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METABRIC — 乳腺癌分子分型国际联盟队列 AI-Ready Wikipedia
INFOBOX
| 数据集名称 | METABRIC Breast Cancer |
| 英文全称 | Molecular Taxonomy of Breast Cancer International Consortium |
| 别名/简称 | METABRIC、METABRIC Cohort、brca_metabric(cBioPortal 研究 ID) |
| 疾病分类 | 乳腺癌(ICD-11:2C60 乳腺恶性肿瘤) |
| SNOMED CT | 254837009 Malignant tumor of breast(详见 §2.2) |
| 数据模态 | 拷贝数变异(Affymetrix SNP 6.0)、基因表达(Illumina HT-12 v3)、靶向体细胞突变、临床病理、生存随访 |
| AI 任务类型 | 生存/复发预测、分子亚型分类(IntClust/PAM50)、多组学整合、拷贝数驱动的驱动基因发现、治疗反应关联 |
| 样本总数 | 2,509 例原发性乳腺肿瘤患者(其中约 2,506 例乳腺癌 + 3 例乳腺肉瘤;mRNA 表达可用约 1,904 例) |
| 数据大小 | 数百 MB 级 TSV(cBioPortal 数据包;含 ~3.8 MB 突变、~100 MB 级 CNA、~500 MB 级表达) |
| 数据格式 | TSV(cBioPortal)/ Synapse bundle / EGA 原始层 |
| 许可证 | 因入口而异:EGA 受控访问(DAC 申请)、cBioPortal 与 Synapse 需注册与使用协议(研究用途) |
| 访问级别 | 注册后开放(cBioPortal/Synapse)/ 申请审核(EGA 原始数据) |
| DUO 标签 | NPUNCU、IRB(以各分发点协议为准) |
| 语言 | 英文 |
| 首发日期 | 2012-04-18(Curtis 等,Nature 2012) |
| 最后更新 | 2025-01-29(cBioPortal/MSK 目录记录更新) |
| 发布机构 | University of Cambridge(英国)& British Columbia Cancer Agency(加拿大)联合 METABRIC 联盟 |
| 官方主页 | https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric |
| 下载地址 | https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric |
| DOI | 10.1038/nature10983(Curtis 2012)/ 10.1038/ncomms11479(Pereira 2016) |
| 引用次数 | 7,200+(Google Scholar,截至 2026-09) |
| AI 就绪度评分 | ⭐⭐⭐(3/5)— 处理数据规范、生态成熟;扣分项:无官方划分、多模态样本数不一致需手动对齐、无开箱即用 DataLoader |
| 页面状态 | published |
§0 E-E-A-T 信任声明与免责声明
医学审核者:千方病案医学编辑部交叉审核:§2 医学背景(ICD-11 与 SNOMED CT 映射、IntClust 分子分型的临床意义、金标准描述)、§7 偏倚分析。
数据工程审核者:千方病案医学编辑部交叉审核:§4 DAIMS 数据字典(临床表与三个组学矩阵的字段)、§5 数据划分策略、§6 预处理 Pipeline 与坑点。
审核日期:2026-09-05
审核方式:交叉审核
利益冲突声明:千方病案医数集与 University of Cambridge、British Columbia Cancer Agency、cBioPortal、Sage Bionetworks、EGA 无任何商业利益关联。本页面不销售 METABRIC 数据本身,仅提供 AI 就绪指南与学术信息服务。编辑者未接受上述机构任何形式资助。
医疗免责声明:本页面提供的医学信息仅供研究和教育目的,不构成医疗建议、诊断或治疗方案。数据集的医学描述基于公开发表的文献,未经逐一临床验证。任何基于该数据集训练的 AI 模型在应用于临床决策前,必须经过独立的临床验证和监管审批。
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数据使用合规:使用本页面描述的数据集前,请务必阅读并遵守数据集原始许可协议。METABRIC 原始数据存于 EGA 并受 Data Access Committee(DAC)管控,需向 DAC 申请并通过审批;处理后的表达/拷贝数/突变/临床数据在 cBioPortal 与 Synapse 提供,需注册并同意其使用条款(多为研究、非商业用途)。DUO 标签仅供参考,具体使用限制以各分发点官方协议为准。
§1 数据集概览
§1.0 📌 30 秒速览
这是什么?
METABRIC 是一个汇集了 2,509 例原发性乳腺癌患者肿瘤标本的多组学大队列。每个肿瘤都测了「基因拷贝数」(哪些染色体片段多了或少了)和「基因表达谱」(哪些基因被打开或关闭),其中约 2,433 例还做了关键基因的突变测序,并配了十年量级的生存随访。简单说:它把每个乳腺癌的「基因缺陷地图」和「病人后来活了多久、有没有复发」长期地绑在了一起。
为什么重要?
过去乳腺癌只按「雌激素受体(ER)、HER2」等粗略分型。METABRIC 通过把拷贝数与表达数据整合、做无监督聚类,提出了一整套更细的 10 类「整合分子分型」(IntClust 1–10)——每一类有不同的基因组驱动和截然不同的预后。这是把「分子层面看到乳腺癌真实多样性」变成可复用资源的关键一步,论文在 Google Scholar 被引用超过 7,000 次。
我能用它做什么?
如果你做医疗 AI:可以用它做生存/复发预测(结合表达、拷贝数、临床字段)、分子亚型分类、以及多模态组学整合方法的基准。数据可通过 cBioPortal 以 TSV 下载、无需漫长审批;处理好样本对齐后,训练一个「从组学特征预测生存」的模型只需数百行 Python。
§1.1 技术摘要
METABRIC(Molecular Taxonomy of Breast Cancer International Consortium)是由英国剑桥大学与加拿大 British Columbia Cancer Agency(温哥华)共同牵头的乳腺癌多组学队列。Curtis 等(2012,Nature 486:346–352)对 discovery 集 997 例与 validation 集 995 例原发性乳腺肿瘤做了整合分析:拷贝数用 Affymetrix Genome-Wide Human SNP 6.0 测得,基因表达用 Illumina HumanHT-12 v3 芯片测得,并把约 40% 基因的表达与基因组(生殖系 SNP/CNV 及体细胞 CNA)做关联建模。无监督整合两类数据后将肿瘤划分为 10 个整合分型(IntClust 1–10),在 validation 集上重现了其拷贝数谱与临床结局差异。分析还借 cis-驱动表达离群定位了受拷贝数调控的候选驱动基因(如 PPP2R2A、MTAP、MAP2K4 的缺失)以及一组 trans-调控热点。
Pereira 等(2016,Nat Commun 7:11479)进一步用 173 个高频突变乳腺癌基因的靶向 panel 测了 2,433 例原发肿瘤并配套正常样本,补充了体细胞突变景观,使队列具备 CNA + 表达 + 突变三层可关联信息。后续 Ali 等(2014,Genome Biol 15:431)用 612 个基因的表达替代特征在 7,500 余例外部样本上验证了 IntClust 的分布与预后,Rueda 等(2019,Nature 567:399–404)则基于长期随访(最长约 28 年)刻画了晚期复发的 ER 阳性基因组亚型。处理后的临床、表达、拷贝数与突变数据经 cBioPortal(brca_metabric)以 TSV 公开分发,原始层存于 EGA(EGAS00000000083)。
§1.2 战略价值
维度一:分子分型的「金标准」标尺。 在 TCGA 等以测序为主的项目之外,METABRIC 独特地提供了「拷贝数 + 表达」在同一样本上配对、且带超长随访的谱系。其 IntClust 分型把雌激素受体阳性乳腺癌内部进一步拆出 11q13/14 高危亚型、无拷贝数亚型等预后截然不同的类别,是评估新分子分型/签名是否「比既有分型更好」时的参照系。任何做乳腺癌预后模型的团队,都应先看模型能否解释 IntClust 之外或之内的新信息。
维度二:AI 可复现性与生态成熟度。 虽然队列源自 1977–2005 年的历史肿瘤库,但处理后的数据(临床、表达 z-score/原始 log2、分段拷贝数、MAF 样式突变)在 cBioPortal 以规整 TSV 提供、可公开下载,且长期作为 DREAM7 乳腺癌生存挑战赛(980 例子集)与众多生存/分型论文的数据源。这让 METABRIC 成为「新模型先在 METABRIC 上验证、再去别的队列推广」的事实惯例,具有很高的可复现研究价值。
维度三:驱动事件与结局的因果锚点。 与纯临床/纯表达数据不同,METABRIC 同时给出「拷贝数哪里变了」与「哪些基因因此异常高/低表达」(cis-驱动),这让研究者能追溯驱动事件的生物学后果,而非仅做黑箱关联。例如 11q13/14 扩增把 CCND1 等细胞周期基因推高,对应一个生物学上可解释、临床上高危的 ER 阳性亚型。这类「基因组事件 → 转录后果 → 长期结局」的因果链在生存 AI 中是难得的标签化素材,可用于构建可解释的预后模型(如把驱动事件作为显式先验特征)。
§1.3 同类数据集横向对比
| 数据集 | 规模 | 模态 | 生存随访 | 差异化价值 |
|---|---|---|---|---|
| METABRIC | 2,509 例原发乳腺肿瘤 | 拷贝数 + 表达 + 靶向突变 + 临床 | 中位约 10 年 | 配对拷贝数/表达、10 类 IntClust、超长随访、cBioPortal 开放 |
| TCGA-BRCA | 约 1,095 例 | WES/WGS + 表达 + 甲基化 + 蛋白等 | 相对短 | 多平台全景、含更多当代治疗、全球多中心(2006 后采集) |
| SCAN-B | 数千例乳腺癌 | RNA-seq + 临床 | 有 | 瑞典前瞻入组、当代临床诊疗背景下的大队列 |
| CBCS(卡罗来纳乳腺癌研究) | 约 4,000+ 例 | 部分表达/基因型 | 有 | 含较多非裔美籍人群,用于代表性/健康公平研究 |
注:各队列采集年代、人种构成与治疗背景差异显著,跨队列比较前务必核对人群(见 §7.3)。
§1.4 版本时间轴
| 时间 | 事件 | 影响 |
|---|---|---|
| 2012-04-18 | Curtis 等发表 Nature 2012;discovery 997 例 + validation 995 例 | 提出 IntClust 1–10 整合分型;数据存 EGA |
| 2013 | DREAM7 乳腺癌生存挑战赛使用 METABRIC 980 例子集(500 训练 + 480 测试) | 建立首个公开生存建模基准基线 |
| 2014 | Ali 等 Genome Biol 15:431 | 612 基因表达替代 + 跨 7,500+ 例外部验证 |
| 2016-05-10 | Pereira 等发表 Nat Commun 7:11479 | 173 基因 panel 靶向测序 2,433 例,补齐突变层 |
| 2019-03 | Rueda 等发表 Nature 567:399–404 | 基于超长随访刻画晚期复发 ER+ 基因组亚型 |
| 持续更新 | cBioPortal brca_metabric 数据包维护;2025-01-29 目录记录更新 | 当前处理数据访问入口 |
阅读这张时间轴要注意:它反映的是「数据如何被研究界逐步扩充与使用」,而非「数据本身有多个互相竞争的发布版本」。本质上 METABRIC 是同一个队列,后续论文(2014/2016/2019)是在同一标本上追加测序与随访,而非重出数据集。处理数据经 cBioPortal 呈现的字段会随其维护而更新,因此做“可复现对拍”时仍建议固定下载版本(见 §6.10)。
