质谱成像技术在恶性肿瘤诊断中的应用研究

【摘要】本论文采用正、负离子检测模式的空气动力辅助离子化质谱(AirFlowAssistedIonization,AFAI)技术与成像软件的联用技术,针对乳腺肿瘤、甲状腺肿瘤两种人类常见的肿瘤组织标本冰冻切片进行扫描,结合生物信息学方法,原位寻找组织内源性脂类分子信息,探索并建立了通过脂质分子诊断病理标本方法,探讨了脂质分子在肿瘤组织中的分布特征与意义,建立了各类乳腺肿瘤与甲状腺肿瘤的脂类分子数据库,并通过成像软件进行可视化研究,为质谱成像技术在临床病理诊断领域应用提供理论基础及实践证明,最终对病理形态学难诊断及无法诊断的病例进行质谱成像,实现对这些病例的可靠诊断。本研究的意义在于突破临床病理依靠细胞与组织形态的诊断瓶颈,在脂质分子水平上对病例进行诊断并通过成像方法以图像形式清晰展示组织内分子信息,建立组织病理与质谱成像方法相补充的系统诊断方法体系,为快速、准确获得临床病理诊断结果奠定坚实基础。为了从海量质谱数据中获得有统计学意义、可靠地的差异分子,本研究建立了统计学模型进行数据评价,通过Sore-plot图,VIPlist,独立样本t-test等相关分析,对差异分子进行了细致的筛选,并最终通过成像软件将差异分子进行可视化成像,以图片形式观察差异分子在组织中空间分布情况及相对丰度,以最便捷直观的并适用于临床诊断的方式表现出来。同时进一步通过高分辨MS谱及MS/MS谱分析获得精确质量数,结合脂质分子的质谱裂解规律及同位素丰度比法,进行数据库检索及文献查询等不同手法及步骤,鉴定出一批分子的结构；同时对分子的生物学意义进行了讨论,本研究为质谱成像技术在临床病理诊断领域应用提供理论基础及实践证明,最终对临床上单纯依赖病理形态学难诊断及无法诊断的病例获得可靠诊断结果,建立组织病理及质谱成像方法相互补充的系统诊断方法体系,对推动临床病理诊断的研究和发展有重要意义。(1)确定质谱扫描冰冻切片实验的各项关键参数,收集肿瘤冰冻标本首先,确定了质谱扫描乳腺肿瘤冰冻切片及甲状腺肿瘤冰冻切片的各项关键参数,收集了100余例乳腺肿瘤冰冻标本及80余例甲状腺肿瘤冰冻标本,乳腺肿瘤冰冻组织标本包括乳腺导管原位癌及乳腺浸润性导管癌,其中两类肿瘤分别包括高、中、低分化肿瘤；甲状腺肿瘤冰冻标本包括甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡性乳头状癌、甲状腺滤泡癌及甲状腺腺瘤标本；使用AFAI-MS对50例乳腺肿瘤标本及40例甲状腺肿瘤标本进行了质谱扫描,获得质谱数据。(2)质谱数据预处理及统计分析将获得的乳腺肿瘤及甲状腺肿瘤组织切片中的AFAI-MS数据进行数据预处理,转换为二维数据矩阵,通过成像软件对各标本成像,选取各标本中的感兴趣区域(ROI),提取出该区域的质谱数据形成txt文件,对需要对比的各组标本使用Markerview软件进行数据合并,再采用SIMCA-P软件中的PCA及OPLS-DA等模型识别方法,进行多变量统计分析,对乳腺肿瘤各组进行数据对照分析,分别对乳腺浸润性导管癌及乳腺导管原位癌、乳腺浸润性导管癌高/中/低分化、乳腺导管原位癌高/中/低级别各组进行了对照研究,对甲状腺乳头状癌/甲状腺滤泡型乳头状癌/甲状腺滤泡癌,甲状腺滤泡癌/甲状腺甲状腺腺瘤/甲状腺滤泡癌等不同组别进行了多变量统计分析,寻找与肿瘤诊断相关的分子信息；并使用提取出的统计学意义的质荷比(m/z)对各标本成像,评估各样本质谱成像图,并与相应病理HE切片对照,发现各分子空间分布特点与规律；(3)对各脂类分子结构鉴定对脂类分子做高分辨MS谱及MS/MS谱,结合原始质谱图对脂质分子进行结构鉴定,结合网络数据库检索及文献查询推断脂类分子结构,确定所属种类及具体类别,并建立乳腺脂类分子数据库；目前分析鉴定出了可用于乳腺肿瘤分类的脂质分子29个,可用于乳腺肿瘤分级的脂质分子16个。根据实验结果,通过查询文献,阐述脂类分子的生物学意义,探讨其与乳腺肿瘤及甲状腺肿瘤发生发展相关的途径。(4)对临床诊断困难及无法诊断病例进行质谱成像分析根据以上的实验结果,我们对收集样本中的病理诊断困难的病例进行了质谱扫描,获得质谱成像图像,与相应的HE染色切片图像结合,最终获得可靠诊断结果,建立组织病理与质谱成像方法相补充的系统诊断方法体系。
【作者】毛歆歆；
【导师】陈杰；
【作者基本信息】北京协和医学院，病理学与病理生理学，2014，博士
【关键词】质谱成像；脂质组学；乳腺肿瘤；甲状腺肿瘤；潜在分子标志物；

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