內質網（ER）在維持蛋白質穩態（proteostasis）、鈣代謝以及脂質和葡萄糖合成中起著核心作用。各種內外刺激會破壞內質網的蛋白質折疊能力，導致錯誤折疊和未折疊蛋白質積累，從而引發內質網應激并激活未折疊蛋白反應（UPR）。在生理條件下，UPR的瞬時激活是一種保護機制，通過上調分子伴侶、減少分泌蛋白負荷以及增強內質網相關降解（ERAD）和自噬來恢復穩態。然而，在慢性或未解決的內質網應激下，UPR信號通路（如PERK-ATF4和IRE1-XBP1途徑）的持續激活會從細胞保護作用轉變為促腫瘤作用，促進存活、代謝重編程和炎癥，共同推動惡性轉化和腫瘤進展。因此，系統性地評估UPR與腫瘤進展的關聯并探索其臨床意義至關重要，但大多數先前用于評估UPR活性的基因特征均來源于特定腫瘤類型的批量RNA測序（RNA-seq）數據，其普適性有限。本研究旨在填補這一空白。

為了克服現有UPR基因特征的局限性，本研究整合了來自16項不同研究的130個RNA-seq樣本的高通量轉錄組學數據集。在消除批次效應后，通過加權基因共表達網絡分析（WGCNA）構建了共表達網絡。其中，藍色模塊與UPR激活的相關性最高。根據基因顯著性（GS）> 0.4和模塊成員資格（MM）> 0.7的標準，最終篩選出159個與UPR激活強相關的基因，構成了UPR基因特征。該特征在多個獨立數據集（包括小鼠模型數據）中得到了驗證，顯示出較高的敏感性和穩健性，能夠跨細胞系、組織和物種可靠地量化UPR狀態。

利用所識別的UPR特征，通過單樣本基因集富集分析（ssGSEA）對基于GTEx數據庫的28種正常組織（超過9000個樣本）和基于TCGA數據庫的33種腫瘤（約10000個樣本）的UPR狀態進行了評估。結果揭示了UPR活性的組織特異性模式：生殖系統組織（如子宮、宮頸、卵巢）及其對應腫瘤（如前列腺腺癌、卵巢癌、子宮體子宮內膜癌）表現出較高的UPR評分；而心血管系統、皮膚和腺體來源的組織（如胰腺、血管、心臟、甲狀腺）及其對應腫瘤（如皮膚黑色素瘤、急性髓系白血病、甲狀腺癌）的UPR評分相對較低。進一步比較14種TCGA癌癥類型中腫瘤與匹配的癌旁組織，發現10種腫瘤類型的UPR評分存在顯著差異，其中9種癌癥的UPR活性升高，而甲狀腺癌略有下降。這些結果證實，UPR激活是人類癌癥（尤其是實體瘤）中常見的分子特征。

研究揭示了UPR激活與關鍵腫瘤特征之間的多維關聯。在10種具有不同UPR水平的腫瘤類型中，UPR評分與MYC調控網絡呈正相關，而與ATF2和PTEN調控的基因等腫瘤抑制特征呈負相關。將樣本根據中位UPR評分分為高UPR組和低UPR組后，基因集富集分析（GSEA）顯示，高UPR組的差異表達基因（DEGs）在大多數腫瘤中顯著富集于促炎反應、上皮-間質轉化（EMT）通路的正調控以及DNA修復通路的負調控。這些發現將UPR激活與腫瘤免疫和轉移聯系起來。

在腫瘤免疫方面，UPR狀態與免疫檢查點分子表達相關。除肺腺癌（LUAD）外，高UPR腫瘤中^CD274（PD-L1）的表達均升高。同時，UPR評分與腫瘤微環境（TME）中M2巨噬細胞的浸潤呈正相關，尤其是在乳腺癌（BRCA）中，表明UPR激活與免疫抑制有關。此外，高UPR腫瘤的干細胞性（stemness）評分也持續高于低UPR腫瘤，表明UPR激活與癌癥干細胞性存在聯系。

為了探究UPR在腫瘤微環境細胞類型間的異質性，研究分析了來自26名BRCA患者的單細胞RNA測序（scRNA-seq）數據。結果顯示，漿細胞和腫瘤細胞的UPR評分較高，而T細胞和B細胞的UPR評分較低。同時，在成纖維細胞中觀察到UPR活性的強異質性，進一步區分發現，成纖維細胞比肌成纖維細胞表現出更高的UPR活性。對其他五種腫瘤（肝細胞癌、非小細胞肺癌、胰腺腺癌、前列腺腺癌、默克爾細胞癌）的scRNA-seq數據分析也得出一致結論：腫瘤細胞表現出最高的UPR活性，而基質細胞和免疫細胞的UPR活性相對較低。