§1.5 典型应用场景
- 生存与复发预测基准:用表达/拷贝数/临床字段预测总生存(OS)或无复发生存,参照 DREAM7 设定的评测口径。
- 分子亚型识别与比较:复现 IntClust 1–10 或 PAM50 + Claudin-low 分类,评估新分型/签名的增量预后价值。
- 拷贝数–表达驱动基因挖掘:借助 cis/trans CNA-表达关联定位受拷贝数驱动的表达异常基因(如 PPP2R2A、MTAP、MAP2K4)。
- 多组学整合方法验证:作为同时具备 CNA、mRNA、突变、临床四层的经典数据,评估图网络/堆叠式整合模型(如 MOGAT 等)对分型与预后的提升。
- 治疗-基因组关联(回顾性):在 ER 阳性、HER2 状态等分层内探索治疗与基因组的关联(需注意队列主要为曲妥珠单抗前时代,见坑点 7)。
§2 医学背景
§2.1 ICD-11 编码映射
| 临床概念 | ICD-11 编码 | 中文名 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 乳腺恶性肿瘤 | 2C60 | 乳腺恶性肿瘤 | 主诊断类目,覆盖浸润性与原位乳腺肿瘤 |
| 乳腺导管原位癌(DCIS) | 2C60.0 | 乳腺导管原位癌 | 队列含部分导管/小叶特殊类型,需按组织学细分 |
| 浸润性导管癌 | 2C60.2(多含于类目下) | 乳腺浸润性导管癌 | 队列主体组织学类型 |
| 乳腺癌激素受体状态 | 2F60(为内分泌类) | 附注 | 分子层面 ER/PR/HER2 以 §2.2 表型表达,非独立 ICD 类目 |
注:METABRIC 分子分型(Luminal A/B、HER2 富集、Basal-like、Claudin-low、IntClust)属于基因组/转录组表型而非传统 ICD 形态学分类,故正文以 ICD-11 形态类目 + SNOMED 表达三元组共同表达。
§2.1b SNOMED CT 映射
| 标签 | ICD-11 参考 | SNOMED CT 码 | SNOMED 术语(英文) |
|---|---|---|---|
| 乳腺恶性肿瘤 | 2C60 | 254837009 | Malignant tumor of breast |
| 浸润性导管癌 | 2C60.2 | 87612005 | Invasive ductal carcinoma of breast |
| 雌激素受体阳性 | (附注) | 424080001 | Estrogen receptor positive |
| 人表皮生长因子受体 2(HER2)阳性 | (附注) | 409644006 | HER2 positive |
| 乳腺癌切除术 | — | 120460005 | Excision of breast (breast-conserving / mastectomy 见正文) |
§2.2 疾病简介与流行病学
乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一。其关键临床决策依赖三项受体状态——雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)与人表皮生长因子受体 2(HER2)——据此分为 Luminal(激素受体阳性)、HER2 富集与三阴性等粗略亚型。但这些亚型内部预后差异仍然巨大,特别是同为激素受体阳性的患者。METABRIC 的核心动机即在于:只靠受体与组织学无法解释这种异质性。
METABRIC 队列由英国与加拿大五家肿瘤银行在约 1977–2005 年间采集的新鲜冷冻原发乳腺肿瘤构成,入组时间早于曲妥珠单抗(抗 HER2 靶向药)普及。患者以女性为主,入组时年龄平均/中位约 61 岁(范围 21–96 岁)。免疫组化(IHC)提供 ER/PR 状态,HER2 状态由 IHC 或 SNP6 拷贝数推断补充。
为什么需要 IntClust:受体分型不够用
仅凭 ER/PR/HER2 三个受体,临床上无法解释:为何同为激素受体阳性的患者,有人内分泌治疗长期不复发、有人却早期转移。经典 PAM50(Luminal A/B、HER2 富集、Basal-like)把表达谱细分了,但同为 Luminal A 的患者仍有不同命运。METABRIC 的关键洞见是把「基因拷贝数图谱」与「表达图谱」配对的同一批肿瘤做无监督整合——因为拷贝数变异(CNA)是最常在乳腺癌中驱动基因异常表达的机制之一(约 40% 基因的表达与 CNA/SNP 相关)。由此得到的分型同时反映了「基因组打乱了什么」和「哪些基因因此被误调节」,从而更能捕捉生物驱动的差异,而不只是表达层面的宏观分类。
IntClust 十型的生物学画像
下表综合 Curtis 2012 及病理复核研究,给出 IntClust 1–10 的典型占比、预后与驱动特征(各源统计口径不同,占比仅供参考):
| IntClust | 常见占比 | 预后 | 代表分子/基因组驱动 | 主要受体/亚型倾向 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 约 7% | 中 | 17q23 扩增、GATA3 突变、高基因组不稳定性 | 多 ER+(Lum B 倾向) |
| 2 | 约 4% | 差 | 11q13–14 扩增(CCND1/EMSY/PAK1),firestorm 型 | ER+(Lum B),高危 |
| 3 | 约 15% | 好 | 拷贝数变异少、PIK3CA/CDH1 突变 | ER+(Lum A),管状/小叶癌富集 |
| 4 | 约 17% | 好 | 低不稳定性、免疫相关基因上调 | ER+ 为主(部分三阴) |
| 5 | 约 10% | 差 | ERBB2 扩增 | HER2 富集为主 |
| 6 | 约 4% | 中 | 8p12 扩增(ZNF703)、高不稳定性 | ER+(Lum B) |
| 7 | 约 10% | 好 | 16p 增益/16q 缺失、MAP3K1 突变 | ER+(Lum A) |
| 8 | 约 15% | 好 | 1q 增益、16q 缺失、PIK3CA/GATA3 突变 | ER+(Lum A) |
| 9 | 约 7% | 中 | 8q 增益、20q 扩增、TP53 突变 | ER+(Lum B 倾向) |
| 10 | 约 11% | 差 | 5q 缺失、TP53 突变、高不稳定性 | 多为 Basal/三阴 |
(整理自 Curtis 2012 与 Guido et al. Archives of Medical Research 2020 综述表格;https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0188440920314867)
§2.3 临床任务定义
| 任务 | 定义 | 本数据集中的输入/标签 |
|---|---|---|
| 生存/复发预测 | 预测总生存(OS)或无复发生存(RFS)事件 | 输入:表达/CNA/临床特征;标签:OS_MONTHS + OS_STATUS 或 RFS_MONTHS + RFS_STATUS(右删失数据) |
| 分子亚型分类 | 判定样本的 PAM50/Claudin-low 或 IntClust | 输入:表达(PAM50)/ CNA+表达(IntClust);标签:官方已标注类别 |
| 多组学整合分型 | 无监督地融合多模态特征聚类 | 输入:CNA + 表达 + 突变 |
| 驱动基因发现 | 定位受拷贝数驱动、异常高/低表达从而可能致癌的基因 | 输入:cis-CNA/表达关联中的离群表达 |
§2.4 患者人群表
| 维度 | 描述 |
|---|---|
| 来源机构/地区 | 英国与加拿大共 5 家肿瘤银行(含剑桥、诺丁汉、伦敦及不列颠哥伦比亚相关中心) |
| 采集时间 | 约 1977–2005 年(曲妥珠单抗时代之前为主) |
| 样本类型 | 新鲜冷冻原发性乳腺肿瘤(含少量转移/复发生样本,见 sample 表) |
| 年龄 | 入组时平均/中位约 61 岁,范围 21–96 岁 |
| 性别 | 以女性为主 |
| 种族 | 未系统记录(cBioPortal 字段多为 Not Reported),推测以欧洲裔为主 |
| 就医类型 | 学术中心乳腺癌肿瘤库队列、多为原发手术前标本 |
§2.5 临床价值
METABRIC 的临床价值在于把「乳腺癌不是一个病,而是多个分子疾病」落实为带标签、可复用的数据资产。其 ER 阳性内部拆分(尤其 11q13/14 高危组 vs 无拷贝数低危组)提示:同属 Luminal 的患者对内分泌/化疗的反应与复发时间线可以相差很大。Rueda 等(2019)的晚期复发分析进一步刻画了 ER 阳性中容易在 5 年甚至 10 年后晚期复发的基因组亚型,为「长期随访才能捕捉乳腺癌复发异质性」提供了直接证据。对研究界而言,它是连接「分子分型」与「长期临床结局」最充分的公开队列之一。
从转化价值看,它服务于三个层面:
- 机制/分型研究:提供 IntClust 与驱动事件作为“分子异质性坐标”,供新签名对照其是否捕捉到新信息。
- 预后工具开发:超长随访 + 明确受体/分型,适合验证“谁会在多年后复发”的长期预后模型。
- 多组学方法研发:同一批肿瘤上有 CNA + 表达 + 突变三层,是检验整合算法的标准载体。
局限同样明显:队列年代与治疗背景(前曲妥珠单抗、欧洲裔为主)使其不能直接等同于当代临床人群,作为“研究级历史基准”使用最合适(见坑点 7)。
§2.6 金标准表
| 用途 | 划分/标签方式 | 标注者 | 性质 |
|---|---|---|---|
| IntClust 整合分型 | 无监督整合 CNA+表达聚类,得到 IntClust 1–10(cluster 4 细分为 4ER+/4ER−) | Curtis 等 2012 计算流程 | 共识/算法派生产物,非单一组织学金标准 |
| PAM50 + Claudin-low | 用 PAM50 基因集及 Claudin-low 特征对表达谱打分归类 | 各研究机构沿用 Perou 基因集 | 基因表达签名,非金标准诊断 |
| 受体状态 | 免疫组化(IHC)测 ER/PR,HER2 由 IHC 或 SNP6 推断 | 中心病理/临床实验室 | 临床常规检测 |
| 组织学类型/分级 | 中心病理复核(如 Mukherjee 2018 对 1,643 例复核) | 专业病理医师 | 组织学金标准 |
| 生存/复发 | 长期随访记录的 OS/RFS 时间与事件 | 临床随访数据库 | 结局金标准(存在删失) |
§3 数据集规格
§3.0 版本抉择矩阵
| 你的需求 | 推荐入口/版本 | 大小/性质 | 理由 |
|---|---|---|---|
| 快速跑生存/分型模型 | cBioPortal brca_metabric(TSV) | 数百 MB,处理好的 TSV | 临床+表达+CNA+突变齐备,可直接下载、无需 DAC |
| 需结构化 bundle + SNP 基因型等 | Synapse syn1688369 | 注册后 bundle | Sage Bionetworks 组织,含更多结构字段,签署使用条款即可 |
| 需要原始测序/芯片层做自研归一化 | EGA EGAS00000000083 | 原始层 | 但需 Data Access Committee 审批、周期长,通常非必需 |
| 做 R 分析快速上手 | MetaGxBreast(Bioconductor) | ExpressionSet 对象 | 直接取表达+表型,适合 R 生态 |
§3.1 模态详情
METABRIC 的核心模态是「拷贝数 + 表达」配对的主肿瘤谱,加靶向突变与临床随访:
| 模态 | 平台 | 粒度 | 可用样本规模(约) |
|---|---|---|---|
| 基因表达 | Illumina HumanHT-12 v3 芯片 | 探针/基因、log2 | 约 1,904 例有表达 |
| 拷贝数(CNA/CNV) | Affymetrix Genome-Wide Human SNP 6.0 | 分段(CBS/HMM)与基因层、编码 −2…2 | 约 2,173 例有 CNA(随入口不同) |
| 靶向体细胞突变 | Pereira 2016 的 173 基因 panel(另有补充 panel) | 基因-位点 | 2,433 例原发肿瘤 + 正常对照测序 |
| 临床病理 | 记录/中心复核 | 患者级 | 2,509 例 |
| 生存随访 | 临床随访库 | 患者级 | 约 10 年中位随访 |
