多形性神経膠芽腫。質量分析イメージングにより明らかになった胸膜周囲組織およびIDH変異グリオーマとの代謝的差異

Glioblastoma multiforme: Metabolic differences to peritumoral tissue and IDH-mutated gliomas revealed by mass spectrometry imaging.

• Judith M Kampa
• Udo Kellner
• Christian Marsching
• Carina Ramallo Guevara
• Ulrich J Knappe
• Mikail Sahin
• Marco Giampà
• Karsten Niehaus
• Hanna Bednarz

抄録

多形性神経膠芽腫（GBM）は、最も一般的な悪性原発性脳腫瘍である。高い浸潤率と治療効果の低さから、最も致命的な神経膠腫とされています。腫瘍の代謝は正常なものとは異なることが知られており、様々な要因によって影響を受け、生存期間が長くなる可能性があります。代謝物とは、組織内の代謝経路を示す小分子（<1500Da）のことです。ヒトGBMの腫瘍と腹腔内組織の代謝変化を調べるために、切除した25の腫瘍の薄切片を用いて質量分析イメージング(MSI)を行った。さらに、GBMは、イソクエン酸脱水素酵素（IDH1）遺伝子（IDH1）の変異を有する6つのグリオーマと比較した。この方法では、単一の組織切片上で多様な分析物を簡単に可視化することができます。代謝物は、高分解能MSIを用いて正確な質量に基づいてアノテーションされました。腫瘍および腹膜領域における平均強度の違いを統計的に評価し、その豊富さを組織上で可視化しました。腫瘍領域における抗酸化物質アスコルビン酸、タウリン、およびグルタチオンのレベルの上昇は、腫瘍に対する保護効果を示唆している。GBM領域におけるプリンおよびピリミジン代謝化合物のレベルの増加は、エネルギー需要の高さを示している。これらの結果に基づき、乳酸とグルタミンの増加が検出された。さらに、神経細胞の健康状態を示す指標であるN-アセチルアスパラギン酸の量は、腫瘍部で減少していた。得られた代謝情報は、治療アプローチをサポートし、個別化する可能性があり、GBM研究におけるMSIの適合性を強調しています。

Glioblastoma multiforme (GBM) is the most common malignant primary brain tumor. High infiltration rates and poor therapy responses make it the deadliest glioma. The tumor metabolism is known to differ from normal one and is influenced through various factors which can lead to longer survival. Metabolites are small molecules (< 1500 Da) that display the metabolic pathways in the tissue. To determine the metabolic alterations between tumor and peritumoral tissue in human GBMs, mass spectrometry imaging (MSI) was performed on thin sections from 25 resected tumors. In addition, the GBMs were compared with six gliomas harboring a mutation in the isocitrate dehydrogenase (IDH1) gene (IDH1). With this technique, a manifold of analytes can be easily visualized on a single tissue section. Metabolites were annotated based on their accurate mass using high resolution MSI. Differences in their mean intensities in the tumor and peritumoral areas were statistically evaluated and abundances were visualized on the tissue. Enhanced levels of the antioxidants ascorbic acid, taurine, and glutathione in tumor areas suggest protective effects on the tumor. Increased levels of purine and pyrimidine metabolism compounds in GBM areas indicate the high energy demand. In accordance with these results, enhanced abundances of lactate and glutamine were detected. Moreover, decreased abundance of N-acetylaspartate, a marker for neuronal health, was measured in tumor areas. Obtained metabolic information could potentially support and personalize therapeutic approaches, hence emphasizing the suitability of MSI for GBM research.

© 2020 The Authors. Neuropathology published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Japanese Society of Neuropathology.