单细胞测序能刻画肿瘤异质性,却难以把细胞状态与患者级表型稳定对应,尤其在缺少细胞级注释时,计算衔接困难。2026年9月14日,腾讯AI for Life Sciences Lab姚建华团队在Nature Communications发表题为《scTransMIL bridges patient-level disease states and single-cell transcriptomics for cancer screening and heterogeneity inference》的研究,他们提出scTransMIL,把患者样本看作包含多个细胞的包,用Transformer多实例学习连接单细胞转录组与样本级癌症标签,并完成癌症筛查和异质性推断。
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scTransMIL采用全转录组秩值编码,把细胞基因表达排成序列,用6层Transformer提取初始嵌入,再通过门控编码器过滤与包标签无关的信息,输出细胞肿瘤分数和门控嵌入。包聚合器按肿瘤分数加权整合细胞,先判断样本是肿瘤还是正常,若为肿瘤再预测具体癌型,训练时联合包级交叉熵和自适应聚类损失。研究团队在104个数据集、1563个样本、约400万细胞和30种癌症上评估,按供者划分训练、验证和测试集并重复7次,scTransMIL在准确率、AUC和F1上优于KIDA、DEGAS、scIDST及scVI+MIL等基线,数据量增加时性能提升,单包推理约245秒,低于DEGAS的720秒。
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甲状腺癌GSE184362中,局部肿瘤信号容易被正常微环境稀释,KIDA等伪bulk方法分数偏低,DEGAS和scIDST也难区分早期信号,scTransMIL把患者5癌旁样本判为阳性,预测分数0.64,高肿瘤分数集中在可能癌前病变的甲状腺滤泡上皮细胞。癌症类型预测中,scTransMIL能匹配原发和转移样本癌型,在外部BRCA数据集保持较高准确率,单细胞UMAP显示肿瘤分数与恶性注释对应较好。急性淋巴细胞白血病分析中,scTransMIL肿瘤分数与CNV推断的恶性B细胞一致,注意力机制找回CD79A、PIMT和BLK,传统Wilcoxon差异分析漏掉BLK。
未纳入泛癌训练的急性髓系白血病数据上,研究团队比较不微调、只微调包聚合器以及微调最后两个Transformer块和包聚合器三种策略,后一种在少量标签下准确率和F1更优,10例肿瘤和3例正常训练样本时性能接近平台。微调后实例嵌入重建造血干细胞到单核细胞的连续分化轨迹,肿瘤分数与恶性注释更一致,研究团队识别出6个AML恶性亚型,覆盖HSC样、GMP样到Mono样状态,纵向样本显示治疗中肿瘤负荷和亚型组成变化。671例bulk AML生存分析中,HSC样亚型预后较差,GMP样亚型较好,亚型特异基因富集到免疫逃逸和分化通路。
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