脑转移瘤（Brain metastases, BrM）是癌症晚期进展的重要标志事件，也是造成患者死亡的主要原因之一。约20%-40%的癌症患者会发生脑转移，其中肺癌、乳腺癌、黑色素瘤、结直肠癌的脑转移发病比例较高。因此脑转移瘤仍是转移性癌症患者面临的主要临床和治疗挑战。然而，由于脑转移瘤研究中样本量有限且分析分辨率较低，我们对脑转移瘤的认知进展受到了阻碍。在此，我们对108个脑转移瘤样本和111个原发肿瘤（PTs）样本进行了整合单细胞RNA测序分析，以探究不同癌症谱系和亚群中细胞状态及组成的特征与重塑情况。通过染色体不稳定性度量、非负矩阵分解、细胞状态打分、差异表达及通路变异分析等算法，系统鉴定了脑转移瘤恶性细胞跨癌种保守特征：包括染色体不稳定性增强、细胞增殖与血管生成特征的激活，以及神经样基因程序的激活等。具有免疫抑制性的髓系细胞和基质细胞亚群在脑转移瘤的肿瘤微环境中占主导地位，这与不良预后和对免疫治疗的耐药性相关。此外，我们还识别出5种不同的脑转移瘤生态型：以肿瘤细胞为主的荒漠型D型、淋系免疫细胞富集的L型、髓系免疫细胞富集的M型、基质细胞富集的S型，以及组成均衡的B型，不同生态型与特定的组织病理学模式和临床特征相关。这项研究明确了跨癌症类型的脑转移瘤生物学标志，并表明可能存在可被临床利用的共同依赖机制。