《Biology》：Extracellular Matrix Remodeling as a Mechanobiological Driver of Breast Cancer Aggressiveness: Comparative Oncology, Multi-Omics, and Artificial Intelligence Perspectives
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细胞外基质（ECM）日益被认为是乳腺癌进展的主动调节因子，而非被动结构支架。本叙述性综述探讨了ECM重塑如何通过基质组成、胶原结构、组织硬度、力学传导、基质允许性、免疫和代谢程序、侵袭、转移及治疗反应的变化来促进肿瘤侵袭性。研究采用了1981年至2026年6月
细胞外基质（ECM）日益被认为是乳腺癌进展的主动调节因子，而非被动结构支架。本叙述性综述探讨了ECM重塑如何通过基质组成、胶原结构、组织硬度、力学传导、基质允许性、免疫和代谢程序、侵袭、转移及治疗反应的变化来促进肿瘤侵袭性。研究采用了1981年至2026年6月发表的文献的结构化叙述性检索来支持这一综合。乳腺癌研究的证据表明，胶原蛋白、纤连蛋白、层粘连蛋白、蛋白聚糖、基质细胞蛋白、ECM重塑酶和基质交联通路调节整合素–FAK/Src、RhoA–ROCK、PI3K–AKT、MAPK、TGF-β/SMAD、Wnt/β-catenin和YAP/TAZ信号传导。研究人员讨论了自发性犬乳腺肿瘤作为互补比较模型，这些模型可能在自然发生的疾病条件下保留选定的肿瘤–基质–ECM相互作用，但由于物种特异性生物学和临床差异，需要谨慎解释。蛋白质组学、脂质组学、代谢组学、空间组学、数字病理学和人工智能可能支持ECM相关的生物标志物发现和反应预测。然而，转化应用需要标准化病理学、可重复检测、协调元数据、外部验证、模型可解释性和临床有意义的终点。总体而言，ECM相关的比较肿瘤学最好被视为一个基于严格验证的框架，用于识别基质定义的肿瘤表型并优先考虑未来的生物标志物和治疗策略。
论文主体部分总结如下：
**1. Introduction**
引言指出，乳腺癌进展不仅由恶性上皮细胞的遗传和表型改变决定，还受肿瘤微环境（TME）的动态相互作用影响。细胞外基质（ECM）作为TME的核心调节因子，通过提供生化、生物力学和空间线索，影响增殖、侵袭、血管生成、免疫调节、代谢适应和治疗反应。ECM重塑被视为一个主动的互惠过程，肿瘤细胞、癌症相关成纤维细胞、免疫细胞、内皮细胞和基质重塑酶重塑组织架构，形成有利于肿瘤侵袭性的微环境条件。关键后果是基质允许性的出现，包括基底膜降解、纤维胶原沉积和排列改变、纤连蛋白积累、赖氨酰氧化酶（LOX）介导的交联、基质金属蛋白酶（MMP）驱动的蛋白水解以及癌症相关成纤维细胞激活，共同改变组织硬度、配体可用性、生长因子释放和侵袭轨道。肿瘤细胞通过整合素和黏着斑复合体感知基质硬度和组成，激活FAK/Src、RhoA–ROCK、PI3K–AKT、MAPK–ERK、TGF-β/SMAD、Wnt/β-catenin和Hippo/YAP/TAZ信号通路，汇聚于上皮间质转化（EMT）、机械和代谢应激下生存、侵袭性迁移、免疫逃逸和治疗抵抗等表型。ECM的分子组成包括结构蛋白、蛋白聚糖、基质细胞蛋白和重塑酶，它们相互作用形成复杂的基质网络。自发性犬乳腺肿瘤作为比较模型，可保留肿瘤–基质–ECM共同进化，但需谨慎解释物种差异。近期进展包括ECM聚焦的蛋白质组学、基质组学、脂质组学、代谢组学、单细胞分析、空间组学、数字病理学和人工智能（AI），有助于表征肿瘤–基质相互作用，但需要严格标准。
