肿瘤微环境的转录活性使得三阴性乳腺癌的化疗反应实现稳健分层

      三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC）表现出异质性的治疗反应，然而基于预设生物学通路的分子亚型显示出有限的预后价值。本研究引入了肿瘤特异性总mRNA表达（tumor-specific total mRNA expression，TmS），这是一种源自匹配RNA/DNA测序、不依赖预设通路的反卷积指标，是稳健的分层工具。通过分析来自西方和东亚人群的575例TNBC患者，TmS在预测化疗结局方面优于既定分型，将患者分为高TmS（预后良好）和低TmS（预后不良）组。所有队列中，伴随免疫排斥的基质富集成为化疗耐药的低TmS肿瘤的普遍特征。人群特异性特征区分了亚洲队列：与西方人群相比，高TmS肿瘤表现出细胞周期驱动的增殖程序，低TmS肿瘤则表现出免疫功能障碍伴记忆B细胞富集及RAS/丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）通路的差异性激活。尽管存在这些差异，细胞外基质（extracellular matrix，ECM）组织在低TmS化疗耐药患者中代表保守的治疗脆弱性。TmS为解析TNBC异质性并在不同人群中实现精准治疗提供了一个统一框架。该研究于2026年2月发表在《Cell Reports Medicine》，IF：10.6

技术路线

主要研究结果

1.化疗前多族裔TNBC患者的TmS估算

       作者提出一种基于批量RNA/DNA测序（DNA-seq）的反卷积指标，即用于转录可塑性的肿瘤特异性总mRNA表达（TmS）（图1A）。本研究纳入4组具备匹配DNA-seq/RNA-seq数据、随访时间超过5年的TNBC队列计算TmS：TCGA（n=83）、METABRIC（n=118）、SCAN-B（n=144）及FUSCC（n=230）（图1C）。上述队列覆盖不同种族人群：TCGA为混合血统（55%欧洲裔、25.3%非洲裔、19.3%其他），METABRIC为欧洲患者，SCAN-B是以瑞典患者为主的人群队列研究，FUSCC代表东亚（中国）患者。这些队列跨越不同时期，具有不同的生存结局：TCGA队列（2006-2016）中位无病生存期（disease-freesurvival，DFS）为1.79年，历史性METABRIC（1999-2010）中位无复发生存期（relapse-free survival，RFS）为1.57年，SCAN-B队列（2010-2015）报告的中位无复发生存期（relapse-free interval，RFI）为3.61年，FUSCC队列（2007-2014）中位RFS为3.24年。

       TmS值在四个队列之间及内部差异显著（图1D）。TCGA和METABRIC队列显示出可比的分布（图1D）。相比之下，较近期的队列SCAN-B和FUSCC显示较低的均值，其中FUSCC表现出更高的变异度（图1D）。队列水平的TmS差异可能反映了技术因素（测序平台和文库制备方案）、群体遗传学和临床实践变异之间的复杂相互作用。从数学上讲，TmS值可能仍受到研究特异性标量的影响，该标量代表每个研究的技术和生物学变异的相互作用。在以下分析中，研究者进行了队列内患者分层，以评估TmS是否独立于这些技术混杂因素预测临床结局。因此，定义高TmS与低TmS的数值阈值根据每项研究中TmS值范围分别分别为每个队列确定。

图1：通过TmS去卷积揭示TNBC肿瘤微环境的设计

2. TmS可对多族裔队列化疗后的预后进行分层（1999–2016 年）

       为明确TmS在TNBC中的临床价值，本研究首先验证TmS与TNBC分子亚型的关联是否在所有队列中呈现一致趋势（图2A）。结果显示，预后良好的亚型如基底样1型（BL1）、免疫调节型（IM）一致表现出更高的TmS值，而预后不良的亚型如间质型（MES）则对应更低的TmS值。前期泛癌研究发现，在TCGA与METABRIC队列中，TmS可独特地对TNBC患者进行分层，高TmS与化疗后良好结局显著相关，这一趋势与其他12种癌症相反。因此，本研究在4个队列中观察到的分子亚型关联一致性，支持TmS的预后效应可在SCAN-B与FUSCC等更现代的队列中得到复现，且其独特的变化趋势可为TNBC生物学研究提供新视角。

