Science | 肿瘤里悄悄长出的“免疫据点”:为什么同样有TLS,有些患者预后更好?

问AI · TLS成熟度如何影响癌症患者生存?

引言

肿瘤组织里,免疫细胞并不只是零散地“路过”。在某些肿瘤中,它们会聚集成类似淋巴结的小型结构,被称为三级淋巴结构(tertiary lymphoid structures, TLSs)。它们不像淋巴结那样天生存在,而是在慢性炎症、感染或肿瘤微环境(tumor microenvironment, TME)中后天形成。

5月28日,《Science》的研究报道“Pan-cancer spatial atlas of tertiary lymphoid structures”,最值得注意的地方,不是再次说“有TLS可能更好”,而是把问题推进了一步:TLS在哪里?成熟到什么程度?它周围的肿瘤细胞在做什么?这些信息,能不能从常规病理切片中自动读出来?
答案相当有启发性:TLS不是一个简单的“有或没有”变量。它更像肿瘤免疫生态中的一个空间结构指标。它的成熟状态、空间位置和组成比例,可能比“是否存在TLS”更接近临床真正需要的答案。
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不是所有免疫细胞聚集,都算得上“战斗据点”

研究人员首先用空间转录组(spatial transcriptomics, ST)分析了来自255名患者的340个肿瘤样本,覆盖12种癌症类型,并在这些组织切片中识别出695个TLS。这个规模让研究人员第一次能从泛癌视角观察TLS的差异。

结果显示,TLS在不同癌种中的分布差异很大。肺腺癌(lung adenocarcinoma, LUAD)、肾透明细胞癌(kidney renal clear cell carcinoma, KIRC)、胃腺癌(stomach adenocarcinoma, STAD)、乳腺癌(breast cancer, BRCA)、肝细胞癌(liver hepatocellular carcinoma, LIHC)和膀胱癌(bladder carcinoma, BLCA)中更常见;而胰腺癌(pancreatic adenocarcinoma, PAAD)、口腔鳞状细胞癌(oral squamous cell carcinoma, OSCC)、卵巢癌(ovarian carcinoma, OVCA)和胶质母细胞瘤(glioblastoma multiforme, GBM)中较少或几乎检测不到。尤其值得注意的是,在36个GBM样本中没有检测到TLS;研究人员也谨慎指出,这可能与样本数量和空间转录组采样深度有关,而不能直接推断GBM中绝不会形成TLS。

TLS的位置也并不随机。695个TLS中,214个位于肿瘤内部,被定义为肿瘤内TLS(intratumoral TLS, IT-TLS)231个位于肿瘤边缘附近,被定义为肿瘤周TLS(peritumoral TLS, PT-TLS)250个距离肿瘤区域更远,被定义为远肿瘤TLS(distal-tumoral TLS, DT-TLS)。三类位置数量大致接近,但不同癌种偏好不同:LUAD和CSCC更容易出现IT-TLS,BRCA更偏向PT-TLS,而LIHC、CRC、BLCA、KIRC和PAAD则更常出现DT-TLS

这意味着,TLS不是肿瘤组织中均匀撒开的免疫“装饰”。它们有位置偏好,而位置本身可能决定它们与肿瘤细胞的互动方式。

TLS也有“成长阶段”:早期、滤泡样、带生发中心

如果只问“有没有TLS”,会忽略一个更关键的问题:这个TLS成熟了吗?

研究人员将TLS分为三类:早期TLS(early TLS, E-TLS)、原发滤泡样TLS(primary follicle-like TLS, P-TLS)和继发滤泡样TLS(secondary follicle-like TLS, S-TLS)。分类依据包括滤泡树突状细胞(follicular dendritic cells, FDCs)标志物,以及生发中心(germinal center, GC)B细胞相关标志物。

在695个TLS中,E-TLS有379个,占54.5%;P-TLS有215个,占31%;S-TLS有101个,占14.5%。换句话说,真正进入高度组织化成熟阶段的S-TLS只占少数。

三类TLS的差异并不只是形态学上的。E-TLS更像早期淋巴细胞聚集,还没有形成清晰的滤泡结构;P-TLS已经出现B细胞和T细胞区域分离,并有FDC网络,但尚未形成完整生发中心;S-TLS则具备组织化的B/T细胞分区、FDC网络和局部生发中心。随着TLS从E-TLS走向S-TLS,TLS特征评分逐步升高,T细胞、B细胞、FDC标志物,以及BCL6、MKI67等生发中心B细胞相关标志物也同步增强。

更有意思的是,TLS越成熟,往往越大。S-TLS的面积显著大于P-TLS和E-TLS。不同癌种也有不同的TLS成熟偏好:S-TLS在胃腺癌中更富集,P-TLS在肝细胞癌和结直肠癌中更富集,而E-TLS在乳腺癌和卵巢癌中更富集