**2. Search Strategy and Scope of the Narrative Review**
本文作为叙述性综述，采用结构化文献检索，覆盖1981年至2026年6月，使用PubMed/MEDLINE、Scopus、Web of Science和Google Scholar，关键词包括“extracellular matrix”、“ECM remodeling”、“breast cancer”等。检索不旨在生成PRISMA流程或定量汇总，仅筛选与ECM组成、重塑、力学传导、比较肿瘤学、组学和AI相关的研究。纳入标准聚焦于人类乳腺癌或犬乳腺肿瘤的机械性、比较性、方法学或转化证据，排除非ECM生物学或非乳腺肿瘤模型。
**3. ECM Remodeling and Molecular Architecture as Mechanobiological Determinants of Breast Cancer Aggressiveness**
**3.1. ECM-Defined Stromal Permissiveness and Tumor Invasion**
ECM不是静态屏障，而是动态的功能适应性隔室。在稳态乳腺组织中，基底膜完整性、平衡的基质更新、有序的胶原结构和受控的蛋白酶活性维持上皮极性和组织分隔。乳腺癌进展中，肿瘤细胞、癌症相关成纤维细胞（CAFs）、内皮细胞、免疫细胞和ECM重塑酶共同重塑基质，将组织限制性支架转化为允许性基质界面，支持侵袭、血管生成、免疫调节和转移播散。ECM定义的基质允许性强调局部侵袭源于恶性细胞与重塑基质的互惠相互作用。基底膜降解允许癌细胞突破上皮边界，而纤维胶原沉积、纤连蛋白积累、蛋白聚糖重塑和基质细胞蛋白表达改变组织生化和力学特性。MMPs、肝素酶、LOX等重塑酶产生侵袭轨道、释放基质结合生长因子、形成硬度和配体梯度。胶原纤维排列在肿瘤–基质界面提供定向迁移路径，LOX介导的交联增加基质硬度并放大整合素依赖性力学传导。CAFs是ECM的主要产生者和重塑者，参与胶原沉积、基质收缩、MMP分泌和免疫串扰。免疫细胞通过分泌蛋白酶、细胞因子和生长因子进一步强化或抑制ECM重塑。因此，ECM重塑将侵袭与更广泛的TME程序（包括免疫排斥、血管重塑、代谢适应和治疗抵抗）联系起来。
**3.2. Matrix Stiffness, Collagen Architecture, and Mechanotransduction**
基质硬化是乳腺癌ECM重塑的功能后果之一。正常乳腺组织中，胶原组织、基底膜完整性和平衡的基质更新维持组织顺应性。肿瘤进展中，纤维胶原沉积增加、LOX介导的胶原交联、纤连蛋白积累和蛋白水解基质重塑改变组织力学，产生更硬的肿瘤相关ECM。这种机械转变形成前馈系统：基质硬度增加促进肿瘤细胞收缩性、黏着斑成熟、细胞骨架张力和力学敏感信号传导。胶原结构尤为重要：纤维胶原沉积和排列在肿瘤–基质界面产生定向轨道，促进集体和单细胞侵袭。肿瘤相关胶原特征（如纤维密度增加、线性化和垂直于肿瘤边界的排列）与乳腺癌侵袭性行为和较差预后相关。LOX和LOX样酶通过催化胶原交联增强基质硬度，促进整合素聚集、黏着斑组装和下游力学传导。肿瘤细胞通过整合素和黏着斑复合体感知这些变化，激活FAK、Src激酶、RhoA–ROCK信号、肌动蛋白收缩性和细胞骨架张力，进而传递机械信息至细胞核，激活YAP和TAZ等力学敏感转录调节因子，促进增殖、生存、干性、EMT、侵袭和治疗抵抗相关基因表达。基质力学与肿瘤进展关系是互惠的：更硬的基质刺激肿瘤细胞和CAFs产生更多ECM成分、分泌MMPs、增加收缩力，强化基质重塑。CAF介导的基质收缩进一步放大组织张力和空间异质性，产生不同硬度、孔隙度和配体可用性的区域，影响侵袭、血管压迫、免疫细胞浸润、缺氧和营养梯度。力学传导具有上下文依赖性，取决于肿瘤谱系、基质组成、免疫背景、力学传感器表达、基质拓扑结构、蛋白酶活性、空间组织和治疗压力。
