中文网站 
Nat Med |Podejście multiomiczne do mapowania zintegrowanego krajobrazu nowotworowego, immunologicznego i mikrobiologicznego raka jelita grubego ujawnia interakcję mikrobiomu z układem odpornościowym
Chociaż biomarkery pierwotnego raka okrężnicy były szeroko badane w ostatnich latach, obecne wytyczne kliniczne opierają się wyłącznie na ocenie stopnia zaawansowania przerzutów nowotworu do węzłów chłonnych i wykrywaniu defektów naprawy niedopasowania DNA (MMR) lub niestabilności mikrosatelitarnej (MSI) (oprócz standardowych testów patologicznych). ) w celu ustalenia zaleceń dotyczących leczenia.Naukowcy zauważyli brak związku między odpowiedziami immunologicznymi opartymi na ekspresji genów, profilami drobnoustrojów i zrębem guza w kohorcie raka jelita grubego i odbytnicy z Atlasu Genów Raka (TCGA) a przeżyciem pacjentów.
W miarę postępu badań stwierdzono, że charakterystyka ilościowa pierwotnego raka jelita grubego, w tym raka o charakterze komórkowym, immunologicznym, zrębowym lub mikrobiologicznym, istotnie koreluje z wynikami klinicznymi, ale nadal istnieje ograniczone zrozumienie, w jaki sposób ich interakcje wpływają na wyniki pacjentów .
Aby przeanalizować związek między złożonością fenotypową a wynikiem, zespół naukowców z Sidra Institute of Medical Research w Katarze opracował niedawno i zweryfikował zintegrowany wynik (mICRoScore), który identyfikuje grupę pacjentów z dobrymi wskaźnikami przeżycia poprzez połączenie cech mikrobiomu i odrzucenia immunologicznego stałe (ICR).Zespół przeprowadził wszechstronną analizę genomową świeżo mrożonych próbek od 348 pacjentów z pierwotnym rakiem jelita grubego, w tym sekwencjonowanie RNA guzów i dopasowanej zdrowej tkanki jelita grubego, sekwencjonowanie całego egzomu, głębokie sekwencjonowanie receptora komórek T i bakteryjnego genu rRNA 16S, uzupełnione całym guzem sekwencjonowanie genomu w celu dalszego scharakteryzowania mikrobiomu.Badanie zostało opublikowane w Nature Medicine jako „Zintegrowany atlas nowotworów, odporności i mikrobiomu raka okrężnicy”.
Artykuł opublikowany w Nature Medicine
Przegląd AC-ICAM
Naukowcy wykorzystali ortogonalną platformę genomiczną do analizy świeżo zamrożonych próbek guza i dopasowali sąsiednią zdrową tkankę okrężnicy (pary guz-normalny) od pacjentów z histologiczną diagnozą raka okrężnicy bez terapii systemowej.W oparciu o sekwencjonowanie całego egzomu (WES), kontrolę jakości danych RNA-seq i badanie przesiewowe kryteriów włączenia, dane genomowe od 348 pacjentów zostały zachowane i wykorzystane do dalszej analizy z medianą obserwacji wynoszącą 4,6 roku.Zespół badawczy nazwał ten zasób Sidra-LUMC AC-ICAM: mapa i przewodnik po interakcjach między układem odpornościowym a rakiem i mikrobiomem (ryc. 1).
Klasyfikacja molekularna z wykorzystaniem ICR
Przechwytując modułowy zestaw immunologicznych markerów genetycznych do ciągłego nadzoru immunologicznego raka, zwany stałą immunologiczną odrzucenia (ICR), zespół badawczy zoptymalizował ICR poprzez skondensowanie go w 20-genowy panel obejmujący różne typy raka, w tym czerniaka, raka pęcherza i rak piersi.ICR powiązano również z odpowiedzią na immunoterapię w różnych typach nowotworów, w tym w raku piersi.
Po pierwsze, naukowcy zweryfikowali sygnaturę ICR kohorty AC-ICAM, stosując metodę wspólnej klasyfikacji opartą na genach ICR, aby podzielić kohortę na trzy klastry/podtypy immunologiczne: wysoki ICR (gorące guzy), średni ICR i niski ICR (zimne guzy) (ryc. 1b).Badacze scharakteryzowali skłonność immunologiczną związaną z konsensusowymi podtypami molekularnymi (CMS), opartą na transkryptomie klasyfikacją raka okrężnicy.kategorie CMS obejmowały CMS1/immunologiczny, CMS2/kanoniczny, CMS3/metaboliczny i CMS4/mezenchymalny.Analiza wykazała, że wyniki ICR były ujemnie skorelowane z niektórymi szlakami komórek nowotworowych we wszystkich podtypach CMS, a dodatnie korelacje ze szlakami immunosupresyjnymi i związanymi z podścieliskiem obserwowano tylko w guzach CMS4.
We wszystkich CMS obfitość podgrup komórek NK i komórek T była najwyższa w podtypach ICR o wysokiej odporności, z większą zmiennością w innych podgrupach leukocytów (ryc. 1c). Podtypy odporności ICR miały różne OS i PFS, z postępującym wzrostem w ICR od niskiego do wysokiego (ryc. 1d), potwierdzając prognostyczną rolę ICR w raku jelita grubego.
Rysunek 1. Projekt badania AC-ICAM, sygnatura genowa związana z odpornością, podtypy immunologiczne i molekularne oraz przeżycie.
