤内三级淋巴结构的存在与更强的免疫检查点抑制剂应答和更长的生存期相关，其富含CXCL13⁺T细胞、生发中心B细胞等。维生素B6可通过上调CXCL13分泌来增强PD-1抑制剂疗效。肿瘤干细胞则是治疗耐药的主要驱动因素之一，其与炎症性CAFs空间共定位，并通过AREG-ERBB2等通路维持干细胞特性，ERBB2抑制剂拉帕替尼可抑制此过程。

5. 未来与展望

尽管空间多组学已在胃癌研究中取得重要突破，但该领域仍处于早期阶段。现有研究多依赖对连续切片的多维分析，数据可能存在偏差。未来需发展能在单张组织切片上同时获取多组学数据的技术，并提高通量和兼容石蜡样本的能力。研究维度也需扩展，例如整合微生物组，并加强空间基因组学、表观基因组学、翻译组学等多技术的协同应用。临床转化方面，需通过大规模、多中心临床试验验证已发现生物标志物和治疗靶点的价值，建立标准化流程，并针对不同病理亚型开展针对性研究，以最终实现从“全景分析”到“精准干预”的跨越。