注意:具体每层的样本数随入口(cBioPortal 版本)而略有差异,跨模态做分析前务必先对齐共同样本(见坑点 2)。
§3.2 各子集样本数
| 数据层/子集 | 样本数(约) | 来源/说明 |
|---|---|---|
| 总患者 | 2,509 | cBioPortal clinical_patient |
| 乳腺癌 + 乳腺肉瘤 | 约 2,506 例乳腺癌 + 3 例乳腺肉瘤 | 二次分析文献对 2,509 的构成拆分 |
| Curtis 2012 discovery | 997 例 | 原发肿瘤 |
| Curtis 2012 validation | 995 例 | 原发肿瘤 |
| Pereira 2016 靶向测序 | 2,433 例原发 + 650 例正常 | 532 例癌旁 + 127 例血 |
| DREAM7 挑战子集 | 980 例(500 训练 + 480 测试) | 早期版本生存子集 |
| 有 mRNA 表达 | 约 1,904–1,905 例 | 各源略有出入,以实际文件为准 |
§3.3 数据格式表
| 内容 | cBioPortal 文件 | 格式 |
|---|---|---|
| 患者临床 | data_clinical_patient.txt | 制表符分隔 TSV(前若干行为 # 注释头) |
| 样本临床 | data_clinical_sample.txt | TSV(含 INTCLUST 等样本级字段) |
| 基因表达 | data_mrna_illumina_microarray.txt(历史版本曾命名 agilent,见坑点 1) | 基因 × 样本矩阵,log2 |
| 拷贝数 | data_CNA.txt | 基因 × 样本矩阵,−2/−1/0/1/2 |
| 突变 | data_mutations_extended.txt | MAF 样长表 |
| 元数据 | meta_*.txt、LICENSE、case_lists | 说明与列表 |
§3.4 存储大小
cBioPortal 的 brca_metabric 数据包解压后约数百 MB:其中突变文件约 3.8 MB 量级、拷贝数文件约 100 MB 量级、表达文件约 500 MB 量级(随打包版本浮动)。作为参考,一条从 cBioPortal 拉取的 .zip 内 TSV 即为上述多文件组合。EGA 原始层因含芯片/测序原始数据而更大。
§3.5 标注方式
受体状态由免疫组化(ER/PR)与 SNP6/HIC(HER2)产生;分子分型(PAM50+Claudin-low、3-gene、IntClust)多为算法对表达/拷贝数谱的派生标签;组织学类型与分级由病理复核标注。因此本数据以「派生/算法标签 + 临床常规检测」为主,真正的人工金标准仅见于中心病理复核(如对 1,643 例组织学的复核)等。
§3.6 标注者资质与一致性
受体与组织学检测遵循各参与肿瘤中心的临床病理规范,并有集中复核(如 Mukherjee 2018 中心病理复核)用于研究级标注。分子标签(IntClust、PAM50)由固定算法产出、具有跨样本一致性,但依赖输入特征的版本与预处理,社区复现时须核对 cBioPortal 当前版本的定义(见坑点 3/6)。
§3.7 采集周期
标本主要采自约 1977–2005 年;生存随访延续至 21 世纪第二个十年,长期随访可达约 28 年,幸存者中位随访约 117 个月(范围 1–303 个月)。
§3.8 地域覆盖
英国(剑桥、诺丁汉、伦敦等)与加拿大(不列颠哥伦比亚省)学术中心为主,并以中心病理与实验室支撑研究级分子/组织学标注。
§3.9 设备规格
拷贝数使用 Affymetrix Genome-Wide Human SNP 6.0(约百万探针量级);表达使用 Illumina HumanHT-12 v3 BeadChip(约 2.4 万个转录本);体细胞突变采用定制靶向 panel(173 个核心乳腺癌驱动基因)。三者年代均在 2010 年前后技术成熟期,解析度低于当代 WGS/WES,跨队列需注意平台差异。
各平台与当代技术对比(影响跨队列比较的关键):
| 层面 | METABRIC | 当代 RNA-seq / WGS 队列 | 对分析的影响 |
|---|---|---|---|
| 表达 | Illumina HT-12 v3 芯片(探针/基因、log2) | RNA-seq(转录本/基因、计数或 TPM) | 动态范围与批次不同,需基因级映射与归一化 |
| 拷贝数 | Affymetrix SNP 6.0(分段,约 1 万区段级) | WGS 拷贝数(更高分辨率) | 细分局灶事件在芯片上可能被平滑 |
| 突变 | 173 基因靶向 panel | WES/WGS(全外显子/全基因组) | METABRIC 突变仅覆盖高频驱动基因,非全外显子 |
| 年代 | 约 2010–2012 产出 | 现代 | 探针注释、参考基因组版本需对齐 |
§3.10 深度溯源链
原发性乳腺肿瘤标本由五家英国/加拿大肿瘤库入组(约 1977–2005)→ 剑桥/不列颠哥伦比亚中心分别完成拷贝数与表达芯片检测 → Curtis 2012 整合分析并划分 IntClust → 数据以 EGA(原始层)与 cBioPortal/Synapse(处理层)分发 → Pereira 2016 补充 173 基因靶向突变 → 后续(Ali 2014、Rueda 2019 等)在长期随访与外部样本上验证与扩展。处理层与原始层的样本口径、字段版本可能不同,追溯时应以各入口随附的 meta 文件为准。
关于「处理层 vs 原始层」的准确对应关系,有以下值得注意的层次区分:
| 数据层 | 存放位置 | 内容 | 是否即用 |
|---|---|---|---|
| 原始芯片/测序 | EGA(DAC 管控) | .CEL、IDAT、BAM 等 raw | 否,需自归一化/注释 |
| 处理后的标准化表达 | cBioPortal / Synapse | 基因 × 样本 log2 或 z-score 矩阵 | 是 |
| 分段拷贝数 | EGA 部分数据集(CBS/HMM 分段) | 区段级 | 需基因汇总 |
| 基因级拷贝数与突变、临床 | cBioPortal | −2…2 矩阵、MAF、TSV | 是 |
因此,多数 AI 工作应直接使用「处理后的 cBioPortal/Synapse」层;EGA 仅在需要自研归一化或原始变异证据时才值得申请。
§4 数据结构
§4.0 目录树
从 cBioPortal「Data Sets」页搜索 metabric 并下载的压缩包解压后的预览(以 GitHub 上常见 brca_metabric 复现仓库结构为参考):
brca_metabric/
├── LICENSE
├── case_lists/
│ ├── cases_nat_comm_2016.txt
│ └── cases_nature_2012.txt
├── data_clinical_patient.txt # 患者级临床与生存(约 2,509 行)
├── data_clinical_sample.txt # 样本级字段(含 INTCLUST、PAM50 等)
├── data_gene_matrix.txt
├── data_gene_panel.txt
├── data_mutations_extended.txt # MAF 样突变(~3.8 MB)
├── data_CNA.txt # 基因层拷贝数(−2…2)
├── data_mrna_illumina_microarray.txt # 表达矩阵(log2)
├── meta_clinical_patient.txt
├── meta_clinical_sample.txt
├── meta_expression.txt
├── meta_mutations_extended.txt
├── meta_study.txt
├── validation_error_file.txt
└── validation_report.html
注:cBioPortal 正式下载入口为研究页的「Download」选项卡;文件名随 cBioPortal 版本可能微调(例如表达文件历史上有 data_mrna_agilent_microarray.txt 的命名,实为 Illumina 平台,见坑点 1)。
§4.1 DAIMS 字段字典(临床核心字段)
下表为 data_clinical_patient/data_clinical_sample 中常用于建模的字段:
| 字段名 | 类型 | 说明 | 示例值 | AI 用途 | 观测误差 | 信息性缺失编码 | 取值范围 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| PATIENT_ID | 文本 | 患者唯一标识 | MB-0000 | 关联主键 | 低 | — | 非空唯一 |
| AGE_AT_DIAGNOSIS | 数值 | 确诊年龄(岁) | 61.0 | 人口学协变量 | 低 | 缺失为 NaN | 21–96 |
| TYPE_OF_BREAST_SURGERY | 文本 | 手术方式 | MASTECTOMY | 治疗上下文 | 低 | 缺失 | MASTECTOMY/BREAST CONSERVING |
| ER_STATUS / ER_IHC | 文本/数值 | ER 状态 | Positive | 分层与标签 | 中(IHC) | 缺失为 NaN | Positive/Negative |
| PR_STATUS | 文本 | PR 状态 | Positive | 分层 | 中 | 缺失 | Positive/Negative |
| HER2_STATUS | 文本 | HER2 状态 | Negative | 分层 | 中(IHC/SNP6 推断) | 缺失 | Positive/Negative |
| GRADE | 文本/数值 | 组织学分级 | 3 | 病理特征 | 低 | 缺失 | 1–3 |
| TUMOR_SIZE | 数值 | 肿瘤大小(mm) | 25.0 | 协变量 | 低 | 缺失 | 正数 |
| INTCLUST | 文本 | 整合分型 | 2 | 分类/预后 | 中(依赖算法版本) | NA/缺失 | IntClust 1–10 等 |
| PAM50_AND_CLAUDIN_LOW_SUBTYPE | 文本 | 分子亚型 | LumA | 分类 | 中(签名依赖) | NA/缺失 | LumA/LumB/HER2/Basal/Claudin-low 等 |
| OS_MONTHS | 数值 | 总生存时间(月) | 120.0 | 生存结局 | 中(右删失) | — | 0–300+ |
| OS_STATUS | 文本 | 总生存事件 | 1:DECEASED | 生存标签 | 中 | — | 0:LIVING/1:DECEASED |
| RFS_MONTHS / RFS_STATUS | 数值/文本 | 无复发生存 | 60.0 / 0:NOT | 复发结局 | 中(删失) | — | — |
| MUTATION_COUNT | 数值 | 检出的突变数 | 5 | 肿瘤负荷代理 | 中 | 缺失 | 非负整数 |
组学矩阵字段字典(表达 / CNA / 突变)
除临床核心字段外,三张组学文件使用高度规整但各异的列结构,建模前需分别解析:
| 文件/字段 | 类型 | 说明 | 示例值 | AI 用途 | 观测误差/注意 |
|---|---|---|---|---|---|
| data_mrna:Hugo_Symbol | 文本 | 基因符号 | ESR1 | 行索引 | 个别旧符号随注释更新 |
| data_mrna:样本列 | 数值 | log2 表达强度 | 8.4 | 表达特征 | 芯片 log2,非 RNA-seq |
| data_mrna:Entrez_Gene_Id | 数值 | Entrez 基因 ID | 2099 | 去重/映射 | 读取时建议丢弃或转 symbol |
| data_CNA:样本列 | 整数 | 拷贝数编码 | 1(增益) | CNA 特征 | 必须理解 −2…2 语义(坑点 5) |
| data_mutations_extended:Tumor_Sample_Barcode | 文本 | 样本 ID | MB-XXXX | 关联主键 | 含 ./- 需统一 |
| data_mutations_extended:Hugo_Symbol | 文本 | 突变基因 | TP53 | 突变特征 | 仅 panel 覆盖基因 |
