中文网站
Nat Med | Večomski pristop k kartiranju integrirane tumorske, imunske in mikrobne pokrajine kolorektalnega raka razkriva interakcijo mikrobioma z imunskim sistemom
Čeprav so bili biomarkerji za primarni rak debelega črevesa v zadnjih letih obsežno preučeni, se trenutne klinične smernice za določitev priporočil za zdravljenje zanašajo le na stadij tumorja, bezgavk in metastaz ter odkrivanje napak pri popravljanju neskladja DNK (MMR) ali mikrosatelitske nestabilnosti (MSI) (poleg standardnega patološkega testiranja). Raziskovalci so v kohorti bolnikov z rakom debelega črevesa in danke v okviru atlasa genoma raka raka (TCGA) in preživetjem bolnikov opazili pomanjkanje povezave med imunskimi odzivi na podlagi izražanja genov, mikrobnimi profili in tumorsko stromo.
Z napredovanjem raziskav so poročali o kvantitativnih značilnostih primarnega kolorektalnega raka, vključno s celično, imunsko, stromalno ali mikrobno naravo raka, ki pomembno korelirajo s kliničnimi izidi, vendar je še vedno omejeno razumevanje, kako njihove interakcije vplivajo na izide bolnikov.
Za analizo razmerja med fenotipsko kompleksnostjo in izidom je ekipa raziskovalcev z Inštituta za medicinske raziskave Sidra v Katarju nedavno razvila in potrdila integrirano oceno (mICRoScore), ki identificira skupino bolnikov z dobro stopnjo preživetja z združevanjem značilnosti mikrobioma in konstant imunske zavrnitve (ICR). Ekipa je izvedla celovito genomsko analizo sveže zamrznjenih vzorcev 348 bolnikov s primarnim kolorektalnim rakom, vključno s sekvenciranjem RNK tumorjev in ujemajočega se zdravega kolorektalnega tkiva, sekvenciranjem celotnega eksoma, sekvenciranjem globokega receptorja T-celic in gena 16S bakterijske rRNA, dopolnjeno s sekvenciranjem celotnega tumorskega genoma za nadaljnjo karakterizacijo mikrobioma. Študija je bila objavljena v reviji Nature Medicine kot »Integrirani atlas tumorjev, imunskega sistema in mikrobioma raka debelega črevesa«.
Članek objavljen v reviji Nature Medicine
Pregled AC-ICAM
Raziskovalci so uporabili ortogonalno genomsko platformo za analizo sveže zamrznjenih vzorcev tumorjev in ujemajočega se sosednjega zdravega tkiva debelega črevesa (pari tumor-normalno tkivo) pri bolnikih s histološko diagnozo raka debelega črevesa brez sistemske terapije. Na podlagi sekvenciranja celotnega eksoma (WES), nadzora kakovosti podatkov RNA-sekvenciranja in presejanja vključitvenih kriterijev so bili genomski podatki 348 bolnikov shranjeni in uporabljeni za nadaljnjo analizo z mediano spremljanjem 4,6 let. Raziskovalna skupina je ta vir poimenovala Sidra-LUMC AC-ICAM: Zemljevid in vodnik po interakcijah imunskega sistema, raka in mikrobioma (slika 1).
Molekularna klasifikacija z uporabo ICR
Raziskovalna skupina je z zajemanjem modularnega nabora imunskih genetskih označevalcev za neprekinjen imunski nadzor raka, imenovan imunska konstanta zavrnitve (ICR), optimizirala ICR tako, da ga je združila v 20-genski panel, ki zajema različne vrste raka, vključno z melanomom, rakom mehurja in rakom dojke. ICR je bil povezan tudi z odzivom na imunoterapijo pri različnih vrstah raka, vključno z rakom dojke.
Najprej so raziskovalci potrdili podpis ICR kohorte AC-ICAM z uporabo pristopa sorazvrščanja na podlagi genov ICR za razvrstitev kohorte v tri skupine/imunske podtipe: visok ICR (vroči tumorji), srednji ICR in nizek ICR (hladni tumorji) (slika 1b). Raziskovalci so opredelili imunsko nagnjenost, povezano s konsenznimi molekularnimi podtipi (CMS), klasifikacijo raka debelega črevesa, ki temelji na transkriptomih. Kategorije CMS so vključevale CMS1/imunski, CMS2/kanonični, CMS3/metabolni in CMS4/mezenhimski. Analiza je pokazala, da so bili rezultati ICR negativno povezani z določenimi potmi rakavih celic pri vseh podtipih CMS, pozitivne korelacije z imunosupresivnimi in stromalno povezanimi potmi pa so bile opažene le pri tumorjih CMS4.
V vseh CMS je bila številčnost podskupin naravnih celic ubijalk (NK) in celic T najvišja pri podtipih ICR z visoko imunostjo, z večjo variabilnostjo pri drugih podskupinah levkocitov (slika 1c). Imunski podtipi ICR so imeli različno celokupno preživetje (OS) in preživetje brez napredovanja bolezni (PFS), s postopnim povečanjem ICR od nizkega do visokega (slika 1d), kar potrjuje prognostično vlogo ICR pri kolorektalnem raku.
Slika 1. Zasnova študije AC-ICAM, imunsko pogojena genska signatura, imunski in molekularni podtipi ter preživetje.