       本研究对比了TmS与现有TNBC分类体系的无病/无复发生存预测性能，并与既定的TNBC分类系统进行比较。高TmS对应的生存获益在所有队列中均一致（图2B–2E）；相比之下，同一患者的TNBCtype-4亚组在所有队列中均未显示出显著的生存差异。这提示TmS与现有TNBC分类体系具有显著的差异。为评估TmS相对于现有临床病理特征的独立贡献，本研究采用多因素Cox比例风险回归模型，校正年龄、淋巴结状态、肿瘤大小与肿瘤分级后，分析队列特异性生存结局。当TmS作为二分类变量时，高TmS始终与更低的不良事件风险相关，风险降低幅度为43%~90%（图2F）。当TmS作为连续变量时，观察到相似趋势（图2G）。

       综上，本研究结果表明TmS是独立且稳健的预后生物标志物，在分层患者化疗应答方面优于现有TNBC分类体系。TmS与既往TNBC分类体系的差异表明，由于TmS捕捉了肿瘤微环境中不同细胞类型的全转录组活性，所以通过对比TmS亚型可揭示潜在的生物学活性。

图2 TmS与已知的TNBC亚型相关，并对化疗患者的预后结果进行分层

3. 对比TmS亚型揭示不同的空间肿瘤-基质接触

       利用SCAN-B与TCGA队列可用的组织学影像数据，本研究在细胞水平探索了TmS亚型相关的生物学活性。已有单细胞研究证实，免疫细胞与基质细胞的转录组规模存在显著差异。因此本研究提出假说：高TmS的TNBC肿瘤可能反映免疫富集的微环境（即分母由转录组规模较小的免疫细胞主导，数值较小），而低TmS肿瘤可能对应基质主导的微环境（即分母由转录组规模较大的基质细胞主导，数值较大，图1B）。在SCAN-B队列中，高TmS肿瘤的肿瘤浸润淋巴细胞（TILs，基于H&E染色图像估算）水平显著高于低TmS肿瘤（图3A），与其更高的无复发概率一致（图2E）。

      在可获取原始高分辨率H&E影像的TCGA队列中，作者采用针对乳腺肿瘤形态优化的深度学习模型，对78张TNBC全切片H&E图像进行数字分割（图3B、3C）。结果显示，低TmS肿瘤的基质含量显著更高，免疫细胞浸润显著更低，而两组的肿瘤组织占比相近（图3D）。

      TCGA的H&E全切片还可用于研究细胞组分的空间组织结构，而空间结构被认为对肿瘤进展与治疗应答起关键作用。本研究采用联合计数分析量化像素-像素接触（图3C），结果显示高TmS肿瘤的肿瘤-免疫细胞接触显著增加；而低TmS肿瘤的肿瘤-基质接触显著更高（图3E）。低TmS肿瘤中以肿瘤-基质界面为主的结构特征，可能促进了免疫细胞排斥，从而限制了这类化疗耐药病例中免疫治疗的疗效。

图3：数字病理识别了与TmS相关的动态微环境

4. TmS揭示肿瘤微环境特征的人群特异性共存模式

       鉴于TmS分布与预后在西方与亚洲队列间存在差异，本研究系统评估了两个人群之间的共性与差异模式。基因表达分析聚焦于3个RNA-seq队列（TCGA、SCAN-B、FUSCC），METABRIC的芯片平台存在技术局限，无法与其他队列直接比较。由于TCGA包含多种族患者，本研究同时展示全混合人群与欧洲裔亚组（TCGA-EUR，占55%）的结果，以与SCAN-B队列结果对应。

       全面的分子谱分析涵盖以下维度：（1）遗传/基因组特征，包括经典驱动突变与拷贝数变异；（2）乳腺癌特异性基因表达模块，包括有丝分裂检查点、有丝分裂进程、基质、免疫应答、类固醇应答、脂质、早期应答及基底模块；（3）反卷积得到的细胞类型比例，包括上皮细胞及主要免疫、基质细胞类型；（4）TIDE算法计算的T细胞功能失调与排斥评分；（5）关键细胞活性的经典标志物基因表达分析；（6）HALLMARK/KEGG/REACTOME通路富集分析。本研究还纳入两组来自东亚TNBC患者的单细胞RNA-seq数据集（无临床随访信息），以复现FUSCC队列中发现的人群特异性结果（图1C）。