**3.3. Structural Proteins, Proteoglycans, Matricellular Regulators, and ECM-Remodeling Enzymes**
肿瘤ECM由结构和功能多样的分子类别组成，包括结构蛋白、蛋白聚糖、糖胺聚糖、基质细胞蛋白和重塑酶，它们作为互连的基质网络协同调节组织架构、生化信号和生物力学行为。结构蛋白（如纤维胶原I和III、基底膜胶原IV）调节硬度、组织分隔和侵袭路径；纤连蛋白促进整合素依赖性黏附和侵袭性迁移；层粘连蛋白调节上皮极性和基底膜组织；弹性蛋白及其片段影响细胞迁移和血管重塑。蛋白聚糖和糖胺聚糖相关分子（如decorin、biglycan、lumican、versican、perlecan、glypicans、CSPG4）通过控制基质水合、生长因子可用性、受体结合和炎症信号发挥调节作用，具有上下文依赖的肿瘤抑制或促进效应。基质细胞蛋白（如tenascin-C、periostin、osteopontin、SPARC、thrombospondins）作为信号调节因子，调节细胞–基质黏附、整合素信号、CAF激活、血管生成、免疫调节、胶原重塑和转移微环境形成，其效应高度依赖肿瘤阶段、基质定位、受体可用性和机械上下文。ECM重塑酶（如MMPs、LOX/LOXL、heparanase）通过降解基底膜、产生侵袭轨道、释放基质结合生长因子、产生生物活性ECM片段和修饰胶原交联，调节侵袭、血管生成、免疫浸润、血管通透性、组织硬度和治疗渗透。因此，肿瘤ECM的分子架构应被视为一个整合的调节系统，其中基质组成、重塑酶、细胞收缩性和空间组织共同决定基质是限制还是促进恶性进展。
**4. Spontaneous Canine Mammary Tumors in Comparative Oncology: Conserved ECM Mechanisms and Translational Constraints**
**4.1. Biological Rationale for Spontaneous Canine Mammary Tumors in ECM-Centered Comparative Oncology**
自发性犬乳腺肿瘤为研究ECM驱动的肿瘤进展提供了相关比较框架，因为它们自然发生、在免疫能力健全的宿主中发展，并处于完整的肿瘤–基质–ECM微环境中。与移植、化学诱导或高度还原的实验模型不同，自发肿瘤在内源性激素、炎症、基质、血管和机械影响下进化。犬乳腺肿瘤可能保留肿瘤–基质共同进化的方面，包括进行性基质重塑、异质性胶原组织、可变免疫浸润、血管生成适应以及肿瘤细胞与原生乳腺基质的相互作用。然而，犬乳腺肿瘤的比较价值并不意味着与人类乳腺癌直接等同，存在物种间差异，如分子亚型分布、激素受体状态、生殖史、品种变异、临床管理、治疗暴露、组织处理和分类系统。因此，犬乳腺肿瘤最适合作为互补自发模型，用于识别保守和分化的ECM相关机制，而非所有人类乳腺癌亚型的直接复制品。
