《Cancer Medicine》：Integrated Spatial and Bulk Transcriptomic Analysis Identifies a Multicellular Ecosystem Involved in Progression of Young Breast Cancer
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摘要专业翻译
年轻乳腺癌（YBC），定义为在40岁或之前确诊的乳腺癌，其特征为侵袭性表型和不良预后。由免疫细胞和基质细胞构成的肿瘤微环境（TME）在肿瘤发生和进展中发挥关键作用，并与临床结局密切相关。然而，YBC微环境中细胞状态的改变及多细胞生态系统的组织方式
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年轻乳腺癌（YBC），定义为在40岁或之前确诊的乳腺癌，其特征为侵袭性表型和不良预后。由免疫细胞和基质细胞构成的肿瘤微环境（TME）在肿瘤发生和进展中发挥关键作用，并与临床结局密切相关。然而，YBC微环境中细胞状态的改变及多细胞生态系统的组织方式仍知之甚少。研究人员利用EcoTyper及补充的空间分析方法，分析了7379例批量转录组样本及来自8例样本的空间转录组数据。研究发现，相较于年长乳腺癌患者，年轻患者中CD4+ T细胞（S07）、成纤维细胞（S05）、单核细胞/巨噬细胞（S09）及上皮细胞（S05）的丰度显著降低。CD4+ T细胞（S07）、成纤维细胞（S05）和单核细胞/巨噬细胞（S09）形成了一个空间上有组织的多细胞生态系统，其中涉及CDH1-PTPRF/ERBB3的假定相互作用。该生态系统丰度较低与较差预后相关，包括在新辅助治疗后未达到病理学完全缓解（pCR）的患者群体中。这些发现揭示了YBC微环境中一个独特的多细胞生态系统，为理解与该疾病进展相关的微环境特征提供了见解。
论文解读文章
研究背景与目的
年轻乳腺癌（YBC，指40岁及以下确诊的乳腺癌）在临床上表现为更具侵袭性的表型和更差的生存预后。尽管采用了更为强效和持久的全身治疗方案，但其总生存率的改善并不一致，尤其在管腔亚型中。虽然肿瘤内在的基因组改变驱动癌症进展，但现有研究表明，YBC与年长患者在体细胞突变和拷贝数变异的整体图谱上差异不大。因此，肿瘤微环境（TME）——即“土壤”——的作用愈发受到重视。衰老的微环境以积累具有衰老相关分泌表型（SASP）的成纤维细胞以及髓系来源抑制细胞（MDSC）和调节性T细胞（Treg）浸润增加为特征，可能营造促肿瘤的微环境。先前对YBC微环境的研究主要聚焦于免疫细胞类型，例如发现某些YBC亚群中M0和M1型巨噬细胞相对富集，以及与炎症和免疫抑制特征相关，如干扰素刺激基因上调、程序性死亡配体1（PD-L1）和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）表达增加及Treg细胞富集。然而，对于YBC微环境中细胞状态的具体变化以及不同细胞如何组织形成多细胞生态系统（CE），此前认知尚不清晰。本研究旨在利用大规模转录组数据，系统描绘YBC相关的细胞状态改变和多细胞组织结构，识别与侵袭性疾病和不良预后相关的生物学特征，并为探索潜在治疗靶点提供基础。
主要技术方法