（1）东亚TNBC中肿瘤细胞周期与RAS/MAPK激活的差异

在FUSCC队列中，连续型TmS值与乳腺癌细胞周期调控模块呈正相关；细胞类型反卷积结果也显示，癌上皮细胞比例随TmS升高而增加（图4A）。来自8例东亚TNBC患者的单细胞RNA-seq数据复现了FUSCC中的观察结果：癌基底干细胞与癌周期细胞的比例与单细胞水平计算的TmS呈正相关（图4C）。临床研究也支持这一差异：亚洲乳腺癌患者从CDK4/6抑制剂治疗中的获益显著高于非亚洲患者。本研究推测，高TmS患者更可能从这类治疗中获益。

（2）肿瘤细胞内在基因组特征与各队列TmS无关联

与“TmS由分母中非肿瘤细胞转录活性驱动”的假说一致，本研究发现所有已确立的乳腺癌细胞遗传与基因组特征（即影响TmS计算公式分子的因素，图1B）均与各队列的TmS无关联，包括经典驱动突变（TP53、BRCA1、PTEN、PIK3CA、RAD51D、ATM）、拷贝数变异（MYC、PTEN）、BRCA1/2胚系突变状态、肿瘤突变负荷（TMB）及HRD。

（3）各队列中低TmS提示基质激活

与TCGA和SCAN-B的数字病理分析结果一致，包括东亚人群在内的所有人群中，基质激活的表达特征均是低TmS肿瘤的标志性特征。研究观察到，FUSCC、SCAN-B与TCGA-EUR队列中，基质相关基因模块表达与连续型TmS均呈负相关（图4A）。细胞类型反卷积显示，TmS与基质细胞群比例呈负相关：所有三个队列中均观察到癌相关成纤维细胞（CAFs）的负相关，欧洲队列中还观察到血管周样（PVL）细胞与内皮细胞的负相关（图4A）。通路分析显示，低TmS肿瘤显著富集上皮-间质转化（EMT）、血管生成、肌生成及TGF-β信号通路（图4B）。EMT、基质重塑与血管生成通路的协同激活，支持了促肿瘤侵袭、转移与免疫逃逸的促纤维增生性微环境的形成。

（4）人群特异性免疫机制区分低TmS肿瘤

所有队列的低TmS肿瘤对应了化疗后更差的预后，但其免疫机制存在显著差异。各队列观察到一致的巨噬细胞极化模式：M1样巨噬细胞富集于高TmS肿瘤，M2样巨噬细胞富集于低TmS肿瘤（图4A）。不同人群的T细胞和B细胞表型差异显著。在SCAN-B队列中，对应化疗后良好结局的高TmS肿瘤呈现“炎症-耗竭”表型：CD8+T细胞浸润丰富、免疫应答基因模块富集、细胞毒性基因表达升高（图4A），同时伴随干扰素应答与炎症信号通路激活（图4B），但耗竭基因表达与功能失调评分也升高，提示T细胞存在但功能受损。通路分析显示，SCAN-B与TCGA-EUR队列的高TmS肿瘤均富集T细胞与B细胞受体信号通路（图4B）。相反，低TmS肿瘤呈现“排斥-冷肿瘤”表型：排斥评分显著升高（图4A），功能失调评分显著降低，提示欧洲人群中基质细胞阻止了T细胞浸润，限制了免疫治疗潜力。