**4.2. Cross-Species Conservation of ECM-Driven Stromal Remodeling**
跨物种保守性应解释为可比基质程序的重现，而非完全分子等同。在两个物种中，肿瘤进展涉及恶性上皮细胞、CAFs、免疫和血管隔室、基质重塑酶和ECM结构成分之间的互惠相互作用，产生趋同的微环境状态，其中基质激活、基质重塑、蛋白酶活性、血管生成适应、免疫调节和力学传导相关信号共同支持侵袭和转移行为。基质转录组和蛋白质组分析提供了更直接的支持：犬乳腺肿瘤的癌症相关基质基因表达分析发现了与人类乳腺癌的分子相似性，表明选定基质重塑程序至少部分保守。后续研究使用激光捕获显微切割和FFPE兼容的转录组或蛋白质组方法，进一步显示犬乳腺肿瘤表现出疾病相关的基质重编程，涉及ECM组织、成纤维细胞激活、免疫相关通路和肿瘤促进基质成分。这些保守的基质程序涉及协调的功能模块，包括CAF相关的ECM沉积、MMP相关的基质降解、TGF-β相关的成纤维细胞激活、免疫细胞招募、纤连蛋白丰富的黏附信号和胶原相关重塑，在人类和犬乳腺肿瘤中均可产生允许性基质微环境。
**4.3. ECM Architecture and Spatial Organization as Prognostic Features in Canine Mammary Tumors**
ECM结构在犬乳腺肿瘤中应解释为空间组织的组织表型，而非静态组织学背景。结构特征包括胶原纤维密度、宽度、长度、直线度、排列、肿瘤–基质边界定义、基底膜连续性、基质细胞性和肿瘤细胞与周围基质隔室的空间关系。这些特征反映肿瘤细胞如何与原生乳腺基质相互作用、重塑ECM并产生局部侵袭和转移的允许性微环境。在胶原组织方面，二次谐波生成（SHG）成像已用于评估犬乳腺癌样本中的纤维胶原密度、肿瘤相关胶原特征、肿瘤–基质边界定义和单个胶原纤维参数。特定胶原参数（如纤维宽度、长度、直线度和肿瘤–基质边界组织）与犬乳腺癌的不良临床病理行为和生存结局相关。此外，I型胶原的分子表型显示，肿瘤性犬乳腺组织可表现出与正常乳腺组织不同的胶原纤维形态和翻译后修饰。近期分析进一步表明，胶原修饰有助于区分生物学不同的肿瘤区域，可能与混合瘤中癌的淋巴结转移相关。然而，基质结构不仅限于胶原，基底膜破坏、纤连蛋白丰富的黏附界面、基质扩张、蛋白酶相关重塑、免疫细胞浸润和血管重塑均可影响ECM特征与侵袭性的关系。这些变量因组织学亚型、肿瘤分级、生殖史、激素受体状态、基质组成和采样部位而异。因此，应在病理学家引导的感兴趣区域（ROI）内评估空间组织，区分瘤内基质、侵袭前沿、瘤周基质、坏死区域以及上皮丰富与基质丰富的隔室。
**4.4. Translational Constraints and ECM-Based Biomarker Discovery**
将ECM改变转化为可靠生物标志物平台面临多重限制。首先，病例定义异质性：犬乳腺肿瘤包括多种组织学亚型和分级，在基质丰度、胶原组织、上皮–基质比例、炎症浸润和侵袭模式上存在显著差异。生殖史、卵巢切除状态、年龄、品种、激素受体状态、临床分期、淋巴血管侵犯、淋巴结受累、既往治疗和随访时间均影响ECM特征与结局的关联。其次，依赖于回顾性兽医队列，常包含异质性固定时间、缺血间隔、组织块选择标准、档案时长、临床随访、治疗史和元数据完整性，这些变量影响分子测量和组织学解释，并限制混杂因素调整。第三，检测方法跨物种和实验室的可转移性：基于免疫组化、分子谱或图像衍生基质特征的研究需要证据表明检测在犬组织中表现一致，且在不同处理条件下稳健。抗体特异性、抗原保存、评分系统、观察者变异、平台差异和特定分析选择均可影响候选ECM标志物的可重复性。验证是核心要求：候选ECM特征应在独立犬队列、人类乳腺癌数据集和跨物种比较分析中进行测试。预测模型应评估校准、区分度、可重复性、外部有效性、可解释性以及对肿瘤亚型、分级、分期、治疗暴露和组织采集部位等混杂因素的稳健性。只有在稳健的病例定义、检测可重复性和验证策略建立后，才能引入多组学整合和AI辅助分析。