ICR wychwytuje wzbogacone w nowotwór, zamplifikowane klonalnie limfocyty T
Zgłoszono, że tylko mniejszość komórek T naciekających tkankę nowotworową jest specyficzna dla antygenów nowotworowych (mniej niż 10%).Dlatego większość komórek T wewnątrz guza określa się jako komórki T obserwatora (komórki T obserwatora).Najsilniejszą korelację z liczbą konwencjonalnych komórek T z produktywnymi TCR zaobserwowano w subpopulacjach komórek zrębowych i leukocytów (wykrytych za pomocą RNA-seq), które można wykorzystać do oszacowania subpopulacji komórek T (ryc. 2a).W klastrach ICR (klasyfikacja ogólna i CMS) najwyższą klonalność immunologicznych SEQ TCR zaobserwowano w grupach o wysokim ICR i podtypie CMS CMS1 / immunologicznym (ryc. 2c), z najwyższym odsetkiem guzów o wysokim ICR.Używając całego transkryptomu (18 270 genów), sześć genów ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA i CXCL10) znalazło się wśród dziesięciu najlepszych genów pozytywnie powiązanych z klonalnością SEQ immunologicznej TCR (ryc. 2d).Klonalność ImmunoSEQ TCR korelowała silniej z większością genów ICR niż korelacje obserwowane przy użyciu markerów CD8 + reagujących na nowotwór (ryc. 2f i 2g).Podsumowując, powyższa analiza sugeruje, że sygnatura ICR wychwytuje obecność wzbogaconych w nowotwór, zamplifikowanych klonalnie komórek T i może wyjaśniać ich implikacje prognostyczne.
Rycina 2. Metryki TCR i korelacja z genami związanymi z odpornością, podtypami immunologicznymi i molekularnymi.
Skład mikrobiomu tkanek zdrowych i raka okrężnicy
Naukowcy przeprowadzili sekwencjonowanie 16S rRNA przy użyciu DNA wyekstrahowanego z dopasowanej tkanki guza i zdrowej okrężnicy od 246 pacjentów (ryc. 3a).W celu walidacji naukowcy dodatkowo przeanalizowali dane sekwencjonowania genu 16S rRNA z dodatkowych 42 próbek guza, które nie miały dopasowanego normalnego DNA dostępnego do analizy.Najpierw naukowcy porównali względną obfitość flory między dopasowanymi guzami a zdrową tkanką okrężnicy.Clostridium perfringens było znacząco zwiększone w guzach w porównaniu ze zdrowymi próbkami (ryc. 3a-3d).Nie było znaczącej różnicy w różnorodności alfa (różnorodność i obfitość gatunków w pojedynczej próbce) między próbkami guza i zdrowych próbek, a niewielkie zmniejszenie różnorodności drobnoustrojów zaobserwowano w guzach o wysokim ICR w stosunku do guzów o niskim ICR.
Aby wykryć klinicznie istotne powiązania między profilami drobnoustrojów a wynikami klinicznymi, naukowcy zamierzali wykorzystać dane z sekwencjonowania genu 16S rRNA w celu zidentyfikowania cech mikrobiomu, które przewidują przeżycie.W AC-ICAM246 naukowcy przeprowadzili model regresji OS Coxa, który wybrał 41 cech o niezerowych współczynnikach (związanych z różnym ryzykiem śmiertelności), zwanych klasyfikatorami MBR (ryc. 3f).
W tej kohorcie szkoleniowej (ICAM246) niski wynik MBR (MBR <0, niski MBR) wiązał się ze znacznie niższym ryzykiem zgonu (85%).Naukowcy potwierdzili związek między niskim MBR (ryzykiem) a przedłużonym OS w dwóch niezależnie zweryfikowanych kohortach (ICAM42 i TCGA-COAD).(Rysunek 3) Badanie wykazało silną korelację między ziarniakami endożołądkowymi a wynikami MBR, które były podobne w guzie i zdrowej tkance okrężnicy.
Rycina 3. Mikrobiom w tkankach guza i zdrowych oraz związek z ICR i przeżyciem pacjenta.
Wniosek
Podejście multiomiczne zastosowane w tym badaniu umożliwia dokładne wykrycie i analizę sygnatury molekularnej odpowiedzi immunologicznej w raku jelita grubego i ujawnia interakcje między mikrobiomem a układem odpornościowym.Głębokie sekwencjonowanie TCR guza i zdrowych tkanek ujawniło, że prognostyczny efekt ICR może wynikać z jego zdolności do wychwytywania klonów komórek T wzbogaconych w nowotwór i prawdopodobnie specyficznych dla antygenu nowotworowego.
Analizując skład mikrobiomu guza za pomocą sekwencjonowania genu 16S rRNA w próbkach AC-ICAM, zespół zidentyfikował sygnaturę mikrobiomu (wynik ryzyka MBR) o silnej wartości prognostycznej.Chociaż ta sygnatura pochodzi z próbek guza, istniała silna korelacja między zdrowym jelicie grubym a wynikiem ryzyka MBR guza, co sugeruje, że ta sygnatura może uchwycić skład mikrobiomu jelitowego pacjentów.Łącząc wyniki ICR i MBR, możliwe było zidentyfikowanie i zweryfikowanie wieloomicznego biomarkera studenckiego, który przewiduje przeżycie u pacjentów z rakiem okrężnicy.Multi-omiczny zestaw danych badania zapewnia zasoby do lepszego zrozumienia biologii raka okrężnicy i pomocy w odkrywaniu spersonalizowanych podejść terapeutycznych.
Czas postu: 15 czerwca 2023 r