在FUSCC队列中，对应较差结局的低TmS肿瘤呈现相反模式：与高TmS肿瘤相比，其功能失调评分显著升高（图4A），同时免疫通路激活（包括T、B细胞受体通路，图4B），而T细胞排斥水平无明显变化。值得注意的是，记忆B细胞比例与TmS呈负相关（图4A），这一模式在欧洲患者中不存在。这类肿瘤中BCR信号通路的同步激活，提示B细胞持续与肿瘤相关抗原发生相互作用。在肿瘤微环境中，慢性抗原刺激可驱动B细胞向功能耗竭或终末分化方向发展，而非形成稳定的记忆细胞群。在特定肿瘤背景下，尤其是伴随IgA+体液应答的记忆B细胞，与免疫抑制及T细胞功能受损相关。亚洲TNBC中记忆B细胞丰度升高与不良预后的关联值得进一步研究，但其机制作用仍需通过蛋白水平或功能实验验证。利用16例中国TNBC患者的免疫富集单细胞数据集，以治疗应答作为TmS亚组的替代指标（应答对应高TmS，无应答对应低TmS），本研究复现了无应答组记忆B细胞升高的趋势，但仅达到边缘统计学显著性（图4D）。

（5）TmS亚型识别的人群特异性肿瘤微环境程序

将所有TmS相关特征整合为肿瘤微环境程序后，本研究识别出人群特异性模式，这些模式共同区分了各队列中TmS分层的患者（图4A）。在欧洲裔的SCAN-B与TCGA队列中，10项特征定义了肿瘤微环境程序：免疫应答与基质相关基因模块、CD8+T细胞、M1/M2样巨噬细胞、CAFs、内皮细胞、PVL细胞的细胞比例，以及T细胞功能失调与排斥评分（图4A、4B）。在亚洲裔的FUSCC队列中，8项特征表征了肿瘤微环境程序：有丝分裂进程/检查点与基质基因模块、癌上皮细胞、M1巨噬细胞、CAFs及记忆B细胞的细胞比例，以及T细胞功能失调评分（图4A、4B）。

图4：TmS揭示了多族裔TNBCs的肿瘤微环境动态

5. 西方低TmSTNBC女性患者呈现ECM富集特征

       由于低TmSTNBC患者表现为化疗耐药，且因持续的基质激活信号难以从免疫治疗中获益，本研究对高、低TmS肿瘤进行差异表达分析，旨在识别可指导这类患者治疗策略的基因特征。研究优先选取TCGA与SCAN-B队列的共有基因特征，以确保在西方人群中的稳健性。

       两个队列中共有164个差异表达基因（DEGs）呈现一致的表达变化（图5A、5B），其中高TmS对比低TmS肿瘤中上调基因95个，下调基因69个。GO富集分析揭示了TmS亚型对应的不同生物学程序。低TmS肿瘤中上调的69个基因主要与ECM组织、细胞-细胞黏附及肿瘤微环境结构组分相关（图5C）；相反，高TmS肿瘤中上调的95个基因显著富集免疫相关功能，包括固有与适应性免疫应答、趋化因子信号及淋巴细胞活化通路（图5D）。低TmS肿瘤中保守的ECM特征提示，无论种族如何，ECM靶向策略（如ECM重塑药物或TGF-β通路抑制剂）均是这一高危TNBC亚组的潜在治疗方向，值得进一步研究。

图5：综合转录组分析揭示了难治性低TmS肿瘤中的细胞外基质特征

结论

      本研究针对TNBC异质性强、现有分子分型化疗应答预测价值有限的临床难题，基于匹配的DNA/RNA 测序数据构建TmS反卷积指标，在4个多族裔队列共575例患者中系统验证了其预后分层价值。研究证实TmS性能优于传统分型体系，可识别以基质富集、免疫排斥为核心特征的化疗耐药低TmS亚组，并揭示了欧洲与东亚人群在肿瘤增殖表型、免疫抑制机制上的人群特异性差异，最终明确ECM组织重塑是跨人群保守的治疗靶点。该研究为TNBC精准分层与个体化治疗提供了统一的生物标志物框架，也为不同种族人群的治疗方案优化提供了理论依据。

参考文献

Dai, Y., Pan, X., Guo, S., Ji, S., Cao, S., Montierth, M. D., Jiang, Y., Chang, J. T., Shi, L., Shalapour, S., Echeverria, G. V., Yates, L., Staaf, J., Lim, B., Yuan, Y., & Wang, W. (2026). Tumor microenvironment transcriptional activity enables robust stratification of chemotherapy response in triple-negative breast cancer. Cell reports. Medicine, 7(2), 102610. IF: 10.6