《Breast Cancer Research》：Tumor heterogeneity index from DCE-MRI for AKT-inhibition responder identification and reveals hot immune microenvironment for patients with breast cancer: a multi-omics analysis of I-SPY2 trial
编辑推荐：
本文基于I-SPY2试验数据，构建了一种源自动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）的肿瘤异质性指数（THI），可特异性、独立地预测乳腺癌患者对AKT抑制剂MK2206联合新辅助化疗（NACT）的病理完全缓解（pCR），其预测能力优于基于免疫组化（IHC）的受体分型。研究发现THI阳性（THI+）患者体内存在一个免疫通路活跃、免疫细胞高度浸润且细胞周期活性降低的“热”肿瘤微环境（TME），这为理解AKT抑制剂抗肿瘤机制提供了新视角。
肿瘤异质性指数（THI）的开发与验证
本研究旨在开发一个无创、可重复的肿瘤异质性指数，用于预测接受新辅助化疗（NACT）联合泛AKT抑制剂MK2206治疗的乳腺癌患者的应答。研究纳入了来自I-SPY2试验的987名患者，分为THI发现队列、验证队列和肿瘤微环境（TME）探索队列。THI的构建基于从患者术前（基线）动态对比增强磁共振成像（DCE-MRI）中提取并经过严格筛选的影像组学特征。这些特征需满足四大筛选标准：良好的随机扰动可重复性、对观察者间勾画差异的可重复性、在不同动态增强时相间的一致性，以及对MK2206治疗组病理完全缓解（pCR）具有特异性和独立性的预测价值。
经过筛选，最终确定了7个可重复且具有特异预测价值的图像特征。基于这些特征进行共识聚类，得到了两个不同的患者聚类。随后，研究通过逻辑回归模型，将pCR率较高的那个聚类标签拟合，生成了连续的THI评分，并以0为阈值将其二分为THI阳性（THI+，应答者）和THI阴性（THI-，非应答者）。验证结果显示，THI在聚类预测上表现出近乎完美的准确性，并在预测MK2206治疗应答的交叉验证中，获得了0.73的受试者工作特征曲线下面积（AUC）。该指标对图像扰动、观察者差异和增强时相变化均表现出良好的稳健性。研究还通过其中一个高度相关的特征灰度共生矩阵平方和（GLCM_SS）直观解释了THI的影像学表现：THI值高的患者，其功能肿瘤体积（FTV）周围的早期强化边界更为锐利。
THI在MK2206治疗应答中的特异性与独立性预测价值
对THI临床预测效用的评估显示，其与治疗应答的关联在AKT抑制（MK2206）队列中显著强于对照（标准NACT）队列，特别是在人表皮生长因子受体2阴性（HER2?）、激素受体阴性（HR?）、三阴性（TN，即HR?/HER2?）以及MammaPrint低风险（MP2）亚组中。例如，在TN亚组中，THI预测pCR的AUC高达0.87。贝叶斯逻辑回归分析进一步证实，经THI+筛选的患者，在MK2206组中的预估平均pCR率（56.1%）显著高于未筛选组的平均pCR率（38.1%），且治疗组与对照组间的pCR率差值也显著增大。这意味着THI能够有效识别出对MK2206联合疗法更可能获益的群体，且其预测价值独立于现有的HR、HER2和MammaPrint等分子标志物。
为了进一步验证THI超越常规临床变量的增量价值，研究构建了多变量模型。结果显示，在包含了HR、HER2和MammaPrint状态的基础临床模型（AUC=0.69）中，加入THI后，模型的预测性能（AUC=0.83）得到统计学上的显著提升。此外，在调整了相同临床背景后，THI模型的预测表现也显著优于仅包含功能肿瘤体积（FTV）的模型，证明THI捕捉的是独立于肿瘤体积的瘤内异质性信息。
THI相关的肿瘤微环境（TME）特征：一个“热”免疫景观
研究进一步利用拥有mRNA表达数据的放射基因组学队列，探索了THI+患者肿瘤内部的分子特征。差异表达基因（DEG）分析发现了34个基因在THI+患者中显著改变，其中上调的基因占多数。枢纽基因分析指出了CD2、CD27、GZMK、CCR7和CD19等基因在相互作用网络中的核心作用。
京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析和基因集富集分析（GSEA）揭示了一个清晰的模式：THI+肿瘤显示出显著的免疫系统通路富集，例如“T细胞受体信号通路”、“B细胞受体信号通路”、“Th1和Th2细胞分化”等。相反，与细胞周期相关的通路在THI+肿瘤中活性显著降低。这一发现表明，THI+肿瘤的微环境具有高度的免疫活性但细胞增殖受到抑制。
对肿瘤免疫微环境成分的详细剖析证实了上述发现。THI+肿瘤表现出广泛的先天性和适应性免疫细胞浸润，包括活化的B细胞、活化的CD8+T细胞、效应记忆CD4+T细胞、效应记忆CD8+T细胞、1型辅助T细胞和自然杀伤细胞等。同时，多种细胞因子、趋化因子及其受体（如IL18、CCL5/CCR5轴）的表达也更高。然而，这个“热”免疫微环境并非完全有利于抗肿瘤，其中也包含了免疫抑制成分，如调节性T细胞和肿瘤相关巨噬细胞的高浸润，以及多种免疫检查点分子的高表达，提示THI+肿瘤可能通过激活免疫抑制机制来逃避免疫清除。与之对比，THI-肿瘤则表现出抗原呈递相关分子（如人类白细胞抗原，HLA）的低表达，暗示其免疫逃逸机制可能与免疫细胞缺陷有关。这些特征在HER2-和HR-亚型的THI+肿瘤中同样存在。
讨论与展望
本研究开发的THI是一个稳健且无创的影像学生物标志物，能够特异性地预测AKT抑制剂MK2206在特定乳腺癌亚型（如HER2?、HR?、TN、MP2）中的治疗获益。其开发过程遵循了严格的标准化流程和多层验证，旨在最大限度降低假阳性发现率并提高泛化能力。THI的临床价值在于，它为基于常规DCE-MRI扫描的个体化治疗决策提供了一个新的、独立于现有分子分型的工具。
THI与“热”免疫微环境的强关联性为理解AKT抑制剂的抗肿瘤机制提供了新线索。研究推测，MK2206可能通过选择性耗竭THI+肿瘤微环境中的免疫抑制细胞（如调节性T细胞），从而解放原本活跃但受抑制的抗肿瘤免疫反应，最终与化疗产生协同增效作用。这种影像表型与特定分子免疫特征的关联，也为未来探索其他治疗方法的应答预测开辟了新途径。
当然，本研究也存在一些局限性。例如，未进行生存分析和不良事件关联分析；缺乏对驱动基因突变的分析；THI的预测价值需在I-SPY2以外的独立队列中得到进一步验证；且其对于新一代AKT抑制剂（如capivasertib）的预测普适性仍有待探究。
结论
总而言之，肿瘤异质性指数（THI）作为一种新型影像学生物标志物，能够特异性且独立地识别出对AKT抑制剂MK2206联合新辅助化疗更敏感的乳腺癌患者。THI阳性（THI+）与一个免疫高度活化但细胞周期受抑的“热”肿瘤微环境密切相关。该研究不仅为精准医疗提供了有力的患者筛选工具，其关联的微环境分析也深化了我们对AKT通路抑制剂作用机制的理解，为未来肿瘤治疗的生物标志物开发和联合策略设计提供了重要启示。
