乳腺癌放疗对肿瘤基因组和免疫微环境的影响及单细胞水平机制研究

该综述聚焦雌激素受体阳性（ER?）乳腺癌，通过单细胞 DNA 和 RNA 测序，揭示放疗后 T 细胞亚群浸润增加、髓系细胞减少及具干扰素反应的癌细胞基因组选择，为放疗联合免疫治疗策略提供依据，推动精准肿瘤治疗发展。

　　

研究背景与目的

放疗是乳腺癌治疗的重要支柱，但放疗如何调节肿瘤微环境（TME）尚不清楚。本研究针对 20 例雌激素受体阳性（ER?）乳腺癌患者，开展新辅助放疗前后的肿瘤活检，通过单细胞 DNA 测序（scDNA-seq）和单细胞 RNA 测序（scRNA-seq），探究放疗对肿瘤基因组和免疫生态系统的影响。

研究方法

• 患者与样本：20 例 ER?乳腺癌患者接受术前放疗 boost（7.5Gy×1 或 2Gy×5），分别于放疗前及放疗后 6-8 天采集肿瘤组织，11 例进行 scRNA-seq，8 例进行 scDNA-seq。

• 单细胞测序分析：利用 10X Genomics 平台进行高通量单细胞 RNA 测序，结合单细胞 T 细胞受体测序（scTCR-seq）；采用声学细胞标记法（ACT）进行单细胞 DNA 拷贝数分析。

• 免疫组化与多重免疫荧光染色：验证免疫细胞变化及基因表达情况。

关键结果

免疫细胞群体变化

• T 细胞：放疗后，幼稚样 CD4? T 细胞（CD4:CCR7?）和早期活化 CD8? T 细胞（CD8:CCL4?）浸润显著增加，而细胞毒性 T 细胞（如 CD8:GZMK?、CD8:FCGR3A?）减少。CD4? T 细胞密度经免疫组化证实显著升高（p=0.001），且 T 细胞受体（TCR）谱因放疗发生改变，多数克隆型仅存在于治疗前或后。

• 髓系细胞：巨噬细胞整体频率增加（p=0.04），且抗原呈递能力增强（HLA-II 基因表达上调）。不同亚群表现异质性，如巨噬细胞：FCGBP?表达 CX3CR1（与 T 细胞抑制相关），巨噬细胞：IFIT1?分泌炎症因子 CXCL9/10。

肿瘤细胞的基因组与转录组响应

• 基因表达变化：放疗后肿瘤细胞应激反应基因（JUN、FOS）和 NF-κB 信号通路激活，而干扰素反应基因（IFITM3、IFI6）下调。细胞周期相关基因无显著变化，Ki-67 染色及单细胞 RNA 中 MKI67 表达均未显示增殖差异。

• 克隆选择：约半数患者表现出高基因组选择（HGS），放疗后原有亚克隆频率改变（如 P01 患者中 c2 亚克隆从 33% 增至 78%），而低基因组选择（LGS）患者亚克隆频率稳定。HGS 患者富集雌激素相关通路，LGS 患者则表现干扰素信号通路激活及更高的 IFN 相关 DNA 损伤抵抗评分（IRDS）。

放疗与免疫微环境的相互作用

• 免疫检查点：LGS 患者肿瘤细胞和 T 细胞中抑制性检查点基因表达更高，提示其可能对免疫检查点阻断（ICB）治疗反应不佳。

• 巨噬细胞的双重作用：放疗后巨噬细胞虽增强抗原呈递，但部分亚群（如 CX3CR1?）可能抑制 T 细胞功能，需进一步研究靶向策略。

讨论与意义

本研究首次通过单细胞测序揭示 ER?乳腺癌放疗后的动态变化：放疗可重塑 TME，诱导幼稚 T 细胞浸润并改变克隆结构，但细胞毒性 T 细胞减少可能限制免疫治疗效果。LGS 患者的干扰素信号特征或预示放疗抵抗，需结合 ICB 优化治疗。研究为放疗联合免疫治疗的时序和个体化策略提供了分子基础，如针对 HGS/LGS 分型设计治疗方案，或靶向 CX3CR1?巨噬细胞增强 T 细胞功能。未来需扩大样本验证，并探索长期疗效与耐药机制。

研究局限性

• 仅分析短期（6-8 天）放疗反应，缺乏长期预后数据。

• 样本量较小，未充分评估不同放疗剂量的影响。

• 临床常规 boost 剂量可能低于动物模型中诱导最佳免疫反应的剂量。