研究人员首先从UCSC Xena、cBioPortal、GTEx门户网站及GEO数据库获取了多个大型公开数据集，包括癌症基因组图谱（TCGA）乳腺癌队列（1091例肿瘤及113例癌旁正常组织）、国际乳腺癌分子分类联盟（METABRIC）队列（1904例）、基因型-组织表达（GTEx）数据库（204例）及瑞典癌症组学分析网络-乳腺（SCAN-B）队列（3409例）。此外，还使用了GSE25066和GSE22226数据集评估新辅助化疗后的疗效。研究中采用EcoTyper这一机器学习框架，基于其预训练的非负矩阵分解（NMF）模型，从批量转录组数据中恢复12种细胞类型（包括B细胞、CD4+ T细胞、CD8+ T细胞、树突状细胞、内皮细胞、上皮细胞、成纤维细胞、肥大细胞、单核细胞/巨噬细胞、自然杀伤细胞、浆细胞和中性粒细胞）的特异性转录状态。为验证空间共定位，研究人员使用了来自10x Genomics的空间转录组学（ST）数据，通过Jaccard相似性指数评估选定细胞状态在组织切片中的空间共定位程度。同时，利用SpaGene包推断配体-受体相互作用，并结合MISTy多视角机器学习框架，在不同空间范围内（单个斑点内、局部邻域、广泛邻域）评估配体-受体对得分与生态系统富集得分之间的关系。
研究结果
细胞状态丰度的变化
研究人员通过EcoTyper分析发现，与年长（>40岁）乳腺癌患者相比，年轻（≤40岁）患者的肿瘤组织中，CD4+ T细胞（S07状态）、成纤维细胞（S05状态）、单核细胞/巨噬细胞（S09状态）以及上皮细胞（S05状态）的丰度显著更低。这种年龄相关的差异在正常乳腺组织中也部分存在。进一步在TCGA泛癌数据集的分析显示，CD4+ T细胞（S07）和成纤维细胞（S05）丰度随年龄降低的趋势在多种癌症类型中普遍存在，而单核细胞/巨噬细胞（S09）的降低则主要在乳腺癌中观察到。生存分析表明，这四种细胞状态的低丰度均与较差的总生存期（OS）、无病间期（DFI）或无远处复发生存期（DRFS）显著相关。
多细胞生态系统的鉴定与空间特征
鉴于上述四种细胞状态丰度在YBC中均降低且与预后相关，研究人员假设它们可能共同构成一个功能性的多细胞生态系统。通过对空间转录组数据的分析，利用各自的前10个标志基因进行评分，并通过Jaccard相似性指数评估，结果显示CD4+ T细胞（S07）、成纤维细胞（S05）和单核细胞/巨噬细胞（S09）在空间上高度共定位，而上皮细胞（S05）的共定位模式则不一致。这表明前三种细胞类型构成了一个空间上组织化的多细胞生态系统。
假定的配体-受体相互作用
为了探究该生态系统内的细胞通讯机制，研究人员利用SpaGene分析了配体-受体对的空间共定位。在所有空间切片中均显著共定位的配体-受体对包括：成纤维细胞（S05）表达的PTPRF与上皮细胞（S05）表达的CDH1之间的相互作用，以及成纤维细胞（S05）表达的ERBB3与上皮细胞（S05）表达的CDH1之间的相互作用。此外，MISTy分析显示，该生态系统的富集得分与这些配体-受体对的得分在空间上密切相关，尤其是在局部邻域范围内。
生态系统的临床意义
研究人员计算了该多细胞生态系统（由CD4+ T细胞S07、成纤维细胞S05和单核细胞/巨噬细胞S09组成）的综合丰度得分。在多个独立的大规模队列（TCGA-BRCA、METABRIC、SCAN-B）中，该生态系统丰度较低的患者均表现出更差的总生存期和无病间期。重要的是，在接受新辅助化疗的患者中，即使未能达到病理学完全缓解（pCR），低生态系统丰度也与更差的无复发生存期（RFS）相关。这表明该生态系统不仅是一个预后标志物，也可能与治疗耐药性有关。
讨论与结论
本研究通过整合大规模批量转录组和空间转录组数据，首次系统描绘了YBC微环境中的细胞状态改变，并鉴定出一个由CD4+ T细胞（S07）、成纤维细胞（S05）和单核细胞/巨噬细胞（S09）组成的、在空间上共定位的多细胞生态系统。该生态系统在YBC中丰度降低，并且其低丰度预示着更差的预后，甚至独立于新辅助化疗的反应。研究还提出了该生态系统中潜在的细胞间通讯机制，涉及成纤维细胞与上皮细胞间的CDH1-PTPRF/ERBB3信号轴。研究结论指出，这些发现揭示了YBC微环境中一个独特的、与疾病进展相关的多细胞生态系统，为理解YBC的侵袭性行为提供了新的微环境层面的见解，并可能为开发新的治疗策略（如针对该生态系统进行干预）奠定基础。
