Cancer Cell丨基于质谱流式成像技术的乳腺癌分型系统

撰文 | 楚雨荨

三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer，TNBC） 具有侵袭性强、发病早、转移潜能 高且 复发率高的 乳腺癌亚型， 占所有乳腺癌病例的10%–15%。TNBC涵盖多种组织学亚型，预后范围较为广泛【1】。 分子分型研究表明，TNBC与 基底样乳腺癌 （ basal-like breast cancer ） 存在高度重叠（约80%） ，同时也和健康乳腺上皮中的管腔前体细胞共享部分分子特征【2，3】。 在TNBC中， 早期研究已将一种同时表达基底（basal）和管腔（luminal）角蛋白（keratins）的基底-管腔前体细胞，并将其 与肿瘤发生能力的增强联系起来【4】。然而，该类型细胞比例较低并且TNBC患者肿瘤内部个体差异显著。 TNBC肿瘤内部的异质性是临床管理的主要障碍，由于TNBC患者在乳腺癌队列研究中的代表性不足，基于整体分型的早期尝试未能显著改善TNBC的临床分类和治疗效果。

2025年 7 月 17 日，来自瑞士苏黎世大学定量生物医学系 Bernd Bodenmiller 团队在 Cancer Cell 杂志上发表了文章 A stratification system for breast cancer based on basoluminal tumor cells and spatial tumor architecture ， 利用质谱流式成像技术（imaging mass cytometry，IMC）对TNBC患者的肿瘤组织芯片（TMA）进行39重标记染色的单细胞解析，并整合乳腺癌分子亚型的多组学数据进行分析鉴定出：（1）11种TNBC肿瘤细胞表型，其中包括与快速复发相关的干细胞样基底-管腔型肿瘤表型；（2）基于单个肿瘤细胞角蛋白表达水平和CD8 T细胞-肿瘤细胞互作模式，划分出5种具有不同预后的乳腺癌亚型。

质谱流式成像技术（imaging mass cytometry，IMC）利用重金属同位素标记抗体，将免疫组织化学技术的（immunohistochemistry，IHC）与质谱流式细胞技术（CyTOF）相结合， 能够在亚细胞分辨率水平上对组织样本进行原位分析，同时检测50余种靶标分子的丰度变化及其空间分布 。已有研究团队利用IMC技术高分辨率描绘肺腺癌空间免疫微环境图谱 （详见Bioart报道： ）。 为更好地理解和预测TNBC的临床结局，需要对肿瘤细胞表型异质性及其与 微环境中其他细胞 的空间相互作用进行 精准描绘 。

研究团队利用质谱流式成像技术对215例TNBC患者术后肿瘤组织芯片（tumor microarray，TMA）进行39重组织原位抗体染色，染色方案涵盖基底/管腔细胞角蛋白（ cytokeratins ， CK) 标记、肿瘤相关信号通路、通用免疫细胞表面标志物和抗原递呈等相关标记的检测，在单细胞层面对肿瘤表型和微环境进行解析。

在探究肿瘤细胞表型方面，基于肿瘤特异性标志物鉴定出60个肿瘤细胞簇（clusters），基于表面标志物的平均表达水平聚类分析，进一步归纳出11个肿瘤细胞元簇（metaclusters，MC）。在不同TNBC对列中验证MC分类的准确性发现，该分类下多种肿瘤细胞表型以及独特亚群基底-管腔混合型肿瘤MC8（CK5+/CK7+）和MC7（HLADR+）在不同队列中均存在。

那么，该分类下的肿瘤细胞表型是否具有预后意义呢？在与临床特征的相关性分析中，该分类标准下肿瘤中MC的表达特征与患者生存结局以及淋巴结转移密切相关。有意思的是， CK5+/CK7+ 基底-管腔混合型肿瘤MC8比例较高的患者具有更高的无疾病生存（DFS）风险，并且根据CK5、CK7在单个肿瘤细胞的表达情况进行4类分型： CK5+/CK7+、CK5 + 、CK7+和CK5 − /CK7 − ， 并在多个队列中验证CK5+/CK7+表型为主的患者 DFS 显著降低。约三分之一的TNBC患者（71/215）存在MC8，其中有8%（18例）至少由10个CK5+/CK7+肿瘤细胞组成“斑块”，并且TMA样本能够反映肿瘤组织整体情况 （ 相关性分析 Spearman = 0.75， p = 0.0074） 。结合 TCGA BRCA队列和接受新辅助化疗的MDACC乳腺癌队列的批量表达数据， 说明 CK5+/CK7+基底-管腔混合型肿瘤细胞 在TNBC中普遍存在，其 丰度为TNBC患者的快速疾病复发提供了独立的预后信息 。

