Nat Med | Multi-omický prístup k mapovaniu integrovaného nádoru

Nat Med | Multi-omický prístup k mapovaniu integrovanej nádorovej, imunitnej a mikrobiálnej krajiny kolorektálneho karcinómu odhaľuje interakciu mikrobiómu s imunitným systémom
Hoci biomarkery pre primárnu rakovinu hrubého čreva boli v posledných rokoch rozsiahlo študované, súčasné klinické usmernenia sa spoliehajú iba na stanovenie štádia nádoru, lymfatických uzlín a metastáz a detekciu defektov opravy nesúladu DNA (MMR) alebo mikrosatelitnej nestability (MSI) (okrem štandardného testovania patológie ) určiť odporúčania na liečbu. Výskumníci zaznamenali nedostatok asociácie medzi imunitnými odpoveďami založenými na génovej expresii, mikrobiálnymi profilmi a nádorovou strómou v kohorte kolorektálneho karcinómu Cancer Genome Atlas (TCGA) a prežitím pacientov.

S pokrokom výskumu sa uvádza, že kvantitatívne charakteristiky primárneho kolorektálneho karcinómu, vrátane rakovinovej bunkovej, imunitnej, stromálnej alebo mikrobiálnej povahy rakoviny, významne korelujú s klinickými výsledkami, ale stále je obmedzené pochopenie toho, ako ich interakcie ovplyvňujú výsledky pacientov. .
Aby sa rozobral vzťah medzi fenotypovou komplexnosťou a výsledkom, tím výskumníkov z Inštitútu lekárskeho výskumu Sidra v Katare nedávno vyvinul a potvrdil integrované skóre (mICRoScore), ktoré identifikuje skupinu pacientov s dobrou mierou prežitia kombináciou charakteristík mikrobiómov a imunitného odmietnutia. konštanty (ICR). Tím vykonal komplexnú genomickú analýzu čerstvých zmrazených vzoriek od 348 pacientov s primárnym kolorektálnym karcinómom, vrátane sekvenovania RNA nádorov a zodpovedajúceho zdravého kolorektálneho tkaniva, sekvenovania celého exómu, hlbokého T-bunkového receptora a sekvenovania génu 16S bakteriálnej rRNA, doplnené o celý nádor. sekvenovanie genómu na ďalšiu charakterizáciu mikrobiómu. Štúdia bola publikovaná v Nature Medicine ako „Integrovaný nádorový, imunitný a mikrobiálny atlas rakoviny hrubého čreva“.

Článok publikovaný v Nature Medicine

Prehľad AC-ICAM

Výskumníci použili ortogonálnu genómovú platformu na analýzu čerstvých zmrazených vzoriek nádorov a porovnávali susedné zdravé tkanivo hrubého čreva (nádorovo-normálne páry) od pacientov s histologickou diagnózou rakoviny hrubého čreva bez systémovej liečby. Na základe sekvenovania celého exómu (WES), kontroly kvality údajov RNA-seq a skríningu kritérií zaradenia sa genómové údaje od 348 pacientov zachovali a použili na následnú analýzu s mediánom sledovania 4,6 roka. Výskumný tím nazval tento zdroj Sidra-LUMC AC-ICAM: Mapa a sprievodca interakciami imunita-rakovina-mikrobióm (obrázok 1).

Molekulárna klasifikácia pomocou ICR

Zachytením modulárnej sady imunitných genetických markerov pre nepretržitý imunosurveillance rakoviny, nazývanej imunitná konštanta odmietnutia (ICR), výskumný tím optimalizoval ICR jej kondenzáciou do 20-génového panelu pokrývajúceho rôzne typy rakoviny, vrátane melanómu, rakoviny močového mechúra a rakovina prsníka. ICR sa tiež spája s imunoterapeutickou odpoveďou pri rôznych typoch rakoviny, vrátane rakoviny prsníka.

Najprv výskumníci potvrdili podpis ICR kohorty AC-ICAM pomocou koklasifikačného prístupu založeného na géne ICR na klasifikáciu kohorty do troch klastrov/imunitných podtypov: vysoké ICR (horké nádory), stredné ICR a nízke ICR (studené). nádory) (obrázok 1b). Výskumníci charakterizovali imunitnú náchylnosť spojenú s konsenzuálnymi molekulárnymi podtypmi (CMS), klasifikáciou rakoviny hrubého čreva založenou na transkriptóme. kategórie CMS zahŕňali CMS1/imunitný, CMS2/kanonický, CMS3/metabolický a CMS4/mezenchymálny. Analýza ukázala, že skóre ICR negatívne korelovalo s určitými dráhami rakovinových buniek vo všetkých podtypoch CMS a pozitívne korelácie s imunosupresívnymi a stromálnymi dráhami boli pozorované iba v nádoroch CMS4.

Vo všetkých CMS bola hojnosť prirodzených zabíjačských (NK) buniek a podskupín T buniek najvyššia v podtypoch ICR s vysokou imunitou, s väčšou variabilitou v iných podskupinách leukocytov (obrázok 1c). Imunitné podtypy ICR mali rôzne OS a PFS s progresívnym nárastom v ICR od nízkej po vysokú (obrázok 1d), čo potvrdzuje prognostickú úlohu ICR pri kolorektálnom karcinóme.