**5. Translational Tools: ECM-Centered Multi-Omics, Artificial Intelligence, and Predictive Biomarker Platforms**
**5.1. ECM-Centered Multi-Omics and Spatial Matrix Profiling**
ECM中心的多组学应用于测试哪些基质相关程序在人类乳腺癌和犬乳腺肿瘤中保守、分化、空间定位、代谢耦合和临床有意义。基质组学（matrisome）框架特别有用，通过区分核心结构ECM成分与ECM相关糖蛋白、蛋白聚糖、ECM附属分子和重塑调节因子，实现跨物种比较。蛋白质组学是核心，因为ECM蛋白不能从转录丰度准确推断，其溶解性、提取性、交联状态、降解和翻译后修饰影响检测和生物学解释。在犬乳腺肿瘤中，基质转录组和蛋白质组研究显示了疾病相关的基质重编程。脂质组学和代谢组学增加功能层，将ECM重塑与代谢适应联系起来，因为基质硬度、胶原密度、缺氧、CAF活性和肿瘤–基质串扰可重塑生化环境。然而，犬乳腺肿瘤中的脂质组学和代谢组学证据不如组织学或蛋白质组学成熟。空间脂质组学和代谢组学可能特别相关，因为代谢特征在肿瘤隔室间变化显著，但直接证据尚有限。单细胞和空间分辨乳腺癌研究提供了人类参考层，但犬类数据仍需谨慎整合。多组学取决于跨实验室、平台和数据类型的互操作性，需要协调的报告、开放标准格式、共享元数据结构和跨站点质量控制。
**5.2. AI-Assisted Integration and Predictive Modeling of ECM Signatures**
AI和机器学习方法可帮助整合ECM中心成像、分子谱、空间组学和临床病理数据，但其转化价值取决于输入数据的质量、生物学相关性和验证。数字病理学是AI辅助ECM分析的直接入口，可操作化视觉评估难以一致捕获的基质特征。关键翻译问题不在于计算模型能否检测ECM相关模式，而在于这些模式是否可重复、生物学可解释且独立于既定临床病理变量提供信息。ECM衍生图像特征对组织处理、染色变异、扫描仪差异、区域选择和队列组成高度敏感，导致模型泛化挑战。AI辅助整合在ECM信息多模态时特别有用，但多模态整合增加过拟合、数据泄漏、批次效应和隐藏混杂的风险。模型评估应明确面向验证，包括内部和外部验证，透明报告校准、区分度、灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值、置信区间和决策曲线分析。可解释性是关键要求，需使用可解释AI方法、特征重要性分析、注意力图和病理学家引导的审查，确保模型预测由生物学合理的基质区域驱动。在比较肿瘤学中，AI的最强用途是优先考虑可重复、空间可解释、生物学合理且外部验证的ECM相关特征，而非直接临床决策支持。
**5.3. ECM-Based Biomarker Platforms for Stratification and Treatment-Response Assessment**
从ECM相关发现到生物标志物平台需要明确区分生物学关联、预后价值和预测效用。ECM生物标志物开发应遵循分步证据框架，包括分析有效性、生物学合理性、临床有效性和临床效用。ECM生物标志物平台不太可能仅依赖单一分子，而可能结合分子、结构、空间和临床病理特征，如基质组衍生蛋白模块、胶原组织、基质丰度、基底膜完整性、CAF相关基质重塑、蛋白酶相关特征和免疫–基质关系。这些特征应解释为整合的基质表型，其价值在于是否改善超出既定变量（如肿瘤亚型、分级、分期、淋巴血管侵犯、淋巴结状态、受体谱和治疗暴露）的风险分类。