Cell Stem Cell | 陈飞/俞晓立/郭小毛/沈敏洪团队合作利用肿瘤类器官揭示驱动乳腺癌转移的关键转录因子

乳腺癌（Breast carcinoma,BRCA）是全球女性中最常见的恶性肿瘤之一，也是威胁女性健康的重要疾病。近年来，随着发病率持续上升，乳腺癌的早期诊断、精准分型与转移机制研究日益受到广泛关注。尽管目前临床上已广泛采用基于免疫组化标志物和转录组特征的分型体系，但这些分型方式本质上多为肿瘤的静态分子快照，难以全面刻画肿瘤进展和转移过程中的动态分子重塑，也难以充分解释患者间显著不同的治疗应答与预后差异。尤其是肿瘤转移，作为乳腺癌患者死亡和预后不良的关键原因，其背后的转录调控与表观遗传重编程机制仍有待深入解析。

患者来源类器官（Patient-Derived Organoid，PDO）能忠实复刻原发肿瘤的组织病理、转录 与表观 遗传特征，为研究肿瘤演化和转移提供了理想的体外模型。2026 年 3 月 16 日，中科院 分子细胞科学卓越创新中心、复 旦大学陈飞团队 、 复旦大学附属肿瘤医院俞晓立、郭小毛和沈敏洪团队 合作 在 Cell Stem Cell 发表题为Paired patient-derived organoids reveal transcription factor-driven epigenetic remodeling in breast cancer metastasis的研究论文。该研究首次建立了大规模乳腺癌原发肿瘤、癌旁正常组织及淋巴结转移灶的配对PDO活体生物库，结合基因组、转录组和染色质可及性等多组学分析，系统揭示了乳腺癌进展过程中的表观遗传重编程规律，定义了全新的表观遗传聚类体系，并阐明了转录因子协同网络驱动淋巴结转移的关键分子机制，为突破传统乳腺癌分型局限、推进精准治疗提供了新的理论依据和实验平台。

为解决传统模型难以真实还原乳腺癌进展过程中动态分子变化这一难题，研究团队系统优化了PDO的培养与建系流程，针对原发灶、转移灶及正常乳腺组织的不同生物学特性，设计了定制化培养基配方，显著提高了类器官建系效率和长期培养稳定性。在此基础上，研究团队对来源于正常组织、原发肿瘤和淋巴结转移灶的PDO进行了系统性的转录组和表观遗传特征分析，构建了覆盖乳腺癌发生、进展与转移全过程的功能模型资源库。

多维度验证结果表明，该PDO生物库具有极高的生物学保真度。形态学上，肿瘤PDO保留了原始肿瘤的实性、囊性及葡萄状等异质性表型，而正常乳腺组织PDO则表现出更加均一的形态特征。H&E染色及免疫组化分析进一步显示，PDO在组织学结构以及ER、PR、HER2、Ki-67等关键临床标志物表达模式方面，与来源组织高度一致。这些结果表明，该PDO模型能够忠实保留乳腺癌的核心分子与组织学特征，是研究肿瘤进展和转移的重要工具。

基于染色质可及性与转录组联合分析，研究团队首次将乳腺癌PDO划分为四类具有 distinct 生物学特征的表观遗传聚类，建立了超越传统临床分型和PAM50分型的新型分类框架。

• Cluster 1（Basal-dominant cluster）：该亚群富集基底样PDO，PI3K/AKT/mTOR、TNF-α、KRAS及EMT等信号通路显著激活，呈现更强的侵袭性和干细胞样特征。TP63、SOX9和FOSL1被鉴定为该亚群的核心调控转录因子，患者预后相对较差 。

• Cluster 2（Quiescent luminal cluster）：该亚群主要来源于淋巴结阴性患者的原发肿瘤，以Normal-like PAM50亚型为主，整体增殖活性较低，Wnt/β-catenin和干扰素相关通路相对活跃。HOXA家族转录因子在该亚群中发挥关键调控作用，对应患者总体预后最佳 。

• Cluster 3（Proliferative luminal-HER2 cluster）：该亚群富集于淋巴结晚期转移患者来源的PDO，雌激素受体信号和细胞周期相关通路显著激活，并伴随较高频率的MYC扩增。ESR1、FOXA1和FOXO6是该亚群的关键调控因子，提示其可能对内分泌治疗和HER2靶向治疗更加敏感 。