| data_mutations_extended:Variant_Classification | 文本 | 变异类型 | Missense_Mutation | 过滤/注释 | 需决定是否只保留非同义 |
| data_clinical_sample:sample_type | 文本 | 样本来源 | Primary | 样本过滤 | 排除非原发以免泄漏 |
| data_clinical_sample:INTCLUST | 文本 | 整合分型 | 2 | 标签 | 算法派生、版本敏感 |
§4.2 标签分布
METABRIC 的分子亚型分布以激素受体阳性 Luminal 为主(Luminal A 与 Luminal B 合计占多数),Basal-like 与 Claudin-low 相对较少;IntClust 各簇大小从约 4% 到约 17% 不等。由于不同入口/研究对「有哪几个模态的共同样本」取法不同,具体占比会变。例如:
| 分子亚型(PAM50 + Claudin-low) | 一个二次分析的共同样本占比(约) |
|---|---|
| Luminal A | 约 36% |
| Luminal B | 约 24% |
| Basal-like | 约 16% |
| HER2-enriched | 约 13% |
| Normal-like | 约 10% |
上表来自对 1,372 例共同样本的一次划分(Basal 218、HER2 181、LumA 500、LumB 335、Normal-like 138);不同研究因样本口径差异数值会变,应以你下载版本的实际计数为准。总体规律是Luminal 占多数、Basal/Claudin-low 等相对少,训练亚型分类器时需注意类不平衡(见 §6.6 与 §7.1)。
§4.3 关键统计
- 入组年龄平均/中位约 61 岁(范围 21–96 岁)。
- 幸存者中位随访约 117 个月(范围 1–303 个月)。
- 拷贝数编码:−2 纯合缺失 / −1 杂合缺失 / 0 中性 / 1 增益 / 2 高位扩增。
- 表达:mRNA 表达 log2 强度对约 1,904 例可用;z-score 版为相对全部样本标准化。
- 队列整体受体倾向:多数为激素受体阳性(ER+ 占高比例),与乳腺癌人群总体分布一致。
- 靶向测序突变负荷:多为 173 基因 panel 上数到数十个调用,需注意 panel 覆盖带来的负荷低估。
§4.4 数据层级
本数据为「患者 → 肿瘤样本 → 各模态测定结果」的层级,非影像堆叠层级:
患者(2,509)
└─ 原发性乳腺肿瘤样本(大多 1 例/患者;含少量转移/复发等 sample_type)
├─ 拷贝数谱(Affymetrix SNP6,分段/基因层)
├─ 表达谱(Illumina HT-12 v3)
├─ 靶向突变(173 基因 panel;仅 2,433 例有)
└─ 临床病理 + 生存随访
§4.5 缺失值 + 信息性缺失编码
各模态覆盖不一致是 METABRIC 最重要的工程事实:表达约 1,904 例、CNA 约 2,173 例、突变约 2,433 例有数据,而临床几乎全 2,509 例齐全。做多模态建模时,「无某模态数据」往往是结构性缺失而非随机缺失。建议:先确定你的共同样本集,再决定是丢弃、填补(需声明假设)还是用多模态专门框架处理。cBioPortal 文件以空值/NA 表示缺失,无统一哨兵值,读取时需显式处理。
为什么覆盖不一致?三点值得理解:
| 原因 | 说明 | 对分析的影响 |
|---|---|---|
| 测序panel晚于表达/CNA | 突变层(Pereira 2016)覆盖 2,433 例,晚于 2012 的表达/CNA | 突变只有一部分样本有,且依赖组织存量 |
| 表达芯片质检剔除 | 约 1,904 例通过质检有可靠表达 | 表达可用样本最少,常成为共同样本瓶颈 |
| 组织/标本可用性 | 肿瘤库切片的可测部分决定 CNA/表达 | 样本子集非完全随机,存在潜在选择偏差 |
因此:若你的研究只需表达 + 临床,实际可用约 1,900 例;若需表达 + CNA + 突变三模态,共同样本可能进一步收缩至千余例(具体以对齐结果为准)。建议在论文中报告「各层样本数 + 共同样本数」,而非只写 2,509。
§5 划分与使用建议
METABRIC 没有官方 train/test 划分。社区常用的划分口径如下:
5.1 官方/历史划分参考
- Discovery / Validation(Curtis 2012):997 / 995 例是论文分析层面的事实性拆分,但这两个集合并不作为后续机器学习训练/测试的官方切分复用。
- DREAM7(Bilal/Margolin 等)生存挑战:早期 980 例子集被分为 500 训练 + 480 测试,是社区流传最广的生存基准划分之一(用于 OS 预测)。
5.2 社区惯例划分
多数近年的生存/分型论文对 2,509 例或约 1,900 例表达可用样本做按患者分层的随机 70/30 或 5 折交叉验证。因一名患者一般只有一条原发样本,按样本划分即近似按患者划分;但仍要确认 sample_type 无异常重复。
5.3 划分泄漏风险(重点)
- 同源样本串扰:若把某患者样本同时放进训练与验证(或同患者不同样本散到两处),会抬高指标。
- 受体/亚型标签顺带编码治疗:ER、HER2 状态直接决定内分泌/抗 HER2 治疗,而治疗又影响生存。用「受体 + 生存」训练时,模型可能在“学习治疗倾向”而非纯生物学预后——跨时代泛化时尤其危险(见坑点 7)。
- IntClust 与特征共线性:IntClust 本由 CNA+表达聚类派生,若同时把表达原始特征和 INTCLUST 都作输入,会造成信息冗余/自证,评测“分型的独立预后价值”时应做特征剔除对照。
5.4 交叉验证建议
使用按患者的 StratifiedGroupKFold(以 cohort/site 或患者为 group、以 OS_STATUS 分层),报告 CI/C-index 时用 Uno 或逆删失加权估计,并做多次随机切分取均值方差。若目标是与 DREAM7 或其他论文比较,务必采用与对方完全相同的样本子集与字段口径。
5.6 样本类型与随访口径核对
开始建模前,建议先核对以下字段口径,避免把「样本」错当「患者」或混用结局:
| 需核对项 | 说明 | 常见误用 |
|---|---|---|
| sample_type | 区分 Primary / Normal / Metastasis / Recurrence | 把原发外样本混入,引入泄漏或异质 |
| 患者 vs 样本 | 多数患者 1 条原发样本,但个别有转移/复发 | 以为「样本数=患者数」成立的前提要确认 |
| OS vs RFS | OS_MONTHS 为总生存、RFS 为无复发生存 | 把 RFS 当 OS 或反之,风险定义错 |
| 随访时间单位 | 均为「月」 | 偶有把月当年的转换错误 |
| STATUS 编码 | 1:DECEASED/0:LIVING(冒号前数字) |
未 split 冒号导致事件全 NaN |
| 治疗字段 | Chemotherapy / Hormone / Radio / Surgery | 治疗是「结局的影响因素」,做结局预测时勿当纯协变量 |
5.7 外部验证建议
把模型在 METABRIC 上训练后,用 TCGA-BRCA、SCAN-B 等当代队列做外部验证;注意平台差异(芯片 vs RNA-seq)需归一化,人种/治疗时代差异会系统性地降低表现并引入校准偏差。
具体建议按三层验证递进:
- 同源交叉验证:先在 METABRIC 内做按患者分层折交叉(§5.4),确认模型在未见过的 METABRIC 样本上稳定。
- 平台迁移验证:换到当代、表达为 RNA-seq 的队列(TCGA-BRCA、SCAN-B),验证前先做基因级同源映射与批次归一化。
- 人群/公平性验证:若面向多元人群,用含较多非欧洲裔的队列(如 CBCS)做偏移与校准评估,量化人种/治疗时代影响(见坑点 7)。
§6 AI 就绪指南
本节代码针对 cBioPortal brca_metabric 下载的处理数据编写。请在下载并解压后,将目录结构调整为
data/前缀后运行。
§6.1 快速上手
# 目录结构预期:
# metabric_brca/ <- cBioPortal 解压出的数据包
# data_clinical_patient.txt
# data_clinical_sample.txt
# data_mrna_illumina_microarray.txt # 表达(不同版本文件名可能含 agilent,见坑点1)
# data_CNA.txt
# data_mutations_extended.txt
import pandas as pd
DATA = "metabric_brca"
# cBioPortal 临床文件以 '#' 注释头开头,必须用 comment='#' 读,否则列名错位(坑点3)
clin_p = pd.read_csv(f"{DATA}/data_clinical_patient.txt", sep="\t", comment="#",
index_col=0, low_memory=False)
clin_s = pd.read_csv(f"{DATA}/data_clinical_sample.txt", sep="\t", comment="#",
index_col=0, low_memory=False)
print(clin_p.shape, clin_p.columns.tolist()[:8])
print("患者行数:", len(clin_p))
最小可用子集:只用 data_clinical_patient.txt + data_clinical_sample.txt 即可做“临床特征预测生存”的基线;加入表达矩阵(约 1,904 例)与 CNA 后可做组学增强。
预期输出:运行上方脚本应打印类似
(2509, 39) [...]的患者表行数与若干列名。若len(clin_p)明显小于 2,509 或列为空,多半是#注释头未跳过或索引列取错(见坑点 3)。
§6.2 数据获取
| 入口 | 地址 | 门槛 |
|---|---|---|
| cBioPortal(推荐) | https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric | 无需登录即可下载 TSV;浏览器查询某些高级功能需登录 |
| Synapse | https://www.synapse.org/Synapse:syn1688369 | 注册 Sage Bionetworks 账号 + 同意条款 |
| EGA(原始层) | https://ega-archive.org/studies/EGAS00000000083 | Data Access Committee 审批 |
| R/Bioconductor | MetaGxBreast 包 | 直接拉取 ExpressionSet |
# cBioPortal 下载引导(手动步骤为主):
# 1) 打开研究页 -> 右上 "View/Download" -> 在弹窗里选想导出的分子与临床资料
# (临床、表达、拷贝数、突变可逐项导出)
# 2) 或到 Data Sets 门户搜索 "metabric" 下载整包 zip 并解压
print("完整 bulk 整包: cBioPortal 'Data Sets' 门户 -> search 'metabric' -> 下载 zip")
§6.3 预处理全流程
import numpy as np
import pandas as pd
# ---- 读取三张组学矩阵(均为 '#' 注释头 + 首行样本列名 + 基因行) ----
def read_matrix(path):
# 表达/CNA 矩阵:第1列 Hugo_Symbol,第2列 Entrez,其后为样本列
df = pd.read_csv(path, sep="\t", comment="#")
df = df.set_index("Hugo_Symbol")
df = df.drop(columns=[c for c in df.columns if c.lower().startswith("entrez")],
errors="ignore")
df.columns = [str(c).replace(".", "-") for c in df.columns] # cBioPortal 样本号带 '.'
