《Frontiers in Immunology》：Integrated single-cell and bulk transcriptomic analysis reveals shared pathogenesis and prognostic biomarkers in breast and thyroid cancers
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本研究通过整合单细胞与bulk RNA测序数据，系统揭示了乳腺癌（BC）与甲状腺癌（TC）在JAK-STAT信号通路、细胞因子-受体相互作用等关键通路上的共发病机制，鉴定出SFRP2+成纤维细胞为肿瘤微环境核心调控者，并构建了基于101种机器学习算法的预后模型，最终通过功能实验验证SMR3B为跨癌种抑癌基因，为双癌风险患者管理提供了新视角。
背景
乳腺癌（BC）与甲状腺癌（TC）是两种激素相关恶性肿瘤，流行病学证据显示二者存在显著共病性，但其共同分子机制尚不明确。本研究旨在通过整合单细胞与bulk转录组数据，系统揭示BC与TC的共享发病机制，并鉴定共同的预后生物标志物与治疗靶点。
方法
研究整合了GSE228499（BC）和GSE232237（TC）单细胞数据集及多个bulk RNA-seq数据集（包括TCGA-BRCA/THCA）。采用Seurat进行质控和聚类分析，Harmony算法进行批次校正。通过LIMMA包识别差异表达基因（DEGs），并进行GO、KEGG和GSEA富集分析。利用CopyKAT推断染色体非整倍性，NMF解析基因共表达模块，WGCNA构建共表达网络。应用101种机器学习算法组合构建预后模型，并通过细胞实验验证关键基因功能。
差异表达与功能富集分析
在BC中鉴定出429个上调和456个下调DEGs，TC中鉴定出303个上调和465个下调DEGs。KEGG富集分析显示，JAK-STAT信号通路和细胞因子-细胞因子受体相互作用通路在两种癌症中均显著富集，提示其为共病机制的关键分子基础。
单细胞图谱揭示肿瘤微环境异质性
整合8个BC和7个TC样本的单细胞数据，共分析60,457个高质量细胞，鉴定出12种细胞类型。比较分析发现TC中B细胞、内皮细胞、HLA-DPB1+髓系细胞等显著富集，而BC以上皮细胞为主。上调剂主要富集于B细胞、HLA-DPB1+髓系细胞等，下调剂集中于HLA-DPB1+髓系细胞、NK细胞等。
恶性异质性与共享功能模块
CopyKAT分析显示BC中非整倍体细胞4,162个，二倍体11,241个；TC中非整倍体7,331个，二倍体1,721个。NMF鉴定出6个基因共表达模块（MP1-MP6），其中MP2、MP4和MP5为关键模块。MP4和MP5在BC中占比高（41.9%、42.5%），MP5在TC中占37.14%。功能上，MP2富集于p53信号、IL2-STAT5信号等通路；MP4富集于雌激素反应、胆汁酸代谢；MP5富集于雌激素反应、PI3K-AKT-mTOR信号等。CytoTRACE和Slingshot分析显示MP4富集的恶性细胞具有高干性，并形成伪时间轨迹。
WGCNA识别疾病进展关键模块
WGCNA在BC中鉴定出22个模块，其中darkgrey和lightcyan模块与疾病最相关，包含1,621个细胞外基质相关基因；TC中鉴定出23个模块，darkmagenta、saddlebrown和salmon模块为关键模块，包含4,360个代谢相关基因。生存分析显示，BC中HLA-DPB1+髓系细胞和SFRP2+成纤维细胞高浸润预示不良预后；TC中SFRP2+成纤维细胞高浸润和HLA-DPB1+髓系细胞低浸润与不良预后相关。
肿瘤微环境与细胞通讯
CellCall分析显示，在BC和TC中，SFRP2+成纤维细胞均为核心通讯细胞。BC中，SFRP2+成纤维细胞通过WNT2B-FZD7和NECTIN4-NECTIN2配体-受体对与恶性细胞相互作用，激活PI3K-AKT信号、黏着斑连接等通路。TC中，则通过EFNA4-EPHA3、JAG1-NOTCH3等对介导通讯，富集Wnt/β-连环蛋白信号、MAPK信号通路等。
机器学习构建预后特征
在101种算法组合中，GBM、StepCox、RSF等模型表现最佳，平均C指数达0.8。基于后向消除Cox模型的风险分层在多队列中验证了其预后价值，高风险组总生存期显著缩短。免疫浸润分析揭示高风险肿瘤呈免疫抑制状态。
SMR3B作为共病关键因子
差异表达分析鉴定出82个BC特异和65个TC特异DEGs，SMR3B为共同差异基因。qPCR验证SMR3B在MCF7、MD231、TPC-1和K1细胞系中表达。功能实验表明，干扰SMR3B表达可显著抑制BC和TC细胞的增殖（EdU实验、克隆形成实验）、迁移（Transwell实验、划痕实验）和侵袭能力。
讨论与结论
本研究通过多组学整合分析，揭示了BC与TC在JAK-STAT信号通路、细胞因子网络及肿瘤微环境重构等方面的分子收敛性。SFRP2+成纤维细胞被鉴定为调控TME的核心细胞群，而SMR3B作为新型抑癌基因，其表达下调与双癌进展密切相关。这些发现为开发针对BC与TC共病机制的联合治疗策略提供了理论依据和潜在靶点。
