中文网站
Nat Med | Multi-omski pristup mapiranju integriranog tumorskog, imunološkog i mikrobnog krajolika kolorektalnog karcinoma otkriva interakciju mikrobioma s imunološkim sustavom
Iako su biomarkeri za primarni rak debelog crijeva opsežno proučavani posljednjih godina, trenutne kliničke smjernice oslanjaju se samo na stadij tumora, limfnih čvorova i metastaza te otkrivanje defekata popravka neusklađenosti DNA (MMR) ili mikrosatelitske nestabilnosti (MSI) (uz standardno patološko testiranje) kako bi se odredile preporuke za liječenje. Istraživači su primijetili nedostatak povezanosti između imunoloških odgovora temeljenih na ekspresiji gena, mikrobnih profila i tumorske strome u kohorti kolorektalnog karcinoma Atlasa genoma raka raka (TCGA) i preživljavanja pacijenata.
Kako su istraživanja napredovala, zabilježeno je da kvantitativne karakteristike primarnog kolorektalnog karcinoma, uključujući staničnu, imunu, stromalnu ili mikrobnu prirodu raka, značajno koreliraju s kliničkim ishodima, ali još uvijek postoji ograničeno razumijevanje kako njihove interakcije utječu na ishode pacijenata.
Kako bi se analizirao odnos između fenotipske složenosti i ishoda, tim istraživača iz Sidra Instituta za medicinska istraživanja u Kataru nedavno je razvio i validirao integrirani rezultat (mICRoScore) koji identificira skupinu pacijenata s dobrim stopama preživljavanja kombiniranjem karakteristika mikrobioma i konstanti imunološkog odbacivanja (ICR). Tim je proveo sveobuhvatnu genomsku analizu svježe smrznutih uzoraka od 348 pacijenata s primarnim kolorektalnim karcinomom, uključujući sekvenciranje RNA tumora i odgovarajućeg zdravog kolorektalnog tkiva, sekvenciranje cijelog egzoma, sekvenciranje gena dubokog T-staničnog receptora i 16S bakterijske rRNA, dopunjeno sekvenciranjem cijelog tumorskog genoma kako bi se dodatno okarakterizirao mikrobiom. Studija je objavljena u časopisu Nature Medicine pod nazivom „Integrirani atlas tumora, imunološkog i mikrobioma raka debelog crijeva“.
Članak objavljen u časopisu Nature Medicine
Pregled AC-ICAM-a
Istraživači su koristili ortogonalnu genomsku platformu za analizu svježe smrznutih uzoraka tumora i odgovarajućeg susjednog zdravog tkiva debelog crijeva (parovi tumor-normalno tkivo) od pacijenata s histološkom dijagnozom raka debelog crijeva bez sistemske terapije. Na temelju sekvenciranja cijelog egzoma (WES), kontrole kvalitete RNA-sekvenciranja podataka i probira kriterija uključivanja, genomski podaci od 348 pacijenata su sačuvani i korišteni za daljnju analizu s medijanom praćenja od 4,6 godina. Istraživački tim je ovaj resurs nazvao Sidra-LUMC AC-ICAM: Karta i vodič za interakcije imunološkog sustava, raka i mikrobioma (Slika 1).
Molekularna klasifikacija pomoću ICR-a
Istraživački tim je optimizirao modularni skup imunoloških genetskih markera za kontinuirani imunološki nadzor raka, nazvan imunološka konstanta odbacivanja (ICR), sažimajući ga u panel od 20 gena koji pokriva različite vrste raka, uključujući melanom, rak mokraćnog mjehura i rak dojke. ICR je također povezan s imunoterapijskim odgovorom kod različitih vrsta raka, uključujući rak dojke.
Prvo, istraživači su validirali ICR potpis AC-ICAM kohorte, koristeći pristup ko-klasifikacije temeljen na ICR genima kako bi klasificirali kohortu u tri klastera/imunološka podtipa: visoki ICR (vrući tumori), srednji ICR i niski ICR (hladni tumori) (Slika 1b). Istraživači su okarakterizirali imunološku sklonost povezanu s konsenzusnim molekularnim podtipovima (CMS), klasifikacijom raka debelog crijeva temeljenom na transkriptomima. CMS kategorije uključivale su CMS1/imunološki, CMS2/kanonski, CMS3/metabolički i CMS4/mezenhimalni. Analiza je pokazala da su ICR rezultati negativno korelirani s određenim putovima stanica raka u svim CMS podtipovima, a pozitivne korelacije s imunosupresivnim i stromalno povezanim putovima uočene su samo u CMS4 tumorima.
U svim CMS-ima, brojnost podskupina prirodnih stanica ubojica (NK) i T-stanica bila je najveća u podtipovima ICR visokog imuniteta, s većom varijabilnosti u drugim podskupinama leukocita (Slika 1c). Imunološki podtipovi ICR imali su različito ukupno preživljavanje (OS) i preživljavanje bez progresije (PFS), s progresivnim porastom ICR-a od niskog do visokog (Slika 1d), što potvrđuje prognostičku ulogu ICR-a u kolorektalnom karcinomu.
Slika 1. Dizajn AC-ICAM studije, imunološki povezani genski potpis, imunološki i molekularni podtipovi te preživljavanje.