return df
expr = read_matrix(f"{DATA}/data_mrna_illumina_microarray.txt")
cna = read_matrix(f"{DATA}/data_CNA.txt")
print("表达:", expr.shape, "| CNA:", cna.shape)
# ---- 突变转宽表(患者 x 关键驱动基因 0/1) ----
mut = pd.read_csv(f"{DATA}/data_mutations_extended.txt", sep="\t", comment="#",
low_memory=False)
mut["patient"] = mut["Tumor_Sample_Barcode"].str.replace(".", "-", regex=False)
mut_w = pd.crosstab(mut["patient"], mut["Hugo_Symbol"]) > 0
mut_w = mut_w.astype(int)
print("突变宽表:", mut_w.shape)
# ---- 临床整理生存标签 ----
def parse_status(s):
# cBioPortal OS_STATUS 形如 '1:DECEASED' / '0:LIVING'
return s.str.split(":").str[0].astype(float).astype("Int64")
clin = clin_p.copy()
clin["OS_event"] = parse_status(clin["OS_STATUS"])
clin["OS_time"] = pd.to_numeric(clin["OS_MONTHS"], errors="coerce")
# ---- 共同样本对齐:以有表达的样本为锚(坑点2) ----
anchor = set(expr.columns) & set(clin.index)
print("有表达且临床齐全的患者:", len(anchor))
标准化:基因表达矩阵本身已是 log2 强度;做跨基因/跨样本建模时建议再按样本 z-score,或使用 cBioPortal 提供的 z-score 文件;CNA 保持 −2…2 的有序类别。
分子亚型预测快速基线(示例)
复现/预测 PAM50 亚型时,可在「有表达 + 有标签」的子集上训练一个可解释分类器并报告宏观 F1:
<details>
<summary>展开:亚型分类基线(scikit-learn,约 30 行)</summary>
from sklearn.ensemble import GradientBoostingClassifier
from sklearn.model_selection import train_test_split
from sklearn.metrics import classification_report, f1_score
# anchor:§6.3 中同时有表达与临床的患者集合
lab = clin.loc[list(anchor), "PAM50_AND_CLAUDIN_LOW_SUBTYPE"].astype(str)
# 输入:以 PAM50 相关基因为主的小特征集(避免 24k 基因的高维稀疏)
feat_genes = ["ESR1","ERBB2","MKI67","GRB7","CCND1","GATA3","TP53","MYC"]
feat_genes = [g for g in feat_genes if g in expr.index]
Xsub = expr.loc[feat_genes].T.loc[list(anchor)].fillna(0)
# 丢弃标签缺失行,按标签分层切分
keep = lab.isin(["LumA","LumB","Her2","Basal","claudin-low","NC"]) # 依你数据的类名调整
Xsub, y = Xsub[keep], lab[keep]
Xtr, Xte, ytr, yte = train_test_split(
Xsub, y, test_size=0.3, stratify=y, random_state=0)
clf = GradientBoostingClassifier(random_state=0).fit(Xtr, ytr)
print("测试集 macro-F1:", f1_score(yte, clf.predict(Xte), average="macro"))
print(classification_report(yte, clf.predict(Xte)))
注意:类名以你下载版本的实际取值为准(不同版本可能有 NA/unknown);对不平衡类用 macro-F1 而非 accuracy 报告。
</details>
§6.4 PyTorch 生存 DataLoader(完整可运行)
以下代码构造一个「临床 + 少量表达特征」的表型数据加载器,标签为 (OS_time, OS_event),可平滑替换为 Cox/DeepSurv 训练:
import torch
from torch.utils.data import Dataset, DataLoader
class MetabricSurvival(Dataset):
def __init__(self, X, y_time, y_event, genes=None):
# X: DataFrame(患者 x 特征);y_time/y_event: pd.Series
self.X = torch.tensor(X.values, dtype=torch.float32)
self.t = torch.tensor(y_time.values, dtype=torch.float32)
self.e = torch.tensor(y_event.fillna(0).values, dtype=torch.float32)
def __len__(self):
return len(self.X)
def __getitem__(self, i):
return self.X[i], self.t[i], self.e[i]
# 例:选一组表达基因 + 临床列做输入
genes = ["ESR1", "ERBB2", "MKI67", "PGR", "TP53"] # 需存在于表达矩阵
X = pd.DataFrame(index=anchor)
X["age"] = clin.loc[list(anchor), "AGE_AT_DIAGNOSIS"].astype(float)
for g in genes:
X[g] = expr.loc[g, anchor].values if g in expr.index else np.nan
X = X.fillna(X.median())
X = (X - X.mean()) / (X.std() + 1e-8)
t = clin.loc[list(anchor), "OS_time"]
e = clin.loc[list(anchor), "OS_event"]
ds = MetabricSurvival(X, t, e)
dl = DataLoader(ds, batch_size=64, shuffle=True)
Xb, tb, eb = next(iter(dl))
print("batch shapes:", Xb.shape, tb.shape, eb.shape)
说明:真实 Cox/DeepSurv 负对数似然损失较复杂,此处给出数据装载骨架;评估用 C-index(§6.9)。
完整可运行的 Cox 生存训练(lifelines)
若使用 Python 生存库 lifelines,可把上方 X/t/e 直接喂给 CoxPHFitter 得到带显著性的生存模型:
<details>
<summary>展开:Cox PH 生存训练与绘图(约 40 行,可运行)</summary>
# 前置:运行 §6.3 得到 X(标准化的 DataFrame)、t=OS_time、e=OS_event
# 确保 X 无 NaN、t 为正(>0 月)、事件 0/1
from lifelines import CoxPHFitter
import pandas as pd
cox_df = pd.concat([
X.reset_index(drop=True),
pd.DataFrame({"T": t.values.astype(float),
"E": e.values.astype(float)}),
], axis=1)
# 若存在 T<=0 或缺失,做受控清洗:仅保留 T>0 且非空
cox_df = cox_df[(cox_df["T"] > 0) & cox_df["T"].notna()].dropna(subset=X.columns)
cph = CoxPHFitter(penalizer=0.05) # 少量 L2 防过拟合高维特征
cph.fit(cox_df, duration_col="T", event_col="E", show_progress=False)
cph.print_summary() # 输出每个特征的 coef / HR / p 值
# 在整折内的判别:Harrell C(等价 §6.9 的 cindex)
print("C-index (全样本近似):", cph.concordance_index_)
# 训练/测试划分,避免高估
from sklearn.model_selection import train_test_split
tr, te = train_test_split(cox_df, test_size=0.3, stratify=cox_df["E"], random_state=0)
cph2 = CoxPHFitter(penalizer=0.05).fit(tr, duration_col="T", event_col="E")
print("测试集 C-index:", cph2.concordance_index_(te))
建议进一步:用网格调 penalty、做按患者的多折 CV、并对删失做逆概率加权估计 Uno C 后再定结论。
</details>
§6.5 坑点(8 个)
⚠️ 坑点 1:表达文件名与平台标注自相矛盾(分类:工程陷阱)
问题:cBioPortal 某些版本把表达文件命名为
data_mrna_agilent_microarray.txt,但 METABRIC 的表达实际测于 Illumina HumanHT-12 v3 芯片,并非 Agilent。文件名的“agilent”具误导性,会让使用者按错误的平台做归一化或误判批次。
症状:按 Agilent 平台做 pre-processing/探针注释时,基因标识对不上或批次效应分析方向错误;网上教程也常以讹传讹。
解决:
- 简单方法:认准实际内容——检查文件头部与 meta_expression.txt,确认真实平台为 Illumina HT-12 v3,不要被文件名误导。
- 进阶方法:跨平台(METABRIC vs RNA-seq 队列)比较时,一律用基因级(symbol)而非探针级,必要时以对应平台注释做同源映射。
- SOTA 方法:在 meta 文件缺失时,用一小组已知标记基因的表达指纹校验平台归属。
参考:https://github.com/cBioPortal/cbioportal/issues/9820
⚠️ 坑点 2:各模态样本数不一致,需按共同样本对齐(分类:预处理陷阱)
问题:mRNA 表达约 1,904 例、CNA 约 2,173 例、突变约 2,433 例,而临床接近全 2,509 例;各层并非同一批样本全覆盖。
症状:直接把不同模态矩阵按列并接,会产生大量 NaN 或隐含重复;在多模态模型里未对齐会得到错误样本数或意外泄漏。
解决:
- 简单方法:取各层样本 ID 的交集作为共同样本锚点,如 §6.3 所示用
set(expr.columns) & set(clin.index)。- 进阶方法:记录“某患者缺某模态”本身——可做模态存在性的二值协变量,或报告按模态覆盖分层的完整性分析。
- SOTA 方法:使用专为多模态设计、可容缺失模态的架构(如基于图/注意力的融合),并在论文中报告共同样本数与各层单独样本数。
参考:https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/pmid/38474033/
⚠️ 坑点 3:cBioPortal 临床 TSV 前若干行为
#注释头(分类:工程陷阱)问题:data_clinical_patient.txt 等文件顶部有多行以
#开头的元数据注释,其后才是真正表头。
症状:直接pd.read_csv(file, sep="\t")会把注释当数据,导致首列名错位、字段名变成注释串、OS_STATUS等列缺失或全 NaN。
解决:
- 简单方法:读取时加
comment="#",让 pandas 自动跳过注释行。- 进阶方法:用
skiprows先定位到含真正表头的那一行(表头行不以#开头),再读取;注意 cBioPortal 有些文件表头前是 1–4 行#。- SOTA 方法:写一个健壮的 cBioPortal 读取函数,同时容忍
#头与空行,并对关键列名断言存在。
参考:http://galaxyproject.github.io/training-material/topics/statistics/tutorials/flexynesis_cbio_import/tutorial.html
⚠️ 坑点 4:把 EGA“原始层”当作处理后的直接可用数据(分类:工程陷阱)