这提醒我们:TLS并不是一个静态结构,而是一个可能处于不同发育阶段的免疫生态位。

成熟TLS里,免疫反应和免疫刹车同时出现

如果把S-TLS简单理解成“免疫越强越好”,仍然不够准确。研究人员发现,TLS成熟伴随着一整套细胞和信号网络的重塑。

在B细胞层面,P-TLS中BANK1、CD40等B细胞活化与早期分化相关基因升高,同时出现IGHA1、IGHG1、MZB1、JCHAIN等浆细胞(plasma cell, PC)相关信号。S-TLS中,生发中心B细胞、记忆B细胞和浆细胞分化程序进一步增强,包括PRDM1、XBP1、SDC1和CD38等基因,提示抗体产生和类别转换更加活跃

研究人员还用多重免疫荧光观察肾透明细胞癌中的抗体分泌细胞(antibody-secreting cells, ASCs)。在E-TLS中,ASC数量少,主要局限在TLS边界内,并以IgG阳性细胞为主;而在P-TLS和S-TLS中,ASC密度增加,IgG阳性和IgA阳性细胞常混杂在滤泡区域,并扩散到TLS周围和邻近肿瘤区域。这为“TLS成熟与抗体输出相关”提供了空间层面的证据。

但成熟TLS并非只有激活信号。S-TLS中,IL10、TGFB1、CD24、CD5、CD1D等调节性B细胞(regulatory B cell, Breg)相关基因达到高峰。Xenium Prime 5K空间转录组进一步显示,一类共表达IL10和CD24或CD1D的Breg样细胞在S-TLS内富集。与此同时,S-TLS中也出现FOXP3、IL2RA、PDCD1、CTLA4、TIGIT、LAG3、HAVCR2等调节性T细胞、免疫检查点和耗竭相关程序

这不是矛盾,而是免疫组织化的真实样子:激活和制动常常同时存在。成熟TLS可能既能支持局部抗肿瘤免疫,也会启动免疫稳态和限制炎症过度扩张的机制。

离TLS越近,肿瘤细胞越“不一样”

这项研究最有空间生物学味道的发现,来自TLS周围的“距离梯度”。

研究人员以肿瘤内TLS为中心,分析周围肿瘤区域的通路活性如何随距离改变。结果出现两类相反梯度:免疫相关通路在TLS附近最高,离TLS越远逐渐下降;肿瘤内在的增殖和侵袭程序则在TLS附近较低,离TLS越远逐渐升高

具体来说,干扰素α反应(IFN-α response)、干扰素γ反应(IFN-γ response)、主要组织相容性复合体II类抗原呈递(MHC class II antigen presentation)和炎症信号在TLS邻近肿瘤区域更强;而MYC信号、G2/M细胞周期检查点(G2/M checkpoint)、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)和KRAS信号在远离TLS的肿瘤区域更高

研究人员还比较了TLS核心与其外侧50微米范围内的肿瘤边界。TNFSF14、CXCR3和CXCR6在TLS核心更富集,而TNFRSF14、CXCL10/11、CXCL16则主要定位在紧邻TLS的肿瘤或基质细胞中,并呈现从TLS邻近区域向远端递减的趋势。单细胞和亚细胞分辨率的Xenium数据进一步支持了这种局部配体-受体空间配对。

这里需要谨慎:这些结果证明的是空间相关性,而不是TLS一定直接抑制了肿瘤增殖。一个合理推断是,TLS附近形成了短程细胞因子和趋化因子场,使免疫细胞募集、停留和激活更容易发生;也可能是肿瘤本身的状态先决定了TLS能在哪里形成。因果方向仍需功能扰动实验验证。

让AI从H&E切片里读出TLS成熟度

空间转录组很强,但成本高、样本量有限。真正有转化潜力的问题是:能不能从常规苏木精-伊红染色(hematoxylin and eosin, H&E)全切片图像(whole-slide images, WSIs)中直接识别TLS,并判断其成熟程度?

研究人员构建了一个AI框架,使用3071张WSI,来自10个队列,包括6个TCGA癌种队列和4个独立治疗队列。该流程先用HookNet-TLS检测TLS,再提取和分割TLS图像,最终获得25088个标注TLS;随后用YOLOv8建立两步分类器:先区分E-TLS与成熟TLS(mature TLS, mTLS),再把成熟TLS细分为P-TLS和S-TLS。

训练集来自LUSC、BLCA和KIRC三个TCGA队列,共956张TLS图像,并按80%训练、20%测试划分。分类器表现不低:在BLCA中,E-TLS与mTLS分类准确率为95.1%,P-TLS与S-TLS分类准确率为85.0%;在LUSC中分别为90.0%和95.6%;在KIRC中分别为84.0%和89.5%

更关键的是跨癌种泛化。研究人员把模型直接用于空间发现队列中的695个TLS图像,并用匹配的空间转录组分类作为参照。模型正确识别了92.3%的E-TLS和90.2%的mTLS,总体准确率91.4%,ROC AUC为0.908;对成熟TLS继续分类时,模型正确识别98.0%的P-TLS和87.5%的S-TLS,总体准确率94.7%,ROC AUC为0.928。这个结果说明,TLS成熟度在H&E图像中确实留下了可被算法捕捉的形态学信息