ICR hvata tumorom obogaćene, klonalno amplificirane T stanice
Samo je manjina T-stanica koje infiltriraju tumorsko tkivo specifična za tumorske antigene (manje od 10%). Stoga se većina intratumorskih T-stanica naziva promatračkim T-stanicama (bystander T-stanice). Najjača korelacija s brojem konvencionalnih T-stanica s produktivnim TCR-ima uočena je u subpopulacijama stromalnih stanica i leukocita (detektovano RNA-sekvenciranjem), što se može koristiti za procjenu subpopulacija T-stanica (Slika 2a). U ICR klasterima (ukupna i CMS klasifikacija), najveća klonalnost imunoloških SEQ TCR-a uočena je u skupinama CMS1/imuno s visokim ICR-om i CMS podtipom (Slika 2c), s najvećim udjelom tumora s visokim ICR-om. Koristeći cijeli transkriptom (18.270 gena), šest ICR gena (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA i CXCL10) bilo je među deset gena pozitivno povezanih s klonalnošću imunoloških SEQ TCR-a (Slika 2d). Klonalnost imunoSEQ TCR-a snažnije je korelirala s većinom ICR gena nego korelacije uočene korištenjem tumor-responzivnih CD8+ markera (slika 2f i 2g). Zaključno, gornja analiza sugerira da ICR potpis obuhvaća prisutnost tumorom obogaćenih, klonalno amplificiranih T stanica i može objasniti njegove prognostičke implikacije.
Slika 2. TCR metrike i korelacija s imunološki povezanim genima, imunološkim i molekularnim podtipovima.
Sastav mikrobioma u zdravom i tkivu debelog crijeva s rakom
Istraživači su proveli sekvenciranje 16S rRNA koristeći DNA ekstrahiranu iz podudarnog tumorskog i zdravog tkiva debelog crijeva od 246 pacijenata (Slika 3a). Za validaciju, istraživači su dodatno analizirali podatke sekvenciranja gena 16S rRNA iz dodatnih 42 uzorka tumora koji nisu imali dostupnu podudarnu normalnu DNA za analizu. Prvo, istraživači su usporedili relativnu brojnost flore između podudarnih tumora i zdravog tkiva debelog crijeva. Clostridium perfringens bio je značajno povećan u tumorima u usporedbi sa zdravim uzorcima (Slika 3a-3d). Nije bilo značajne razlike u alfa raznolikosti (raznolikost i brojnost vrsta u jednom uzorku) između tumorskih i zdravih uzoraka, a uočeno je umjereno smanjenje mikrobne raznolikosti u tumorima s visokim ICR-om u odnosu na tumore s niskim ICR-om.
Kako bi otkrili klinički relevantne povezanosti između mikrobnih profila i kliničkih ishoda, istraživači su ciljali koristiti podatke sekvenciranja gena 16S rRNA za identifikaciju značajki mikrobioma koje predviđaju preživljavanje. U AC-ICAM246, istraživači su proveli OS Cox regresijski model koji je odabrao 41 značajku s koeficijentima različitim od nule (povezanim s diferencijalnim rizikom od smrtnosti), nazvanim MBR klasifikatori (slika 3f).
U ovoj kohorti za obuku (ICAM246), nizak MBR rezultat (MBR < 0, nizak MBR) bio je povezan sa značajno nižim rizikom od smrti (85%). Istraživači su potvrdili povezanost između niskog MBR-a (rizika) i produljenog OS-a u dvije neovisno validirane kohorte (ICAM42 i TCGA-COAD). (Slika 3) Studija je pokazala snažnu korelaciju između endogastričnih koki i MBR rezultata, koji su bili slični u tumorskom i zdravom tkivu debelog crijeva.
Slika 3. Mikrobiom u tumoru i zdravom tkivu te odnos s ICR-om i preživljavanjem pacijenata.
Zaključak
Multi-omski pristup korišten u ovoj studiji omogućuje temeljito otkrivanje i analizu molekularnog potpisa imunološkog odgovora kod kolorektalnog karcinoma i otkriva interakciju između mikrobioma i imunološkog sustava. Dubinsko sekvenciranje TCR-a tumorskog i zdravog tkiva otkrilo je da prognostički učinak ICR-a može biti posljedica njegove sposobnosti hvatanja tumorom obogaćenih i moguće tumorski antigen-specifičnih klonova T-stanica.
Analizom sastava tumorskog mikrobioma korištenjem sekvenciranja gena 16S rRNA u AC-ICAM uzorcima, tim je identificirao potpis mikrobioma (MBR rizik) sa snažnom prognostičkom vrijednošću. Iako je ovaj potpis izveden iz uzoraka tumora, postojala je jaka korelacija između zdravog kolorektuma i MBR rizika tumora, što sugerira da ovaj potpis može obuhvatiti sastav crijevnog mikrobioma pacijenata. Kombiniranjem ICR i MBR rezultata bilo je moguće identificirati i validirati multi-omski studentski biomarker koji predviđa preživljavanje kod pacijenata s rakom debelog crijeva. Multi-omski skup podataka studije pruža resurs za bolje razumijevanje biologije raka debelog crijeva i pomaže u otkrivanju personaliziranih terapijskih pristupa.
Vrijeme objave: 15. lipnja 2023.
Postavke privatnosti