Nat Med Viacomický prístup k mapovaniu integrovaného nádoru

Nat Med Viacomický prístup k mapovaniu integrovaného nádoru, imunitnej a mikrobiálnej krajiny kolorektálneho karcinómu odhaľuje interakciu mikrobiómu s imunitným systémom
Aj keď sa biomarkery pre primárnu rakovinu hrubého čreva v posledných rokoch intenzívne študovali, súčasné klinické usmernenia sa spoliehajú iba na defekty a defekty opravy nedôvery (MMR) alebo mikrosatelitov (MSI) (okrem štandardného patologického testovania) na určenie odporúčaní o liečbe. Vedci zaznamenali nedostatok spojenia medzi imunitnými odpoveďami založenými na génovej expresii, mikrobiálnymi profilmi a nádorovou stromou v kohorte kolorektálneho rakoviny rakoviny genómu (TCGA) a prežitia pacientov.

Ako výskum postupoval, boli hlásené, že kvantitatívne charakteristiky primárneho karcinómu hrubého čreva a konečníka, vrátane rakovinových buniek, imunitných, stromálnych alebo mikrobiálnych povahy rakoviny, významne korelujú s klinickými výsledkami, ale stále existuje obmedzené pochopenie toho, ako ich interakcie ovplyvňujú výsledky pacientov.
Aby sa rozobral vzťah medzi fenotypovou zložitosťou a výsledkom, tím výskumných pracovníkov z Inštitútu lekárskeho výskumu Sidra v Katare nedávno vyvinul a overil integrované skóre (mikroscore), ktoré identifikuje skupinu pacientov s dobrou mierou prežitia kombináciou charakteristík mikrobiómu a imumulovaným rejekčným konštantám (ICR). Tím vykonal komplexnú genomickú analýzu čerstvých zmrazených vzoriek od 348 pacientov s primárnym kolorektálnym karcinómom, vrátane sekvenovania RNA nádorov a zhodného zdravého kolorektálneho tkaniva, celého exómového sekvencovania, hlbokého receptora T-buniek a 16S bakteriálneho génového sekvencovania RRNA. Štúdia bola uverejnená v Nature Medicine ako „integrovaný nádor, imunitný a mikrobiomový atlas rakoviny hrubého čreva“.

Článok uverejnený v prírodnej medicíne

Prehľad AC-ICAM

Vedci použili ortogonálnu genomickú platformu na analýzu čerstvých zmrazených vzoriek nádoru a zhodovali sa s priľahlým zdravým tkanivom hrubého čreva (nádorové normálne páry) od pacientov s histologickou diagnózou rakoviny hrubého čreva bez systémovej terapie. Na základe sekvenovania celozrnných (WES), kontroly kvality údajov RNA-SeQ a skríningu kritérií zaradenia sa genómové údaje od 348 pacientov zachovali a použili na analýzu dolného prúdu s mediánom sledovania 4,6 roka. Výskumný tím vymenoval tento zdroj Sidra-Lumc ACAM: mapa a sprievodca interakciami imunitného rakoviny-mikrobiómu (obrázok 1).

Molekulárna klasifikácia pomocou ICR

Výskumný tím zachytil modulárnu skupinu imunitných genetických markerov pre imunosurveillanciu kontinuálnej rakoviny, nazývanú imunitná konštanta odmietnutia (ICR), optimalizovala ICR jeho kondenzáciou do 20-génového panela pokrývajúce rôzne typy rakoviny vrátane melanómu, rakoviny močového mechúra a rakoviny prsníka. ICR je tiež spojená s imunoterapiou reakciou u rôznych typov rakoviny vrátane rakoviny prsníka.

Po prvé, vedci potvrdili podpis ICR kohorty AC-ICAM, pomocou prístupu k génovej klasifikácii založeného na ICR na klasifikáciu kohorty do troch zhlukov/imunitných podtypov: vysoké ICR (HOT nádory), stredné ICR a nízke ICR (studené nádory) (obrázok 1B). Vedci charakterizovali imunitnú sklonu spojenú s konsenzuálnymi molekulárnymi podtypmi (CMS), klasifikáciou rakoviny hrubého čreva založenej na transkriptóme. Kategórie CMS zahŕňali CMS1/Immun, CMS2/Canonical, CMS3/Metabolic a CMS4/Mesenchymal. Analýza ukázala, že skóre ICR boli negatívne korelované s určitými dráhami rakovinových buniek vo všetkých podtypoch CMS a pozitívne korelácie s imunosupresívnymi a stromálnymi dráhami sa pozorovali iba v nádoroch CMS4.

Vo všetkých CMS bola hojnosť prírodných zabíjacích (NK) a podskupín T buniek najvyššia vo vysokých imunitných podtypoch ICR, s väčšou variabilitou v iných podskupinách leukocytov (obrázok 1C). IICR imunitná subtypia mala rôzne OS a PFS s progresívnym zvýšením ICR z nízkej na vysokú (obrázok 1D), čo potvrdilo prostiktickú úlohu ICR v Colorektálnej rakovine.