真正有预测价值的,也许不是“有没有”,而是“组合比例”

过去很多研究把患者简单分为TLS阳性和阴性,或成熟与不成熟。但这项研究发现,这种做法在六个癌种中并不能稳定区分总生存期(overall survival, OS)。单看TLS有无,或者用一个“主导TLS状态”概括整张切片,都会丢掉肿瘤内部多个TLS状态并存的信息

研究人员因此提出TLS成熟感知复合评分(maturation-aware composite TLS score)。做法是把每个样本中E-TLS、P-TLS、S-TLS的数量进行log转换和标准化,再用主成分分析(principal component analysis, PCA)提取组成差异,得到一个连续评分。TLS阳性样本按中位数分成C1和C2两组:C1更富集P-TLS和S-TLS,C2以E-TLS为主。

结果很清楚:C1组患者在六个癌种中均显示更好的总生存,并且该评分在调整肿瘤分期后仍具有独立预后价值。换句话说,TLS的“质量”不应只看一个标签,而要看一个肿瘤内部不同成熟状态TLS的组合。

治疗队列也给出类似方向。卵巢透明细胞癌(ovarian clear cell carcinoma, OCCC)免疫检查点阻断(immune checkpoint blockade, ICB)队列中,PPP2R1A突变肿瘤有更多P-TLS和S-TLS,治疗前TLS组成也能区分长生存和短生存患者。高等级浆液性卵巢癌(high-grade serous ovarian carcinoma, HGSOC)化疗加抗血管生成治疗队列、乳腺癌新辅助化疗队列,以及HER2阳性乳腺癌抗HER2治疗队列中,治疗响应者也更常出现成熟TLS富集,尤其是P-TLS增加

这提出了一个值得深入思考的问题:成熟TLS是否不仅预测免疫治疗反应,也反映了一种更广义的“免疫可动员”组织状态?化疗、靶向治疗和抗血管生成治疗并不直接阻断PD-1或CTLA-4,但它们可能通过抗原释放、免疫原性细胞死亡、血管和基质重塑等机制改变肿瘤免疫微环境。成熟TLS或许正是这种组织状态的可见标记之一。

这项研究真正改变的问题

这项研究的价值,不在于给出一个简单口号:TLS越多越好。它恰恰提醒我们,肿瘤免疫并不适合用“多或少”来概括。

一个肿瘤可以有TLS,但多数只是E-TLS;也可以有较少TLS,却包含更成熟、更有组织化的P-TLS或S-TLS。一个TLS可以靠近肿瘤细胞,也可以远离肿瘤核心;它可以伴随强干扰素和抗原呈递信号,也可能同时出现调节性和耗竭程序。空间、成熟度、组成比例,这三者共同决定了TLS在肿瘤免疫图景中的含义

反过来看这项研究的结论,也能看到它的边界。首先,多数空间转录组数据仍是点位级分辨率,不等同于完整单细胞图谱。其次,一些癌种和分子亚型的样本量有限,例如CRC、LIHC和BLCA中关于KRAS、HBV、MTAP等因素的观察,更多是趋势而非定论。第三,研究主要揭示相关性,尚不能证明诱导某类TLS成熟就一定改善患者结局。最后,TLS是三维结构,而当前分析多来自二维组织切片,未来还需要连续切片和三维空间组学验证。

即便如此,这项工作仍然把TLS研究向前推了一步。它把一个在显微镜下可见的免疫结构,连接到了空间转录组、AI病理和患者分层。未来如果TLS成熟组成评分能在前瞻性临床研究中验证,它可能成为免疫肿瘤学中一个新的空间型生物标志物:不只是告诉我们肿瘤里有没有免疫细胞,而是告诉我们免疫系统是否已经在正确的位置、以相对成熟的方式组织起来。

这也许是TLS最重要的启示:在肿瘤中,免疫反应的力量不仅取决于有哪些细胞,还取决于它们如何排列、如何协作,以及它们离肿瘤细胞有多近。



参考文献


Cho KS, Liu Y, Pei G, Chen J, Dai Y, Liu Y, Zhou T, Bougouin A, Serrano A, Wani K, Jadhav A, Min J, Hernandez S, Lu W, Zhang D, Jiang J, Shamsutdinova D, Dai E, Peng F, Sinjab A, Guerrero PA, Julio ICL, Yu K, Clark H, Maru D, Li M, Futreal A, Lee S, Solis Soto LM, Shang L, Msaouel P, Ajani JA, Beird H, Jazaeri AA, Lazar AJ, Sautes-Fridman C, Fridman WH, Maitra A, Kadara H, Gao J, Sharma P, Wang L. Pan-cancer spatial atlas of tertiary lymphoid structures. Science. 2026 May 28;392(6801):eadz2742. doi: 10.1126/science.adz2742. Epub 2026 May 28. PMID: 42207882.