结合不同队列 转录组数据 和乳腺癌患者类器官单细胞测序数据分析发现 KRT5+/KRT7+ （编码CK5、CK7） 细胞不仅上调分化相关基因集，还高表达干/ 前体 细胞特征基因及管腔 前体 细胞 以及 基底-管腔 基因 特征 ，提示 其具有高度可塑性 。通过18重免疫荧光对 TNBC 肿瘤组织全切片染色在蛋白水平上验证了 CK5+/CK7+肿瘤细胞显著高表达ALDH1A3、SOX9等关键干/ 前体细胞 相关蛋白 和 基底状态标志 物 H3K27Ac。

IMC在队列中的非上皮细胞区域中鉴定出21个肿瘤免疫微环境（tumor microenvironment，TME）表型和进一步聚类为9类MC 。值得注意的是，Cox回归多因素分析 结果表明TME表型未能在肿瘤表型指征预后的基础上提供更多的增益， 提示肿瘤表型对生存结局的影响更为关键。 基于CD8 T细胞与肿瘤细胞的空间分布特征，将患者分为3组：炎症型（Inflamed）、排斥型（Excluded）和冷肿瘤型（Cold），相较于炎症型，排斥型和冷肿瘤型患者具有更低的无疾病生存和疾病复发风险。“炎症型”患者肿瘤细胞有更高的HLA-DR表达，并且超半数患者PD-L1阳性（其他类型患者PD-L1均为阴性），若仅 仅依赖CD8 T细胞数量的 肿瘤分型 无法预测免疫治疗响应率， 进一步 凸显空间信息的重要性。

最后，基于上述CD8 T-肿瘤互作的TNBC分型，研究者们提出了5种更简易、贴近临床并具有独特肿瘤表型和TME的分型方案，除炎症型INF（Inflamed）患者外，将排斥型和冷肿瘤型患者进一步按照肿瘤CK5和CK7的表达水平分为BL ( Basoluminal ，CK5+/CK7+为主)、B（ Basal ，CK5+为主）、L (L uminal ，CK7+为主) 和N型 (Not b as al/ Not luminal ，CK5-/CK7-为主)，该分型下患者的疾病复发风险差异显著，可进一步简化为 高（BL）、中（B/L/N）、低（INF）风险组 。与现有TNBC分型（ TNBCtype、TNBCtype-4 ）相比该TNBC分型在 TCGA和MDACC 队列中与 DFS/PFS/DRFS (无进展生存，PFS; 无远处复发生存，DRFS) 显著相关 ，联合多个队列分析发现，INF组对新辅助治疗有最佳的响应，而BL高风险组肿瘤具有干细胞样特征，在机制上可能通过巨噬细胞浸润、缺少与肿瘤互作的CD8+ T细胞以及免疫抑制检查点上调等介导免疫逃逸。

综上， 这项研究 基于质谱流式成像技术构建三阴性乳腺癌组织原位的单细胞图谱 ， 精准描绘TNBC中的肿瘤和免疫微环境表型， 发现一种具有预后意义的干细胞样基底-管腔上皮肿瘤细胞的TNBC表型, 结合 单个肿瘤细胞表型和 CD8+T细胞-肿瘤细胞互作模式，实现了跨队列的临床 肿瘤分型 。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2025.06.019

制版人： 十一

参考文献

1. Nolan, E., Lindeman, G.J., and Visvader, J.E. (2023). Deciphering breast cancer: from biology to the clinic. Cell 186, 1708–1728. https://doi.org/ 10.1016/j.cell.2023.01.040. 2.

2 . Prat, A., and Perou, C.M. (2011). Deconstructing the molecular portraits of breast cancer. Mol. Oncol. 5, 5–23. https://doi.org/10.1016/j.molonc. 2010.11.003. 3.

3 . Gray, G.K., Li, C.M.C., Rosenbluth, J.M., Selfors, L.M., Girnius, N., Lin, J. R., Schackmann, R.C.J., Goh, W.L., Moore, K., Shapiro, H.K., et al. (2022). A human breast atlas integrating single-cell proteomics and transcriptomics. Dev. Cell 57, 1400–1420.e7. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2022. 05.003.

4 . Jarasch, E.-D., Nagle, R.B., Kaufmann, M., Maurer, C., and Bocker, W.J. (1988). Differential diagnosis of benign epithelial proliferations and carci- nomas of the breast using antibodies to cytokeratins. Hum. Pathol. 19, 276–289. https://doi.org/10.1016/S0046-8177(88)80520-3.

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