Obrázok 1. Dizajn štúdie ACAM, podpis génov súvisiacich s imunitou, imunitné a molekulárne podtypy a prežitie.
ICR zachytáva nádor obohatene, klonálne amplifikované T bunky
Bolo hlásené, že iba menšina T buniek infiltrujúcich nádorové tkanivo je špecifická pre nádorové antigény (menej ako 10%). Preto sa väčšina T-buniek v rámci Tumoru označuje ako okoloidúci T bunky (Ty Standery T buniek). Najsilnejšia korelácia s počtom konvenčných T buniek s produktívnymi TCR bola pozorovaná v subpopuláciách stromálnych buniek a leukocytov (detegovaných pomocou RNA-seq), ktoré sa môžu použiť na odhad subpopulácií T buniek (obrázok 2A). V klastroch ICR (celkovo a klasifikácia CMS) bola pozorovaná najvyššia klonalita imunitných SEQ TCRS v skupinách ICR-High a CMS CMS1/imunitných skupín (obrázok 2C), s najvyšším podielom ICR-High nádorov. Použitím celého transkriptómu (18 270 génov) bolo šesť génov ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA a CXCL10) medzi desiatimi najlepšími génmi pozitívne spojenými s klonalitou imunity TCR SEQ (obrázok 2D). Klonalita imunózy TCR silnejšie korelovala s väčšinou génov ICR, ako sú korelácie pozorované pomocou nádorových markerov CD8+ (obrázok 2F a 2G). Záverom je uvedená analýza naznačuje, že podpis ICR zachytáva prítomnosť nádorom, klonálne amplifikovaných T buniek a môže vysvetliť jeho prognostické dôsledky.

Obrázok 2. Metriky TCR a korelácia s imunitnými génmi, imunitnými a molekulárnymi podtypmi.
Zloženie mikrobiómu v zdravých tkanivách rakoviny hrubého čreva
Vedci vykonali 16S rRNA sekvenovanie s použitím DNA extrahovanej zo zhodného nádoru a zdravého tkaniva hrubého čreva od 246 pacientov (obrázok 3A). Na validáciu vedci dodatočne analyzovali 16S RRNA génové údaje o sekvenčných údajoch z ďalších 42 vzoriek nádoru, ktoré nemali na analýzu k dispozícii normálnu DNA. Po prvé, vedci porovnávali relatívnu hojnosť flóry medzi zhodnými nádormi a zdravým tkanivom hrubého čreva. Clostridium perfringens sa významne zvýšilo v nádoroch v porovnaní so zdravými vzorkami (obrázok 3A-3D). Medzi nádormi a zdravými vzorkami nebol významný rozdiel v diverzite alfa (diverzita a hojnosť druhov v jednej vzorke) a v nádoroch ICR-High s nádormi ICR sa pozorovalo mierne zníženie mikrobiálnej diverzity.
Na detekciu klinicky relevantných asociácií medzi mikrobiálnymi profilmi a klinickými výsledkami sa vedci zamerali na použitie údajov o sekvenovaní génov 16S RRNA na identifikáciu funkcií mikrobiómov, ktoré predpovedajú prežitie. V AC-ICAM246 vedci riadili regresný model OS Cox, ktorý vybral 41 funkcií s nenulovými koeficientmi (spojené s rizikom diferenciálnej úmrtnosti), nazývané klasifikátory MBR (obrázok 3F).
V tejto tréningovej kohorte (ICAM246) bolo nízke skóre MBR (MBR <0, nízky MBR) spojené s výrazne nižším rizikom smrti (85%). Vedci potvrdili súvislosť medzi nízkym MBR (riziko) a predĺženým OS v dvoch nezávisle overených kohortách (ICAM42 a TCGA-Coad). (Obrázok 3) Štúdia ukázala silnú koreláciu medzi skóre endogastrického kokci a MBR, ktoré boli podobné v nádorovom a zdravom tkanive hrubého čreva.

Obrázok 3. Mikrobiom v nádorovom a zdravom tkanivách a vzťah s prežitím ICR a prežitia pacienta.
Záver
Viacomický prístup použitý v tejto štúdii umožňuje dôkladnú detekciu a analýzu molekulárneho podpisu imunitnej reakcie pri kolorektálnom karcinóme a odhaľuje interakciu medzi mikrobiómom a imunitným systémom. Hlboké TCR sekvenovanie nádoru a zdravých tkanív odhalilo, že prognostický účinok ICR môže byť spôsobený jeho schopnosťou zachytiť nádorovo obohatené a pravdepodobne nádorové antigénovo špecifické klony T buniek.

Analýzou zloženia mikrobiómov nádoru pomocou sekvenovania génu 16S rRNA vo vzorkách AC-ICAM identifikovalo tím mikrobiomový podpis (skóre rizika MBR) so silnou prognostickou hodnotou. Aj keď tento podpis bol odvodený od vzoriek nádoru, medzi zdravým kolorektum a skóre rizika MBR v nádore bola silná korelácia, čo naznačuje, že tento podpis môže zachytiť zloženie črevných mikrobiómov pacientov. Kombináciou skóre ICR a MBR bolo možné identifikovať a overiť multiousický študentský biomarker, ktorý predpovedá prežitie u pacientov s rakovinou hrubého čreva. Multioomický súbor údajov štúdie poskytuje zdroj na lepšie pochopenie biológie rakoviny hrubého čreva a pomáha objaviť personalizované terapeutické prístupy.

Odkaz:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei a kol. Integrovaný nádor, imunitný a mikrobiomový atlas rakoviny hrubého čreva. Nat Med 29, 1273 - 1286 (2023).