肝癌是全球癌癥相關(guān)死亡的第三大原因，手術(shù)切除后的復(fù)發(fā)率高達(dá)70%，如何準(zhǔn)確預(yù)測(cè)肝癌復(fù)發(fā)是一個(gè)難題。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫成研究組與合作者開發(fā)了預(yù)測(cè)肝癌復(fù)發(fā)的“TIMES”評(píng)分系統(tǒng)，通過量化免疫細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的空間分布特征，實(shí)現(xiàn)了對(duì)肝細(xì)胞癌復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)，準(zhǔn)確率達(dá)82.2%。他們將科學(xué)成果直接轉(zhuǎn)化為可應(yīng)用的AI診斷工具——公開免費(fèi)的TIMES在線版本，上傳病理染色圖像即可獲得肝癌復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分。北京時(shí)間3月13日0點(diǎn)，該項(xiàng)成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

　　“TIMES”評(píng)分系統(tǒng)全稱為“Tumor Immune MicroEnvironment Spatial”(腫瘤免疫微環(huán)境空間)評(píng)分系統(tǒng)，是首個(gè)結(jié)合空間免疫信息的肝癌復(fù)發(fā)預(yù)測(cè)工具。研究證明了免疫細(xì)胞的空間分布比其整體數(shù)量更能決定臨床預(yù)后，將空間轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和多光譜免疫組化技術(shù)與人工智能驅(qū)動(dòng)的空間分析整合，創(chuàng)造了腫瘤微環(huán)境評(píng)估的全新方法。

　　腫瘤微環(huán)境的空間異質(zhì)性表現(xiàn)為不同腫瘤區(qū)域呈現(xiàn)差異化的免疫細(xì)胞組成。自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)作為先天免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵效應(yīng)細(xì)胞，已有臨床數(shù)據(jù)提示腫瘤內(nèi)NK細(xì)胞浸潤(rùn)程度升高與患者生存預(yù)后顯著相關(guān)。然而，當(dāng)前臨床評(píng)估體系主要依賴腫瘤特征的常規(guī)組織病理學(xué)分層方法，尚未整合免疫細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的空間分布參數(shù)及其對(duì)預(yù)后的潛在影響。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)CD57+NK細(xì)胞亞群在腫瘤微環(huán)境中的空間定位具有特殊的預(yù)后意義：腫瘤侵襲前緣區(qū)域CD57+NK細(xì)胞密度增高的患者表現(xiàn)出顯著降低的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

非復(fù)發(fā)(non-REC)和復(fù)發(fā)(REC)組織中的多色免疫組化染色。與復(fù)發(fā)肝癌相比，非復(fù)發(fā)肝癌患者的腫瘤侵襲前緣區(qū)域(invasive front)NK細(xì)胞更為豐富。

　　如何解釋NK細(xì)胞的分布與肝癌復(fù)發(fā)有關(guān)?研究團(tuán)隊(duì)基于61名患者的肝癌切片進(jìn)行了系統(tǒng)性的轉(zhuǎn)錄組-空間組學(xué)整合分析，解析多重免疫熒光高維數(shù)據(jù)，應(yīng)用梯度增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法模型鑒定了SPON2、ZFP36L2、ZFP36、VIM和HLA-DRB1這五個(gè)具有顯著預(yù)后意義的基因標(biāo)記物，它們作為五個(gè)基本指標(biāo)，構(gòu)成了能有效預(yù)測(cè)肝癌復(fù)發(fā)的算法模型TIMES評(píng)分系統(tǒng)。

復(fù)發(fā)組織的代表性多色免疫組化圖像，顯示核染色(DAPI，藍(lán)色)和生物標(biāo)志物：CD57(紅色)，SPON2(綠色)，HLA-DR(青色)，ZFP36L2(黃色)，ZFP36(橙色)和VIM(洋紅色)。

　　在231位患者的多中心驗(yàn)證研究中，TIMES評(píng)分系統(tǒng)區(qū)分非復(fù)發(fā)和復(fù)發(fā)組織的準(zhǔn)確率為82.2%，現(xiàn)有的肝癌臨床分期系統(tǒng)，如巴塞羅那分期、TNM分期系統(tǒng)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率在50%左右。

　　SPON2指標(biāo)在TIMES評(píng)分系統(tǒng)中是最具預(yù)測(cè)性的。研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)SPON2指標(biāo)的生物學(xué)意義開展了進(jìn)步研究，通過3D打印實(shí)驗(yàn)、殺傷實(shí)驗(yàn)等，發(fā)現(xiàn)SPON2促進(jìn)NK細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)和向腫瘤細(xì)胞的定向運(yùn)動(dòng)，SPON2陽性NK細(xì)胞表現(xiàn)出更強(qiáng)的細(xì)胞毒性，并顯著增加細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞的活化。隨后，研究者進(jìn)一步建立NK細(xì)胞上SPON2特異性敲除小鼠的肝癌復(fù)發(fā)模型，發(fā)現(xiàn)SPON2增強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)蛋白IFN-γ分泌和NK細(xì)胞浸潤(rùn)，可以明顯抑制腫瘤的進(jìn)展。這些說明SPON2陽性NK細(xì)胞能夠降低肝癌的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。

　　為了方便臨床社區(qū)訪問TIMES系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了全球可用的在線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(https://sun.times.ustc.edu.cn/)，上傳患者肝癌組織的標(biāo)準(zhǔn)病理染色圖像或數(shù)據(jù)，即可獲得帶有TIMES評(píng)分和復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的報(bào)告。TIMES系統(tǒng)相關(guān)的核心算法和模型已獲得專利保護(hù)，研究團(tuán)隊(duì)正積極尋求與企業(yè)合作，推動(dòng)該預(yù)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)范化臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用。研究團(tuán)隊(duì)希望能夠提供全新的臨床決策輔助工具，幫助醫(yī)生在有限資源條件下為患者制定最優(yōu)化治療方案，讓預(yù)測(cè)肝癌復(fù)發(fā)的TIMES系統(tǒng)普惠可及。

TIMES在線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)(https://sun.times.ustc.edu.cn/)

　　匹茲堡大學(xué)免疫治療領(lǐng)域知名專家Michael T. Lotze教授為該研究撰寫了深入的科學(xué)述評(píng)，強(qiáng)調(diào)這項(xiàng)研究“提供了令人信服的證據(jù)，證明空間免疫構(gòu)架在肝細(xì)胞癌預(yù)后評(píng)估中具有首要地位”(provides compelling evidence for the primacy of spatial immune contexture in prognosticatings hepatocellular carcinoma)，“建立了一個(gè)方法學(xué)框架，可廣泛應(yīng)用于實(shí)體腫瘤，通過精確的空間免疫分析指導(dǎo)免疫治療干預(yù)”(establishes a methodological framework that could be broadly applicable across solid tumor malignancies, potentially guiding immunotherapeutic interventions through precise spatial immune profiling)。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫成教授、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)劉連新教授、新加坡科學(xué)技術(shù)研究局Joe Yeong教授為本文的共同通訊作者;賈耿介教授(中國農(nóng)科院基因組所)、賀培崎博士(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))、戴天力博士生(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))、Denise Goh研究員(新加坡科學(xué)技術(shù)研究局) 為本文的共同第一作者。該工作還得到了其他團(tuán)隊(duì)成員的大力幫助。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-08668-x