根據UPR活性將腫瘤細胞分為高、低兩組，差異表達分析顯示，高UPR腫瘤細胞中與細胞周期和增殖、代謝重編程以及炎癥反應相關的通路顯著富集，這與批量轉錄組結果基本一致。將BRCA樣本根據匹配的批量RNA-seq數據分為高UPR組和低UPR組后，優勢比（OR）分析顯示，漿母細胞和髓系細胞在高UPR組中表現出強烈的分布偏好，同時高UPR組患者中髓系細胞、漿細胞和周期細胞的浸潤增加。這些發現表明，惡性細胞的UPR活性可能影響BRCA腫瘤微環境中免疫細胞（特別是髓系細胞）的浸潤。

鑒于高UPR組中髓系細胞浸潤顯著增加，研究對髓系細胞進行了重新聚類，分為10個亞群。結果顯示，Macro3和Macro4與其他亞群相比表現出最高的UPR活性水平，并且在高UPR組中Macro3和Macro4細胞的豐度增加。對這兩個亞群的標志基因進行富集分析發現，Macro3上調的差異表達基因主要與干擾素反應相關，高表達^ISG15、^CXCL9、^CXCL10和^CD274等基因，具有干擾素啟動的腫瘤相關巨噬細胞（IFN-TAM）特征；而Macro4上調的基因則主要與脂質代謝相關，高表達^APOC1、^APOE等基因，表現出脂質相關TAM（LA-TAM）的特征。細胞間通訊分析進一步揭示，在高UPR活性的腫瘤中，腫瘤細胞通過MIF信號通路頻繁與Macro3和Macro4細胞進行通訊，這表明UPR激活的腫瘤細胞可能通過MIF信號增強Macro3和Macro4細胞的浸潤。

研究評估了UPR評分預測免疫治療反應的潛力。在對抗PD1/抗CTLA4治療敏感的BRCA小鼠模型中，治療后腫瘤細胞的UPR評分下降；而在免疫治療耐藥的默克爾細胞癌（MCC）患者中，治療后腫瘤細胞的UPR評分顯著升高。此外，在五個BRCA隊列中，UPR評分與免疫抑制分子（如^PDCD1、^BATF）和細胞因子（如^IL4、^IL13）呈正相關，而與免疫刺激分子（如^GZMK、^CST7）呈負相關。這些發現表明，較高的UPR激活與抗腫瘤免疫受損相關，且UPR評分升高的腫瘤往往對免疫治療耐藥。

為了探索UPR特征的轉化價值，研究采用三種機器學習算法（LASSO、XGBoost和隨機森林結合Boruta）來識別預后相關的樞紐基因。通過多因素Cox回歸模型，構建了一個基于三個常見基因（^SHMT2、^KDELR2和^SLC1A4）的UPR預測因子。在訓練集（TCGA-BRCA）和四個獨立驗證集中，高UPR預測因子評分與患者更差的總體生存期和更晚的病理分期顯著相關。該預測因子在驗證集中的曲線下面積（AUC）為0.62–0.76，其預后預測性能優于先前發表的代表性模型。此外，UPR評分還與腫瘤增殖、血管生成和細胞外基質重塑相關基因（如^TEK、^ITGA9）的表達呈正相關。這些數據證明了UPR特征在預測患者預后方面的效力。

本研究開發了一個跨泛癌的特異性UPR基因特征，為比較不同腫瘤類型的UPR活性提供了統一標準。基于此，研究描繪了UPR在人類癌癥中的全景圖，揭示了其在不同腫瘤類型和細胞背景下的顯著異質性，以及與關鍵基因組和免疫特征之間的強關聯。研究發現，UPR激活與上皮-間質轉化（EMT）和腫瘤干細胞性顯著相關，并與腫瘤免疫抑制有關，特別是促進了具有免疫抑制功能的巨噬細胞亞群（如IFN-TAM和LA-TAM）的浸潤。重要的是，UPR相關基因顯示出對免疫治療反應和患者預后的重要臨床意義。以BRCA為例，通過機器學習鑒定的UPR相關預后生物標志物在多個數據集中表現出穩健的預測能力。

當然，本研究也存在一些局限性，例如UPR特征僅納入了激活相關基因，未能詳細評估UPR各分支通路，單細胞測序的測序深度可能影響UPR評分的準確性，以及生物信息學分析主要提供了相關性而非因果關系的證據。未來的研究需要結合實驗驗證來進一步探索UPR激活影響腫瘤特征的潛在分子機制。

總而言之，本研究為評估人類癌癥中的UPR活性提供了一種可行的方法，并強調了UPR激活在癌癥進展中的臨床相關性，加深了我們對UPR在癌癥中作用的理解，為其機制研究和治療探索提供了有價值的參考。