Obrázok 1. Návrh štúdie AC-ICAM, imunitne podmienený génový podpis, imunitné a molekulárne podtypy a prežitie.
ICR zachytáva tumorom obohatené, klonálne amplifikované T bunky
Iba menšina T buniek infiltrujúcich nádorové tkanivo bola hlásená ako špecifická pre nádorové antigény (menej ako 10 %). Preto sa väčšina vnútronádorových T buniek označuje ako vedľajšie T bunky (okolité T bunky). Najsilnejšia korelácia s počtom konvenčných T buniek s produktívnymi TCR bola pozorovaná v stromálnych bunkových a leukocytových subpopuláciách (detegovaných pomocou RNA-seq), ktoré možno použiť na odhad subpopulácií T buniek (obrázok 2a). V ICR klastroch (celková a CMS klasifikácia) bola najvyššia klonalita imunitných SEQ TCR pozorovaná v ICR-high a CMS subtype CMS1/imunitných skupinách (obrázok 2c), s najvyšším podielom ICR-high tumorov. Pri použití celého transkriptómu (18 270 génov) bolo šesť génov ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA a CXCL10) medzi prvými desiatimi génmi pozitívne spojenými s imunitnou SEQ klonalitou TCR (obrázok 2d). Klonalita ImmunoSEQ TCR korelovala silnejšie s väčšinou génov ICR ako korelácie pozorované s použitím tumor-responzívnych CD8+ markerov (obrázok 2f a 2g). Na záver, vyššie uvedená analýza naznačuje, že podpis ICR zachytáva prítomnosť nádorovo obohatených, klonálne amplifikovaných T buniek a môže vysvetliť jej prognostické dôsledky.

Obrázok 2. Metrika TCR a korelácia s génmi súvisiacimi s imunitou, imunitnými a molekulárnymi podtypmi.
Zloženie mikrobiómov v zdravých tkanivách a tkanivách rakoviny hrubého čreva
Výskumníci vykonali sekvenovanie 16S rRNA s použitím DNA extrahovanej zo zhodných nádorových a zdravých tkanív hrubého čreva od 246 pacientov (obrázok 3a). Na overenie výskumníci dodatočne analyzovali údaje o sekvenovaní génu 16S rRNA z ďalších 42 vzoriek nádorov, ktoré nezodpovedali normálnej DNA dostupnej na analýzu. Po prvé, výskumníci porovnali relatívne množstvo flóry medzi zodpovedajúcimi nádormi a zdravým tkanivom hrubého čreva. Clostridium perfringens bolo významne zvýšené v nádoroch v porovnaní so zdravými vzorkami (obrázok 3a-3d). Medzi nádorovými a zdravými vzorkami nebol žiadny významný rozdiel v alfa diverzite (diverzita a početnosť druhov v jednej vzorke) a mierne zníženie mikrobiálnej diverzity bolo pozorované v nádoroch s vysokým ICR v porovnaní s nádormi s nízkym ICR.
Na zistenie klinicky relevantných súvislostí medzi mikrobiálnymi profilmi a klinickými výsledkami sa výskumníci zamerali na použitie údajov o sekvenovaní génov 16S rRNA na identifikáciu mikrobiómových funkcií, ktoré predpovedajú prežitie. Na AC-ICAM246 výskumníci spustili regresný model OS Cox, ktorý vybral 41 funkcií s nenulovými koeficientmi (spojenými s diferenciálnym rizikom úmrtnosti), ktoré sa nazývajú klasifikátory MBR (obrázok 3f).
V tejto tréningovej kohorte (ICAM246) bolo nízke skóre MBR (MBR<0, nízke MBR) spojené s výrazne nižším rizikom úmrtia (85 %). Výskumníci potvrdili súvislosť medzi nízkym MBR (rizikom) a predĺženým OS v dvoch nezávisle overených kohortách (ICAM42 a TCGA-COAD). (Obrázok 3) Štúdia ukázala silnú koreláciu medzi endogastrickými kokmi a skóre MBR, ktoré boli podobné v nádorovom a zdravom tkanive hrubého čreva.

Obrázok 3. Mikrobióm v nádore a zdravých tkanivách a vzťah s ICR a prežívaním pacienta.
Záver
Multi-omický prístup použitý v tejto štúdii umožňuje dôkladnú detekciu a analýzu molekulárneho podpisu imunitnej odpovede pri kolorektálnom karcinóme a odhaľuje interakciu medzi mikrobiómom a imunitným systémom. Hlboké sekvenovanie TCR nádorových a zdravých tkanív odhalilo, že prognostický účinok ICR môže byť spôsobený jeho schopnosťou zachytiť klony T buniek obohatené o nádor a možno aj špecifické pre nádorový antigén.

Analýzou zloženia mikrobiómu nádoru pomocou sekvenovania génu 16S rRNA vo vzorkách AC-ICAM tím identifikoval podpis mikrobiómu (skóre rizika MBR) so silnou prognostickou hodnotou. Hoci tento podpis bol odvodený zo vzoriek nádorov, existovala silná korelácia medzi zdravým kolorektom a skóre rizika MBR nádoru, čo naznačuje, že tento podpis môže zachytiť zloženie črevných mikrobiómov pacientov. Kombináciou skóre ICR a MBR bolo možné identifikovať a overiť multi-omický študentský biomarker, ktorý predpovedá prežitie u pacientov s rakovinou hrubého čreva. Multi-omický súbor údajov štúdie poskytuje zdroj na lepšie pochopenie biológie rakoviny hrubého čreva a pomáha objaviť personalizované terapeutické prístupy.

Referencia:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI a kol. Integrovaný nádorový, imunitný a mikrobiálny atlas rakoviny hrubého čreva. Nat Med 29, 1273-1286 (2023).