• Cluster 4（Lymph node metastasis cluster）：该亚群主要由淋巴结转移灶PDO构成，ECM-受体相互作用和EMT通路显著富集，代表了乳腺癌转移相关的特异性表观遗传状态，是本研究重点关注的转移相关亚群。

该表观遗传聚类体系在 FUSCC-BRCA、TCGA-BRCA、ICGC-KR 三个独立乳腺癌队列中得到成功验证，且该表观遗传聚类是独立于传统临床病理指标和 PAM50 分型的预后因子，具有重要的临床预后价值。

为评估该表观遗传聚类体系的治疗指导意义，研究团队进一步对Cluster 1和Cluster 3来源的PDO进行了24种临床常用乳腺癌药物的高通量筛选。结果显示，不同表观遗传亚群之间存在显著的药物反应差异：与Cluster 1相比，Cluster 3对雌激素受体靶向药物、HER2靶向药物及CDK4/6抑制剂表现出更高敏感性。该结果表明，基于表观遗传状态的分型有望成为乳腺癌精准用药的重要参考依据。

针对转移特异性的Cluster 4，研究团队进一步深入解析其背后的调控机制。通过整合ATAC-seq和RNA-seq数据，研究人员构建了转录因子—基因调控网络（transcription factor–gene regulatory network,TGRN），并结合网络拓扑特征、染色质可及性和基因表达变化，筛选出TFAP4、BHLHA15等7个驱动淋巴结转移的核心转录因子。这些转录因子不仅在Cluster 4中表达显著升高，其结合位点区域的染色质开放程度也同步增强。进一步的motif分析表明，TFAP4与BHLHA15具有高度相似的结合序列，提示二者可能存在协同调控作用。

CUT&Tag和ChIP-qPCR实验进一步证实，这些核心转录因子在多个转移相关基因的启动子及顺式调控元件区域存在广泛共结合，其中TFAP4和BHLHA15的共结合最为显著，且二者调控的靶基因高度重叠。体内移植瘤实验表明，敲除TFAP4或BHLHA15显著降低了PDO移植瘤的肺转移和肝转移负担；在免疫健全小鼠的4T1乳腺癌模型中，这一结果也得到了进一步验证。以上结果表明，TFAP4和BHLHA15是驱动乳腺癌淋巴结转移的关键转录因子，它们通过协同重塑染色质可及性并激活转移相关转录程序，促进肿瘤侵袭与远处转移。

综上，该研究构建了目前规模最大的乳腺癌原发—转移配对PDO活体生物库，首次系统描绘了乳腺癌进展与转移过程中的表观遗传重编程图谱，建立了超越传统分型体系的表观遗传聚类框架，并阐明了转录因子协同网络驱动淋巴结转移的关键机制。该研究不仅为乳腺癌转移的机制研究提供了全新的模型与视角，也为乳腺癌的预后评估和精准治疗提供了新的生物标志物和理论依据。同时，研究中鉴定出的转移相关核心转录因子，也为未来开发抗转移治疗策略提供了潜在靶点 。

本研究中类器官培养体系的优化和类器官生物库的建立，得到了复肿英茂生物科技（IMMORGANO Bioscience）的大力支持。研究团队表示，该研究所构建的PDO资源库已对外开放，可为乳腺癌领域的基础研究与转化研究提供重要支撑。未来，团队将进一步整合免疫细胞、基质细胞等肿瘤微环境成分，建立更复杂的类器官共培养体系，深入解析表观遗传重编程与肿瘤微环境互作机制，并通过纵向研究追踪治疗耐药相关的表观遗传演化过程，为开发更加有效的乳腺癌精准治疗和抗转移策略奠定基础。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心、陈飞团队，以及复旦大学附属肿瘤医院俞晓立、郭小毛和沈敏洪团队为本文共同通讯作者。复旦大学附属肿瘤医院饶欣欣、王静雯为本文共同第一作者。该研究得到了复旦大学附属肿瘤医院吴炅院长、 邵志敏主任、 江一舟院长、徐彦辉教授、许蜜蝶主任、章真主任、唐爽教授以及同济大学张勇教授的大力支持。

https://doi.org/10.1016/j.stem.2026.02.007

制版人： 十一

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