《Frontiers in Oncology》：Spatial transcriptome and single-cell sequencing reveal the role of nucleotide metabolism in breast cancer progression and tumor microenvironment
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本综述通过整合空间转录组（ST）与单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术，系统解析了乳腺癌（BC）中核苷酸代谢异质性对肿瘤恶性演进及肿瘤微环境（TME）的重编程作用。研究首次将肿瘤上皮细胞划分为高核苷酸代谢（NUhighepi）与低核苷酸代谢（NUlowepi）亚群，揭示NUhighepi通过激活LGALS1/COL1A2/COL1A1-ITGB1轴与癌症相关成纤维细胞（CAFs）形成空间依赖性互作，并构建基于机器学习（RSF算法）的核苷酸代谢相关评分（NMRS）预后模型。实验验证核心基因DCTPP1（dCTP焦磷酸酶1）作为关键靶点调控乳腺癌细胞增殖与迁移，为靶向核苷酸代谢的联合免疫治疗策略提供新见解。
背景：乳腺癌（BC）作为女性最高发的恶性肿瘤，其晚期患者5年生存率仍低于30%，核苷酸代谢重编程在肿瘤进展中起关键作用但机制尚未明确。本研究通过多组学整合分析，旨在系统揭示核苷酸代谢异质性在BC肿瘤微环境（TME）中的空间分布规律及临床意义。
方法：研究整合TCGA-BRCA、GEO（GSE161529等）数据库的批量转录组与单细胞RNA测序（scRNA-seq）数据，采用五种单细胞富集评分算法（GSVA、AUCell等）量化核苷酸代谢活性。利用CopyKAT区分恶性上皮细胞，通过Monocle2构建伪时间轨迹，CellChat分析细胞间通讯，并结合10x Genomics空间转录组（ST）数据通过RCTD算法进行细胞类型解卷积。采用随机生存森林（RSF）等101种机器学习算法构建核苷酸代谢相关评分（NMRS）预后模型，并在IMvigor210等免疫治疗队列中验证预测效能。通过体外实验（siRNA干扰、CCK-8、Transwell等）验证核心基因DCTPP1功能。
结果：
3.1 肿瘤上皮细胞中核苷酸代谢显著激活
批量转录组分析显示BC肿瘤组织核苷酸代谢通路显著富集，且高代谢活性患者预后更差。scRNA-seq鉴定7种主要细胞类型，其中上皮细胞核苷酸代谢评分最高，且肿瘤来源上皮细胞评分显著高于正常组织。CopyKAT分析进一步将恶性上皮细胞划分为NUhighepi（高代谢）和NUlowepi（低代谢）亚群。
3.2 单细胞水平揭示核苷酸代谢异质性功能
伪时间轨迹显示NUhighepi细胞分布于分化起点，具有更高干性（CytoTRACE评分），且细胞通讯强度显著高于NUlowepi。配体-受体分析表明NUhighepi通过LAMB3、COL18A1等分子与基质细胞广泛互作。
3.3 空间转录组验证代谢异质性空间分布
空间转录组解卷积显示NUhighepi细胞富集于肿瘤巢边缘，与成纤维细胞空间共定位。MISTy框架分析证实NUhighepi对成纤维细胞存在依赖性互作，stLearn平台识别LGALS1/COL1A2/COL1A1-ITGB1为关键互作轴心。
3.4 多组学驱动的预后模型构建
基于37个NUhighepi差异表达基因，通过RSF算法筛选出TAGLN2、PCMT1、PTMA、TUBA3D和DCTPP1五个核心基因构建NMRS模型。在TCGA-BRCA（AUC5年=0.99）及外部验证队列（GSE20685/GSE88770）中均显示优异预后预测能力。
3.5 NMRS与肿瘤免疫微环境关联
高NMRS组表现出免疫抑制性TME特征：ESTIMATE评分降低，CD8+T细胞浸润减少，M2巨噬细胞增多，且TIDE评分升高提示免疫逃逸倾向。抗肿瘤免疫循环分析显示低NMRS组在免疫细胞活化（步骤3）、肿瘤归巢（步骤4）等环节活性更强。
3.6 靶向治疗与实验验证
药物敏感性分析表明高NMRS组对内分泌治疗（他莫昔芬）和靶向药物（帕博西利）敏感性降低，而PRISM/CTRP数据库筛选出利尼伐尼等潜在靶向化合物。qPCR和免疫组化（HPA数据库）验证5个核心基因在BC细胞系（MDA-MB-231等）中高表达。DCTPP1敲低实验显著抑制乳腺癌细胞增殖、克隆形成与迁移能力。
讨论：本研究通过空间多组学图谱揭示了NUhighepi亚群通过核苷酸代谢重编程驱动肿瘤干性维持与免疫抑制微环境形成的新机制。NMRS模型整合DCTPP1等关键靶点，为BC预后评估及靶向核苷酸代谢的联合免疫治疗提供理论依据。未来需扩大样本验证NUhighepi在泛癌种的保守性，并探索DCTPP1调控免疫应答的分子通路。
结论：核苷酸代谢相关标志物对BC患者风险分层、治疗策略制定及免疫疗效预测具有重要临床转化价值。