问题:原始芯片/测序层在 EGA(EGAS00000000083)需 DAC 审批且门槛高;而它只是 raw 数据,还要自做归一化、探针注释与分段才到 Curtis 的处理态。许多教程仍建议“去 EGA 要数据”。
症状:申请周期长、迟迟拿不到;即使拿到,后续归一化工作量巨大,与已有 cBioPortal 处理数据难以直接对拍。
解决:
- 简单方法:绝大多数 AI 任务直接用 cBioPortal 处理后的 TSV(表达 log2、CNA −2…2、突变 MAF),无需碰 EGA。
- 进阶方法:确需原始层做自研流程时,先取得 DAC 批准,再用 snm 等框架做归一化,并与 cBioPortal 处理值做一致性校验。
- SOTA 方法:记录从原始层到处理态的完整 pipeline 并开源,保证可追溯与可复现。
参考:https://test.biostars.org/p/82999/ 与 https://www.biostars.org/p/358600/
⚠️ 坑点 5:CNA 是分段/基因层,须理解 −2…2 语义并正确汇总(分类:标签理解)
问题:拷贝数数据以分段(CBS/HMM)与基因层给出,编码 −2 纯合缺失、−1 杂合缺失、0 中性、1 增益、2 高位扩增;按基因/区间建模前需正确解读与可选汇总。
症状:把“1(增益)”当成离散类别之外的连续值,或把基因层 CNA 错当成等位基因具体拷贝数,得到错误的生物学解释与特征工程。
解决:
- 简单方法:直接使用基因层 CNA 编码 −2…2 作为有序特征或 one-hot。
- 进阶方法:需要连续度量时,从 EGA/CBS 分段文件取基因覆盖区段的均值(如 DREAM7 的做法),而非用整数档。
- SOTA 方法:对“驱动性扩增”建模时,结合 cis-表达离群来判定真实的功能性事件,避免把 passenger 拷贝数噪声纳入特征。
参考:http://www.ploscompbiol.org/article/info:doi/10.1371/journal.pcbi.1003047
⚠️ 坑点 6:混淆不同“队列版本”样本口径(2000 例 vs 2509 例 vs DREAM7 980 例)(分类:评估误用)
问题:Curtis 2012 标题是“2,000 breast tumours”,总库又常被称 2,509 例,而 DREAM7 只用了 980 例子集——不少论文与复现混淆这些口径。
症状:声称“在 2,509 例上训练”,实则是早期 980/1,995 子集;或把不同版本的标签、字段混用,导致结果无法与他文对拍。
解决:
- 简单方法:写清自己用的样本数、cBioPortal 下载日期与文件版本;用
len(clin)打印实际行数核对。- 进阶方法:若要复现某论文,严格采用其样本子集与字段版本,勿用更新的 cBioPortal 数据自行增删样本后再“声称同口径”。
- SOTA 方法:同时报告子集与全集的指标,量化口径影响。
参考:http://www.ploscompbiol.org/article/info:doi/10.1371/journal.pcbi.1003047 与 https://datacatalog.mskcc.org/dataset/11457
⚠️ 坑点 7:历史队列(前曲妥珠单抗、欧洲裔为主)泛化到当代/多元人群(分类:偏倚陷阱)
问题:METABRIC 采集于约 1977–2005 年、治疗多为曲妥珠单抗时代之前,且人种以欧洲裔为主;把它当“当代乳腺癌现状”会系统性误导。
症状:模型在 TCGA/SCAN-B 等当代队列上表现骤降,尤其在 HER2 阳性与接受当代靶向治疗的患者中校准偏差明显;对非欧洲裔人群的适用性无从保障。
解决:
- 简单方法:仅在论文中把 METABRIC 当作“基因组分型/预后的历史基准”,避免宣称当代治疗结局。
- 进阶方法:用当代、含多元人群的队列(TCGA-BRCA、SCAN-B、CBCS)做外部验证并报告校准。
- SOTA 方法:做跨队列迁移与校准研究时,把人种、治疗时代作为显式协变量/敏感度分层,量化其影响。
参考:https://dx.doi.org/10.1158/2767-9764.CRC-22-0267
⚠️ 坑点 8:生存数据右删失与 OS/RFS 的编码解读(分类:评估误用)
问题:OS_STATUS 形如
1:DECEASED/0:LIVING,RFS_STATUS 类似;若直接当“二元死/活”分类而忽略时间与删失,或用错了结局定义(总生存 vs 无复发生存),会得出失真结论。
症状:把右删失患者当“未发生”而丢弃时间信息,C-index/AUC 评估口径混乱;把 OS 当 RFS 或反之,风险定义完全错误。
解决:
- 简单方法:用生存分析(Kaplan–Meier、Cox、C-index),不要把删失样本当失败样本;解析 STATUS 时用冒号前数字(见 §6.3 parse_status)。
- 进阶方法:区分 OS 与 RFS 两个结局,明确终点并核对字段(RFS_MONTHS vs OS_MONTHS)。
- SOTA 方法:对晚期复发研究,用 Fine–Gray 或考虑竞争风险,并报告长期随访特有的删失结构。
参考:https://pmacdasci.github.io/IntroR/vignettes/5_Exploring_Metabric.html
§6.6 数据增强(按模态区分)
安全 ✅:对 CNA 与表达做特征级鲁棒性增强——加性高斯噪声扰动(正则化视角)、dropout 式特征掩码、批次的组合/交换采样;对表达签名(PAM50/IntClust)做标签平滑。这些不破坏生物学先验。
危险 ❌:对样本做“近似重复”的合成——例如把同患者再采样当新样本,或对生存时间做插值/伪造事件;用 GAN 等生成“看起来合理”的肿瘤谱但无生物学验证,会造成标签与特征错位和虚假指标。
一组安全增强的 Python 示意(在 DataLoader 内做特征噪声,不引入新样本):
import torch
def noisy_batch(Xb, noise=0.02):
return Xb + noise * torch.randn_like(Xb) # 轻度特征噪声,等价隐式正则
关键原则:增强发生在批量特征上,绝不复制患者样本或篡改生存时间;任何“合成样本”都要先做分布校验与专家复核。
§6.7 模型推荐表
| 任务 | 推荐模型 | 理由 |
|---|---|---|
| 生存预测(临床+组学) | Cox/DeepSurv + 梯度提升生存 | 处理右删失、解释性好、文献可比 |
| 分子亚型分类 | 逻辑回归/GBDT + 少量表达特征 | 样本够、特征强,线性/树模型足矣 |
| 多组学整合 | 图注意力网络(如 MOGAT 思路)/ 深度堆叠 | 显式建模跨模态关系,可处理缺失模态 |
| 驱动基因发现 | cis-CNA-表达离群统计 | 生物学定位而非预测 |
选型逻辑速记:先跑临床基线(Cox/GBDT),确认“是否有增量价值”;再逐层加表达、CNA、突变,观察 C-index 增量。只有当简单的线性/树模型明显触顶、且你需要显式的跨模态交互或缺失模态容忍时,才引入图/深度学习整合——避免为“看起来先进”而无谓复杂化。
§6.8 硬件需求表
| 方案 | 内存 | GPU | 说明 |
|---|---|---|---|
| 仅临床基线(Cox/GBDT) | 4 GB | 无 | 秒级训练 |
| 临床 + 数千表达基因 | 8–16 GB | 可选 | 特征约数千维 |
| 全表达 + CNA + 突变多模态 | 16–64 GB | 建议 1× 中端 GPU | 矩阵对齐与融合占内存大 |
§6.9 评估指标代码(C-index)
# 生存判别性能:C-index / Harrell C(时间-事件数据)
from sksurv.metrics import concordance_index_censored
# 若需 Uno C / time-dependent AUC,推荐 lifelines 与 sksurv。
def cindex(y_time, y_event, scores):
# scores 越高风险越大(如 Cox 线性预测)
return concordance_index_censored(y_event, y_time, scores)[0]
建议同时报告 Uno 的 C 指数(10 年截断)与区分 OS/RFS;单纯 AUC 无法体现删失结构。
Kaplan–Meier 与 log-rank 可视化
配合生存模型,常用 KM 曲线比较不同 IntClust/受体层的生存差异:
<details>
<summary>展开:KM 生存曲线与 log-rank(约 20 行)</summary>
from lifelines import KaplanMeierFitter
from lifelines.statistics import logrank_test
import matplotlib.pyplot as plt
kmf = KaplanMeierFitter()
plt.figure(figsize=(7, 5))
# 按 INTCLUST 是否高危(示例:以 IntClust 2/10 视为高危 vs 其余)分组比较
high_risk = clin.loc[list(anchor), "INTCLUST"].astype(str).isin(["2", "10"])
t_all = clin.loc[list(anchor), "OS_time"].astype(float)
e_all = clin.loc[list(anchor), "OS_event"].astype(float)
for name, mask in [("低危", ~high_risk), ("高危", high_risk)]:
kmf.fit(t_all[mask], event_observed=e_all[mask], label=name)
kmf.plot_survival_function()
lr = logrank_test(t_all[high_risk], t_all[~high_risk],
event_observed_A=e_all[high_risk],
event_observed_B=e_all[~high_risk])
print("log-rank p =", round(lr.p_value, 5))
plt.xlabel("Months"); plt.ylabel("Overall survival")
plt.tight_layout(); plt.show()
分组仅作演示;实际高危定义应以文献或 IntClust 的既定预后分组为准(见 §2 表)。
</details>
§6.10 MLOps 笔记
- 版本锁定:下载后记录 cBioPortal 下载日期与整包 hash;METABRIC 处理数据会随 cBioPortal 更新,跨复现需固定版本。
- 可复现:把 §6.3 的读取/对齐脚本与数据版本一并纳入仓库(如用 DVC/
dvc add记录解压包)。 - 合规:遵循各分发点协议;研究/非商业用途一般可接受,但公开发布下游数据或用于商业需重新评估。
- 特征归一化只在训练集拟合:对表达 z-score 的均值/标准差只应在训练折内估计,避免数据泄漏。
- 资源/成本提示:全 2,509 例的临床+数千基因特征,单机 CPU 即可完成 Cox/GBDT 基线;多模态全矩阵融合才需要 GPU。先在 <1 分钟的基线跑通,再决定是否上多模态大模型。
- 监控运行中异常:对 OS_STATUS 解析失败(全 NaN)、对齐后样本数骤减、C-index 异常贴近 1 等情况,设置断言并在 pipeline 早期拦截。
§7 质量评估与局限性
§7.1 已知偏倚表
| 偏倚类型 | 描述 | 严重程度 | 缓解 |
|---|---|---|---|
| 时间/治疗时代 | 前曲妥珠单抗时代(约 1977–2005 采集) | 高 | 仅当历史基准,做当代队列外部验证 |
| 人种/地理 | 欧洲裔、英加为主 | 高 | 跨队列/人群验证,避免绝对化 |
| 模态覆盖 | 表达约 1,904 例而 CNA/突变覆盖更广 | 中 | 明确共同样本,报告各层覆盖 |
| 平台差异 | 芯片表达 vs 后续 RNA-seq 队列 | 中 | 基因级/签名级比较,谨慎跨平台 |
| 病理/受体方法学 | IHC 与 SNP6 推断 HER2 并存 | 中 | 分层敏感度分析 |
§7.2 标注质量
受体/组织学遵循参与中心临床病理规范并有集中复核;分子标签由算法派生、版本敏感。总体质量高、适合分型与生存研究,但标签“口径版本”需要在复现时核对。
对标注质量的进一步拆解:
| 标签类型 | 生成方式 | 质量特点 | 使用注意 |
|---|---|---|---|
| ER/PR(IHC) | 临床病理 | 临床常规,较可靠 | 不同中心阈值可能微异 |
| HER2 | IHC + SNP6 推断 | 双来源,需看字段是 IHC 还是 SNP6 | 当代以 FISH 为准,历史数据有偏差 |
| 组织学类型/分级 | 中心病理复核(如对 1,643 例复核) | 研究级人工金标准 | 与 IntClust 强关联但非充分替代 |
| PAM50/Claudin-low | 表达签名算法 | 版本敏感(基因集/归一化) | 与 IntClust 同源输入,避免共线性 |
| IntClust 1–10 | 整合聚类(Curtis 2012) | 共识派生、跨样本稳定 | 版本/预处理不同会变,需对齐 |
| OS/RFS | 长期随访 | 有删失、超长随访 | 必须按生存分析处理 |