对于患者分层，ECM中心生物标志物可能帮助识别基质定义的侵袭性表型，如胶原丰富基质重塑、侵袭前沿组织、CAF主导基质激活、免疫排斥微环境或蛋白酶相关重塑。治疗反应评估是更严格的生物标志物开发层面，ECM重塑可通过多种机制影响治疗反应，但需要定义治疗方案的队列、标准化反应标准、充分随访和适当混杂控制。实用ECM生物标志物平台应设计为分层系统：第一层建立ECM特征的可重复测量，第二层证明与已知基质重塑、力学传导、免疫调节或代谢适应机制的生物学一致性，第三层在独立队列中测试临床有效性并确定是否增加信息，第四层评估生物标志物能否指导临床决策。在比较肿瘤学中，犬乳腺肿瘤可能最有助于第二和第三层，通过自发性疾病条件实现生物学优先化和跨物种验证。
**5.4. ECM-Targeted Therapeutic Translation: Opportunities and Boundaries**
ECM靶向治疗是ECM生物标志物发现的逻辑延伸，但需谨慎解释。肿瘤ECM参与侵袭、力学传导、免疫调节、代谢适应、药物渗透和治疗抵抗，但这些功能上下文依赖。ECM靶向策略不应视为广泛适用的抗基质干预，而是需要患者分层、生物标志物支持和谨慎验证的机制指导方法。几个生物学合理的治疗轴包括：抑制基质交联酶（如LOX和LOXL）可能减少胶原硬化、力学传导、缺氧相关重塑和治疗抵抗；靶向整合素信号、FAK/Src通路、RhoA–ROCK相关收缩性或YAP/TAZ依赖性力学传导可能干扰肿瘤细胞和基质细胞感知和响应硬化基质的能力；调节蛋白酶活性（如MMP相关重塑）可能影响侵袭、生长因子释放、血管通透性和免疫浸润。然而，这些通路也参与正常组织重塑、伤口修复和免疫调节，因此ECM靶向策略可能显示合理性但有限的转化效果。另一个治疗机会涉及重塑TME以改善药物递送和免疫应答：致密胶原网络、基质扩张、间质压力增加、缺氧、TGF-β相关基质程序和基质驱动免疫排斥可限制治疗通路。ECM调节可能有用，但过度基质消耗可能移除组织限制功能，因此ECM正常化比非特异性基质消融更合适。ECM重塑与免疫治疗的关系特别相关，基质硬度、胶原组织和CAF相关重塑可导致免疫排斥。自发性犬乳腺肿瘤可能通过提供自然疾病背景帮助优先化哪些ECM相关机制值得进一步研究，但需要标准化病理学、定义治疗方案和纵向随访。总体而言，ECM靶向治疗应视为新兴且依赖验证的转化方向，近期最现实的应用可能是使用ECM中心生物标志物识别基质定义的肿瘤状态，为机制研究分层患者，并优先化与现有疗法的合理组合。
**6. Conclusions**
ECM重塑是乳腺癌侵袭性的中心力学生物学组成部分。肿瘤相关ECM不仅作为被动支架，还通过协调基质组成、胶原结构、组织硬度、重塑酶、基质细胞、免疫隔室、血管组织和肿瘤细胞信号通路，贡献于基质允许性、侵袭、力学传导、免疫调节、代谢适应、治疗抵抗和转移进展。自发性犬乳腺肿瘤提供互补比较背景，其价值在于保留免疫能力健全宿主中肿瘤–基质–ECM共同进化的方面，而非直接等同。跨物种比较在聚焦于部分保守的基质程序（如胶原丰富重塑、CAF相关基质沉积、蛋白酶活性、免疫–基质串扰、侵袭前沿组织和ECM蛋白模式改变）时最具信息性。ECM聚焦的蛋白质组学、基质组学、脂质组学、代谢组学、空间组学、数字病理学AI辅助建模为生物标志物发现、风险分层、生物学优先化和反应预测提供重要机会，但这些方法不能自行克服生物学和方法学限制。候选ECM特征应根据分析有效性、生物学合理性、临床有效性、临床效用和超出既定预后因素的增量价值进行评估。治疗上，ECM是重要但复杂的转化靶点，需要谨慎的患者分层。ECM相关的比较肿瘤学应作为基于严格验证的框架推进，其中犬模型支持假设生成和生物学优先化，而人类乳腺癌数据集仍对临床验证和转化至关重要。
