大规模T细胞受体库分析揭示了用于诊断性质不明的肺结节的肿瘤特异性信号 开放获取

针对难以区分的肺部结节（IPN），本研究通过TCR测序技术构建了LungTCR数据库，并开发了集成临床数据和CT影像的TCRnodseek plus诊断模型。在包含1107例患者的多中心前瞻性研究中，该模型展现出优于现有方法的诊断性能（AUC达0.88），并成功鉴别了早期肺癌与良性病变。机制分析表明，肺癌相关TCR克隆在恶性结节和肿瘤组织中显著富集，且与肿瘤突变负荷（TMB）和PD-L1表达正相关。LungTCR平台为肺部结节精准诊断提供了可扩展的技术框架。

　　
该研究通过整合临床数据、影像学特征和TCR受体谱分析，开发了新型诊断模型TCRnodseek plus，显著提升了肺部结节良恶性鉴别能力。研究构建了包含6059份血液样本和988份肿瘤样本的LungTCR数据库，发现肺癌相关TCR克隆在恶性结节和肿瘤组织中显著富集，且外周血中特异性TCR序列丰度与肿瘤分期、突变负荷（TMB）呈正相关。通过多组学数据融合分析，该模型在1,107例IPN患者中达到AUC 0.84的诊断效能，优于传统影像学评估（AUC 0.62）和单一生物标志物检测。

### 关键发现与技术创新
1. **TCR数据库构建**
- 收集7,047份样本（健康人群2,699份，肺癌患者4,348份），通过优化mPCR扩增和Illumina NovaSeq测序流程，实现平均2GB原始数据量/样本，确保TCR克隆的全面覆盖。
- 建立LungTCR平台（https://www.lungtcr.com），整合12,345条肺癌特异性CDR3β序列，其中3,652条为肿瘤组织特有序列，3,840条为外周血富集序列。

2. **多维度特征分析**
- 开发TCRFeature计算框架，提取124项免疫特征：包括多样性指数（Shannon熵、Pielou evenness）、V/J基因使用率、CDR3aa序列长度分布、收敛克隆比例等。
- 发现肺癌组Shannon熵较健康组降低27%（P<0.001），且EGFR突变组Shannon熵显著低于KRAS突变组（P=0.03），提示不同驱动基因影响免疫微环境。

3. **诊断模型优化**
- 通过递归特征消除（RFE）和随机森林重要性评分，筛选出30项核心特征（包括LCTS/LCBS评分、TRBV5-5/28/27使用率、PD-L1表达水平等）。
- glmnet算法构建的TCRnodseek plus模型在测试集AUC达0.83（95%CI:0.73-0.92），验证集AUC 0.84（0.76-0.92），较既往模型提升11.5%。

4. **临床验证与比较**
- 与放射科医生诊断（AUC 0.62）及CEA、CYFRA21-1等传统标志物（AUC均<0.6）相比，TCRnodseek plus在敏感性和特异性上均表现更优。
- 亚组分析显示模型对≤20mm小结节（AUC 0.79）和≥20mm大结节（AUC 0.88）均有良好诊断效能，且戒烟状态（P=0.008）和上叶病变（P=0.013）显著影响预测值。

### 机制解析与生物学意义
1. **TCR克隆特征与肿瘤免疫互作**
- 肿瘤组平均检测到2.8×10^4个TCR克隆，较健康组减少41%（P<0.001），且克隆多样性指数（Simpson指数）与TMB呈正相关（r=0.24）。
- 靶向EGFR突变（L858R）的肿瘤，其TRBV5-5克隆占比达18.7%，显著高于KRAS突变组（4.2%）（P<0.001）。

2. **抗原特异性T细胞反应**
- 通过NeoTCR数据库比对，发现87%的肺癌特异性CDR3β序列可识别已知的肿瘤抗原（如MUC16、EGFRvIII）。
- 建立TCR-epitope结合评分模型（ImRex），验证了前10名高评分序列中8个与已报道肺癌抗原相关（如CDR3 "LGGILFTYYEQYF"对应MUC16 epitope）。

3. **技术革新与标准化**
- 优化mPCR两步扩增流程，将测序深度从0.5GB提升至2GB，减少扩增偏倚（循环一致性R2>0.97）。
- 开发自动化分析平台，支持从FASTQ数据到预测分数的全程处理，检测时间缩短60%（从72h至28h）。

### 临床应用价值
1. **精准分层诊断**
- 通过设置95%置信区间（NPV 92%，PPV 89%），实现高风险患者（LCTS>0.75）和低风险患者（LCTS<0.25）的有效分流，减少不必要的穿刺活检。

2. **动态监测与预后评估**
- 在319例肺癌组织中，LCTS与TMB呈正相关（r=0.22），PD-L1高表达组LCTS中位数达0.68，提示可联合PD-L1状态进行免疫治疗决策。

3. **多中心泛化能力**
- Sichuan（81%病例）和Shenzhen（19%）中心数据交叉验证显示，模型在不同地域人群中的AUC波动范围<5%，证实其种族和地域普适性。

### 局限与未来方向
1. **样本局限性**
- 外周血检测可能漏诊部分局部免疫应答，建议结合胸腔镜活检获取组织特异性TCR谱。

2. **技术标准化挑战**
- TCR-seq易受采样时间影响（如术后3个月免疫记忆增强），需建立时间窗标准（当前研究覆盖0-6个月窗口）。

3. **功能验证需求**
- 12%肺癌患者未检测到特异性TCR克隆，需结合单细胞测序解析微量抗原识别能力。

**结论**：该研究首次实现基于TCR受体谱的肺部结节三维分层诊断（临床特征+影像+免疫），推动肺癌从"筛查-诊断-治疗"向"免疫特征预测-精准分层"模式转变。建议纳入2025版NCCN指南作为补充诊断指标，并开展多中心实时监测验证。