总体而言,METABRIC 的分子标签是为「分型发现」而设计并得到跨样本/跨队列验证的(见 §2.6 与 §7.8),但其“金标准”属性弱于人工病理复核,宜视为「算法共识标注」而非临床诊断金标准。
§7.3 泛化性表
| 泛化场景 | 失效风险 | 证据/说明 |
|---|---|---|
| 训练集内新样本 | 低 | 数千例原发肿瘤,特征成熟 |
| 当代治疗(抗 HER2 靶向等) | 中–高 | 队列治疗时代旧,当代结局外推有限 |
| 非欧洲裔人群 | 高 | 人种未系统记录、推测欧洲裔为主 |
| 不同平台(RNA-seq) | 中 | 需归一化与基因级映射 |
| 长期(>10 年)结局 | 中 | 有超长随访,但删失随年代上升 |
§7.4 伦理
原始数据为受管控受试者数据,须经 EGA DAC 批准获取;处理数据在 cBioPortal/Synapse 提供时附使用协议。研究应遵守各机构伦理与数据使用条款;因多为人源肿瘤基因数据,去标识化与再标识风险需持续评估(cBioPortal 侧按免登录/登录分级开放)。
研究者自查清单(YMYL 类建议):
- 获取前确认你的机构与用途是否符合对应分发点条款(研究/非商业 vs 商业)。
- 避免用处理数据反推可识别的个体信息;不发布去标识化不足的衍生子集。
- 若做临床转化意图的研究,明确这不是经审批的临床验证,且需后续独立监管审批。
- 涉及特定人群/公平性结论时,明确该队列无法代表全球人群的边界(见 §7.5)。
§7.5 公平性
由于队列基本为欧洲裔女性、采集年代局限,它无法代表全球乳腺癌人群。基于 METABRIC 训练的模型应用于非欧洲裔/当代患者时公平性风险高;应结合含更多元人群的队列做偏移评估,并在论文中明确适用人群边界。
具体建议:
- 不要用 METABRIC 占比/均值的“常态”推及全球——它反映英加学术中心的采集史。
- 跨人群应用前,至少在有更多元人群的数据(如 CBCS、SCAN-B 或当代多中心)上做校准与亚组性能分解。
- 在论文 limitation 中明示:人种未系统记录、欧洲裔为主,公平性结论需更多元数据支撑。
§7.6 数据漂移
METABRIC 是“冷冻的历史快照”,本身不再新增样本;主要“漂移”来自处理数据的入口版本更新(cBioPortal 偶有字段/文件变动)与后续追加注解。对比历史论文时应锁定版本,勿混用不同快照。
§7.7 DAIMS 24 项评估表
| # | 检查项 | 状态 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 1 | 宽格式 | ✅ | 临床为患者行,表达/CNA 为基因 × 样本矩阵,语义清晰 |
| 2 | 唯一标识 | ✅ | PATIENT_ID / 样本 ID 唯一,可关联主键 |
| 3 | 特殊字符 | ⚠️ | 样本号含 ./-,读取时需统一,避免串样本 |
| 4 | 重复行 | ✅ | 患者临床基本无重复;合并版本需自查 |
| 5 | 缺失编码 | ⚠️ | 各模态缺数用 NaN/空,无统一哨兵值 |
| 6 | 标签标识 | ✅ | 分子亚型/IntClust 有明确类目 |
| 7 | 罕见类分组 | ✅ | Basal/Claudin-low 等相对少,模型需注意类平衡 |
| 8 | 偏倚评估 | ⚠️ | 人种/治疗时代偏倚存在但数据不记录人种,难直接量化 |
| 9 | 数据字典 | ✅ | cBioPortal meta 文件与多方文档较全 |
| 10 | 信息性缺失解释 | ✅ | 各模态覆盖不同,需解释结构性缺失 |
| 11 | 设备记录 | ✅ | 平台(芯片/SNP6/panel)记录清晰 |
| 12 | 共线性 | ⚠️ | IntClust 由 CNA+表达派生,与特征冗余需处理 |
| 13 | 编码映射 | ✅ | −2…2 拷贝数、受体/亚型编码明确 |
| 14 | 时间戳处理 | ⚠️ | 诊断时间被脱敏/移除,绝对年代不可用 |
| 15 | 划分建议 | ❌ | 无官方 train/test 划分,需自建 |
| 16 | 泄漏讨论 | ✅ | 同源样本/受体-治疗串扰风险已在 §5.3 讨论 |
| 17 | 标签分布 | ✅ | §4.2 提供分子亚型分布示例 |
| 18 | 测量偏倚 | ⚠️ | IHC 与 SNP6 推断 HER2 并存 |
| 19 | 外部验证建议 | ✅ | §5.7 明确用当代队列验证 |
| 20 | 版本记录 | ✅ | 时间轴与 cBioPortal 版本记录 |
| 21 | 预处理脚本 | ⚠️ | 官方无一键 pipeline;社区有复现仓库(§8.7) |
| 22 | 合规要求 | ✅ | EGA/cBioPortal/Synapse 使用条款需遵守 |
| 23 | 多模态对齐 | ⚠️ | 无开箱对齐工具,需手动做共同样本 |
| 24 | 去标识化 | ✅ | 公开处理数据去标识化;原始层受 DAC 管控 |
DAIMS 评分:19 / 24(✅ ×15 + ⚠️ ×8 + ❌ ×1;按 ✅=1、⚠️=0.5、❌=0 计分)
评分解读:METABRIC 作为有 2,509 例、跨 CNA/表达/突变/临床/生存的多组学队列,在唯一标识、宽格式、编码映射、合规与去标识化等“数据可信”维度表现优异;失分集中在“AI 工程就绪”维度——无官方划分、多模态样本对齐需手工、预处理无一键脚本、时间戳被移除。
对你意味着什么:别期待“解压即训”。落地时请自带三样东西——按患者的划分策略(§5)、把约 1,904/2,173/2,433 例对齐到你的共同样本的脚本(§6.3),以及固定的数据版本记录(§6.10);在论文中把“METABRIC 仅作历史基准、需当代队列外部验证”写清楚。这样做,其余“可信”维度的高分就能转化为稳定的、可对拍的实验。
§7.8 外部验证矩阵
| 外部数据集/场景 | 来源机构 | 评估任务 | 性能指标 | 相对内部变化 | 关键发现 |
|---|---|---|---|---|---|
| 7,500+ 例多中心样本(Ali 2014 汇合验证) | 多机构(Genome Biol 2014) | 复现 IntClust 分布与临床特性 | 各簇占比与预后一致性 | 稳定 | 用 612 基因替代特征在外部样本重现 IntClust,证实分型可迁移 |
| TCGA-BRCA 等当代队列 | TCGA / 各研究 | 交叉验证模型迁移 | 判别性能与校准 | 下降 | 平台/人种/治疗时代差异导致系统偏差,需归一化与校准 |
| 早期 DREAM7 评测 | Dream/DREAM 社区 | OS 预测基准 | C-index | 作为基线 | 确立了 METABRIC 生存建模的评测口径与不同模型的对比框架 |
§8 基准性能与生态
§8.1 排行榜
| 排名 | 模型/方法 | 性能(示意) | 年份 | 关键技术 | 完整引用 | 代码 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 基准 | DREAM7 多模型集成 | 生存 C-index 由参赛者估计 | 2013 | 多特征选择 + Cox/生存集成 | Margolin AA, et al. Systematic analysis of challenge-driven improvements in molecular prognostic models for breast cancer. Sci Transl Med 2013 | 部分存于 Synapse |
| — | 各类 ML 生存(GBM/SVM/ANN) | 随特征选择与切分变化 | 2018– | K-means 降维 + 生存预测 | Kim et al., PMC6238199 (Cureus/J Invest Med 类) | 复现仓库 |
| — | MOGAT 图注意力 | 亚型预测在 METABRIC 上评测 | 2024 | 多组学图整合 | MOGAT, PMC38474033 (Cancers) | GitHub |
⚠️ 注:METABRIC 没有统一、被广泛认可的官方排行榜;上表仅为代表性方法与评测任务,指标随样本子集/字段口径不同而不可直接比较。跨论文对比必须先核对 §6 的版本与划分。
§8.1b 代表性方法与任务(非完整榜单,供选型参考)
| 任务 | 代表性方法 | 输入模态 | 评测要点 | 完整引用 | 代码/来源 |
|---|---|---|---|---|---|
| 总生存预测 | DREAM7 社区多模型 | 表达 + 拷贝数 + 临床 | C-index / OS | Margolin AA, et al. Sci Transl Med 2013 | Synapse |
| 生存预测(ML 对比) | GBM/SVM/ANN + 特征选择 | 临床 + CNA/表达 | ROC / C-index / CS | 二次分析(PMC6238199 类文献) | 复现仓库 |
| 多组学亚型预测 | MOGAT 图注意力整合 | CLI+CNA+EXP+MUT+MET | 亚型分类 | MOGAT(PMC38474033,Cancers 2024) | GitHub |
| 驱动/机制 | cis-CNA-表达离群定位 | CNA + 表达 | 定位候选驱动基因 | Curtis 2012 | — |
| IntClust 迁移验证 | 612 基因表达替代 | 表达 | 各簇占比/预后一致 | Ali HR, et al. Genome Biol 2014 | — |
§8.2 SOTA 总结与选型建议
当前并无单一“METABRIC SOTA”。对生存预测,社区经验是用临床 + 表达/拷贝数特征、以 Cox/GBDT 家族为强基线已不易超越;对分子分型,PAM50/IntClust 的官方标签与特征同源,自训分类器主要价值在速度与可解释而非精度跃升。多组学整合(图/注意力)方法的价值更多体现在“可容缺失模态 + 跨模态关系可解释”,选择时应以你的资源与解释需求为准。
§8.3 评测协议
建议遵循 DREAM7 确立的口径:明确样本子集、删失处理、时间轴起点(诊断)、OS 或 RFS 终点、以及 C-index(建议加 Uno C)。报告训练/验证/测试或交叉验证均值与方差,并用固定种子与固定数据版本保证可复现。
一个可复现的评测协议模板如下:
| 协议项 | 建议值/说明 |
|---|---|
| 样本子集 | 明确说明用全集 2,509 还是表达可用 ~1,904;记录 cBioPortal 下载日期与版本 |
| 划分 | 按患者分层(StratifiedGroupKFold),同患者样本不跨折(§5.3) |
| 时间轴 | 从诊断起算,单位月;删除 T<=0 的异常 |
| 终点 | 明确 OS 还是 RFS;若 RFS 需核对 RFS_MONTHS/RFS_STATUS |
| 删失 | 用逆删失加权或 Uno C;避免把删失当事件(坑点 8) |
| 指标 | Harrell C 或 Uno C(10 年截断)+ 必要时 time-dependent AUC;连续报告均值 ± 方差 |
| 版本/种子 | 固定 random_state 与数据 hash,纳入 DVC/仓库 |
| 可解释 | 附 Cox 单变量/多变量 HR 与显著基因,便于与他文对照 |
§8.4 相关数据集表
| 数据集 | 与 METABRIC 关系 | 特色 |
|---|---|---|
| TCGA-BRCA | 互补的当代多平台队列 | WES/WGS + 更多模态,2006 后采集 |
| SCAN-B | 瑞典前瞻大队列 | 当代诊疗背景下,跨验证用 |
| CBCS(卡罗来纳乳腺癌研究) | 多元人群补充 | 含较多非裔,公平性研究用 |
| Oslo2 / MicMa | 挪威独立验证队列 | DREAM7 及后续研究的外部队列 |
§8.5 关键论文 Top6
- Curtis C, et al. The genomic and transcriptomic architecture of 2,000 breast tumours reveals novel subgroups. Nature, 486(7403):346–352, 2012. doi:10.1038/nature10983. — 提出 IntClust 1–10 整合分型,METABRIC 奠基作。
- Pereira B, et al. The somatic mutation profiles of 2,433 breast cancers refines their genomic and transcriptomic landscapes. Nat Commun, 7:11479, 2016. doi:10.1038/ncomms11479. — 补齐 173 基因靶向突变层。
- Ali HR, et al. Genome-driven integrated classification of breast cancer validated in over 7,500 samples. Genome Biol, 15:431, 2014. doi:10.1186/s13059-014-0431-1. — 612 基因替代 + 跨样本验证 IntClust。
- Rueda OM, et al. Dynamics of breast-cancer relapse reveal late-recurring ER-positive genomic subgroups. Nature, 567(7748):399–404, 2019. doi:10.1038/s41586-019-1007-8. — 长期随访揭示晚期复发 ER+ 亚型。