ICR zajame tumorsko obogatene, klonsko amplificirane T celice
Le manjšina celic T, ki infiltrirajo tumorsko tkivo, je bila specifična za tumorske antigene (manj kot 10 %). Zato se večina intratumorskih celic T imenuje opazovalne celice T (običajne celice T). Najmočnejša korelacija s številom konvencionalnih celic T s produktivnimi TCR je bila opažena v subpopulacijah stromalnih celic in levkocitov (zaznano z RNA-seq), kar se lahko uporabi za oceno subpopulacij celic T (slika 2a). V skupinah ICR (splošna in CMS klasifikacija) je bila najvišja klonalnost imunskih SEQ TCR opažena v skupinah ICR-visok in CMS podtipa CMS1/imunski (slika 2c), z največjim deležem tumorjev ICR-visok. Z uporabo celotnega transkriptoma (18.270 genov) je bilo šest genov ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA in CXCL10) med desetimi geni, pozitivno povezanimi s klonalnostjo imunskih SEQ TCR (slika 2d). Klonalnost ImmunoSEQ TCR je bila močneje povezana z večino genov ICR kot korelacije, opažene z uporabo tumorsko odzivnih markerjev CD8+ (slika 2f in 2g). Skratka, zgornja analiza kaže, da podpis ICR zajame prisotnost tumorsko obogatenih, klonsko amplificiranih celic T in lahko pojasni njegove prognostične implikacije.
Slika 2. Metrike TCR in korelacija z imunsko pogojenimi geni, imunskimi in molekularnimi podtipi.
Sestava mikrobioma v zdravih tkivih in tkivih debelega črevesa z rakom
Raziskovalci so izvedli sekvenciranje 16S rRNA z uporabo DNK, ekstrahirane iz ujemajočega se tumorskega in zdravega tkiva debelega črevesa od 246 bolnikov (slika 3a). Za validacijo so raziskovalci dodatno analizirali podatke sekvenciranja gena 16S rRNA iz dodatnih 42 vzorcev tumorjev, ki niso imeli na voljo ujemajoče se normalne DNK za analizo. Najprej so raziskovalci primerjali relativno številčnost flore med ujemajočimi se tumorji in zdravim tkivom debelega črevesa. Clostridium perfringens je bil v tumorjih znatno povečan v primerjavi z zdravimi vzorci (slika 3a-3d). Ni bilo pomembne razlike v alfa raznolikosti (raznolikost in številčnost vrst v enem samem vzorcu) med tumorskimi in zdravimi vzorci, pri tumorjih z visokim ICR pa so opazili zmerno zmanjšanje mikrobne raznolikosti v primerjavi s tumorji z nizkim ICR.
Za odkrivanje klinično pomembnih povezav med mikrobnimi profili in kliničnimi izidi so raziskovalci želeli uporabiti podatke sekvenciranja genov 16S rRNA za identifikacijo značilnosti mikrobioma, ki napovedujejo preživetje. V AC-ICAM246 so raziskovalci izvedli regresijski model OS Cox, ki je izbral 41 značilnosti z neničelnimi koeficienti (povezanimi z diferencialnim tveganjem umrljivosti), imenovanimi klasifikatorji MBR (slika 3f).
V tej učni kohorti (ICAM246) je bil nizek rezultat MBR (MBR < 0, nizek MBR) povezan s bistveno manjšim tveganjem za smrt (85 %). Raziskovalci so potrdili povezavo med nizkim MBR (tveganjem) in podaljšanim celokupnim preživetjem v dveh neodvisno potrjenih kohortah (ICAM42 in TCGA-COAD). (Slika 3) Študija je pokazala močno korelacijo med endogastričnimi koki in rezultati MBR, ki so bili podobni v tumorskem in zdravem tkivu debelega črevesa.
Slika 3. Mikrobiom v tumorju in zdravih tkivih ter povezava z ICR in preživetjem bolnikov.
Zaključek
Multiomski pristop, uporabljen v tej študiji, omogoča temeljito odkrivanje in analizo molekularnega podpisa imunskega odziva pri kolorektalnem raku ter razkriva interakcijo med mikrobiomom in imunskim sistemom. Globoko sekvenciranje TCR tumorskih in zdravih tkiv je pokazalo, da je prognostični učinek ICR lahko posledica njegove sposobnosti zajemanja klonov T-celic, obogatenih s tumorjem, in morda s tumorskim antigenom specifičnih klonov.
Z analizo sestave tumorskega mikrobioma z uporabo sekvenciranja gena 16S rRNA v vzorcih AC-ICAM je ekipa identificirala podpis mikrobioma (ocena tveganja MBR) z močno prognostično vrednostjo. Čeprav je bil ta podpis izpeljan iz vzorcev tumorjev, je obstajala močna korelacija med zdravim kolorektumom in oceno tveganja MBR tumorja, kar kaže na to, da bi ta podpis lahko zajel sestavo črevesnega mikrobioma bolnikov. Z združitvijo rezultatov ICR in MBR je bilo mogoče identificirati in potrditi večomski študentski biomarker, ki napoveduje preživetje pri bolnikih z rakom debelega črevesa. Večomski nabor podatkov študije zagotavlja vir za boljše razumevanje biologije raka debelega črevesa in pomaga odkriti prilagojene terapevtske pristope.
Čas objave: 15. junij 2023
Nastavitve zasebnosti