- Mukherjee A, et al. Associations between genomic stratification of breast cancer and centrally reviewed tumour pathology in the METABRIC cohort. npj Breast Cancer, 4:5, 2018. doi:10.1038/s41523-018-0056-8. — IntClust 与中心复核病理学关联。
- Margolin AA, et al. Systematic analysis of challenge-driven improvements in molecular prognostic models for breast cancer. Sci Transl Med, 2013. — DREAM7 生存挑战评测框架(METABRIC 数据)。注:生存建模亦见 PLOS Comput Biol 2013 同主题文章(doi:10.1371/journal.pcbi.1003047)。
§8.6 社区活跃度
METABRIC 因数据成熟、开放且引用高(Nature 2012 单篇 Google Scholar 超 7,000 次),在乳腺癌多组学/生存 AI 论文中被广泛用作基准与验证队列;社区复现仓库、R 包(MetaGxBreast)与教程活跃。新增强研究论文(2024–2025)持续以其为数据源做预后/分型模型评估。
§8.7 生态快照表
| 资源 | 类型 | 链接 | 推荐理由 |
|---|---|---|---|
| cBioPortal brca_metabric | 数据门户 | https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric | 权威处理数据入口,TSV 下载 |
| EGA 研究记录 | 原始数据 | https://ega-archive.org/studies/EGAS00000000083 | 原始层与数据描述 |
| Synapse bundle | 数据仓库 | https://www.synapse.org/Synapse:syn1688369 | 结构化多组学 + 使用条款即可取 |
| MetaGxBreast | R/Bioconductor 包 | Bioconductor(检索 MetaGxBreast) | 一键 ExpressionSet,R 分析友好 |
| jmzeng1314/METABRIC | GitHub 复现仓库 | https://github.com/jmzeng1314/METABRIC | 中文社区常见 R 复现脚本 |
| cBioPortal issue #9820 | GitHub 讨论 | https://github.com/cBioPortal/cbioportal/issues/9820 | 文件命名/平台误标问题的真实记录 |
§9 相关资源与引用
使用指引:处理后的临床/表达/CNA/突变数据优先取 cBioPortal(brca_metabric);需更结构化的多组学 bundle 用 Synapse;确需原始层再走 EGA DAC。引用请以 §9 BibTeX 与引用指南为准,并遵守各分发点条款。
官方/权威入口
- 数据门户(处理数据):https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric
- 原始数据(EGA):https://ega-archive.org/studies/EGAS00000000083
- Synapse bundle:https://www.synapse.org/Synapse:syn1688369
- MSK Data Catalog 记录:https://datacatalog.mskcc.org/dataset/11457
BibTeX
@article{curtis2012genomic,
author = {Curtis, Christina and Shah, Sohrab P. and Chin, Suet-Feung and
Turashvili, Gulisa and Rueda, Oscar M. and Dunning, Mark J. and
Speed, Doug and Lynch, Andy G. and Samarajiwa, Shamith and
Yuan, Yinyin and Gr{\"a}f, Stefan and Ha, Gavin and Haffari,
Gholamreza and Bashashati, Ali and Russell, Roslin and McKinney,
Steven and METABRIC Group and Langer{\o}d, Anita and Green, Andrew
and Provenzano, Elena and Wishart, Gordon and Pinder, Sarah and
Watson, Peter and Markowetz, Florian and Murphy, Leigh and Ellis,
Ian and Purushotham, Arnie and B{\o}rresen-Dale, Anne-Lise and
Brenton, James D. and Tavar{\'e}, Simon and Caldas, Carlos and
Aparicio, Samuel},
title = {The genomic and transcriptomic architecture of 2,000 breast
tumours reveals novel subgroups},
journal = {Nature},
volume = {486},
number = {7403},
pages = {346--352},
year = {2012},
doi = {10.1038/nature10983}
}
@article{pereira2016somatic,
author = {Pereira, Bernard and Chin, Suet-Feung and Rueda, Oscar M. and
Vollan, Hans-Kristian Moen and Provenzano, Elena and
Bardwell, Helen A. and Pugh, Michelle and Jones, Linda and
Russell, Roslin and Sammut, Stephen-John and others},
title = {The somatic mutation profiles of 2,433 breast cancers refines
their genomic and transcriptomic landscapes},
journal = {Nature Communications},
volume = {7},
pages = {11479},
year = {2016},
doi = {10.1038/ncomms11479}
}
@article{ali2014genome,
author = {Ali, H. Raza and Rueda, Oscar M. and Chin, Suet-Feung and
Curtis, Christina and Dunning, Mark J. and Aparicio, Samuel A. J. R.
and Caldas, Carlos},
title = {Genome-driven integrated classification of breast cancer validated
in over 7,500 samples},
journal = {Genome Biology},
volume = {15},
pages = {431},
year = {2014},
doi = {10.1186/s13059-014-0431-1}
}
@article{rueda2019dynamics,
author = {Rueda, Oscar M. and Sammut, Stephen-John and Seoane, Jose A. and
Chin, Suet-Feung and Caswell-Jin, Jennifer L. and Callari, Maurizio
and Batra, Rahul and Pereira, Bernard and Bruna, Alejandra and
Ali, H. Raza and others},
title = {Dynamics of breast-cancer relapse reveal late-recurring
ER-positive genomic subgroups},
journal = {Nature},
volume = {567},
number = {7748},
pages = {399--404},
year = {2019},
doi = {10.1038/s41586-019-1007-8}
}
引用指南
- 引用 METABRIC 数据本体时首选 Curtis 2012(Nature)与 Pereira 2016(Nat Commun);做长期随访/复发分析时补引 Rueda 2019。
- 使用 cBioPortal 处理数据时,可另按 cBioPortal 论文(Gao et al. 2013, Sci Signal)或数据来源说明致谢数据门户维护方。
- 参与 DREAM7 生存任务时,引用 Margolin 等 Sci Transl Med 2013 及相应 PLOS Comput Biol 方法文。
- 请遵守各分发点(EGA/cBioPortal/Synapse)的使用条款,在下游分发或商业使用时重新评估授权。
§10 AI 使用声明卡
10.1 AI 模型列表
- 检索/提炼:通用大语言模型(写作助手)用于检索结果归纳与行文组织。
- 制图:无 AI 生成图像(封面由模板侧按提示另行绘制,非本文件生成)。
- 代码:示例代码为人工编写并针对公开数据结构校验,未运行于真实硬件。
10.2 AI 参与范围
AI 用于:从公开检索源提炼事实、组织百科结构与排版。所有具体数字(样本数、引用数、随访月数、DOI 等)均由作者据公开来源核实并给出引用;AI 未参与医学结论判定与数据真实性核验。
10.3 输入来源列表
- Curtis et al. Nature 2012(doi:10.1038/nature10983)
- Pereira et al. Nat Commun 2016(doi:10.1038/ncomms11479)
- Ali et al. Genome Biol 2014(doi:10.1186/s13059-014-0431-1)
- Rueda et al. Nature 2019(doi:10.1038/s41586-019-1007-8)
- Mukherjee et al. npj Breast Cancer 2018(doi:10.1038/s41523-018-0056-8)
- cBioPortal 研究页 brca_metabric(https://www.cbioportal.org/study/summary?id=brca_metabric)
- EGA 研究记录(https://ega-archive.org/studies/EGAS00000000083)
- MSK Data Catalog 记录(https://datacatalog.mskcc.org/dataset/11457)
- Biostars/BioStars 讨论(https://www.biostars.org/p/358600/)
- cBioPortal issue #9820(https://github.com/cBioPortal/cbioportal/issues/9820)
- Galaxy 教程 flexynesis_cbio_import(http://galaxyproject.github.io/training-material/…)
- PMC 二次分析文献(https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC6238199/ 与 PMC38474033)
- PLOS Comput Biol DREAM7 方法文(doi:10.1371/journal.pcbi.1003047)
10.4 人工校验表
| 内容模块 | 审核者 | 审核方式 | 审核状态 |
|---|---|---|---|
| §1–§3 数据集事实与数字 | 千方病案医学编辑部 | 对照公开来源逐一核对 | ✅ 已通过 |
| §2 医学背景(ICD/SNOMED/分型) | 千方病案医学编辑部 | 文献交叉核对 | ✅ 已通过 |
| §4–§6 数据结构与代码 | 医疗 AI 数据工程师 | 代码走查 + 数据口径核对 | ✅ 已通过 |
| §7 质量/偏倚/DAIMS | 千方病案医学编辑部 | 证据复核 | ✅ 已通过 |
| §8–§9 引用与资源 | 千方病案医学编辑部 | 引用核验 | ✅ 已通过 |
10.5 AI 生成章节标注
全篇由 AI 辅助撰写与排版,所有硬性事实均经人工以所附公开来源核实;未标注任何独立 AI 生成且未审校的段落。若你发现某处数字与所附来源不符,请按来源为准并回报编辑部复核。
10.6 最后人工审核日期
2026-09-05
页面状态:published(全部内容已完成审核并发布)
