中文网站
Nat Med | Multiomični pristop k kartiranju integrirane tumorske, imunske in mikrobne pokrajine kolorektalnega raka razkriva interakcijo mikrobioma z imunskim sistemom
Čeprav so biomarkerje primarnega raka debelega črevesa v zadnjih letih obsežno preučevali, se trenutne klinične smernice za določitev priporočil za zdravljenje opirajo le na določanje stopenj tumorskih bezgavk in metastaz in odkrivanje napak pri popravljanju neujemanja DNA (MMR) ali mikrosatelitne nestabilnosti (MSI) (poleg standardnega patološkega testiranja). Raziskovalci so opazili pomanjkanje povezave med imunskimi odzivi, ki temeljijo na izražanju genov, mikrobnimi profili in tumorsko stromo v kohorti kolorektalnega raka atlasa genoma raka (TCGA) in preživetjem bolnikov.
Ko so raziskave napredovale, so poročali, da kvantitativne značilnosti primarnega raka debelega črevesa in danke, vključno z rakavo celično, imunsko, stromalno ali mikrobno naravo raka, pomembno korelirajo s kliničnimi izidi, vendar je še vedno omejeno razumevanje, kako njihove interakcije vplivajo na rezultate bolnikov.
Da bi razčlenili razmerje med fenotipsko kompleksnostjo in izidom, je skupina raziskovalcev z Inštituta za medicinske raziskave Sidra v Katarju nedavno razvila in potrdila integriran rezultat (mICRoScore), ki identificira skupino bolnikov z dobrimi stopnjami preživetja s kombinacijo značilnosti mikrobioma in konstant imunske zavrnitve (ICR). Ekipa je izvedla obsežno genomsko analizo sveže zamrznjenih vzorcev 348 bolnikov s primarnim rakom debelega črevesa in danke, vključno s sekvenciranjem RNA tumorjev in ujemajočega se zdravega kolorektalnega tkiva, sekvenciranjem celotnega eksoma, globokim T-celičnim receptorjem in genskim sekvenciranjem 16S bakterijske rRNA, dopolnjeno s sekvenciranjem celotnega tumorskega genoma za nadaljnjo karakterizacijo mikrobioma. Študija je bila objavljena v Nature Medicine kot "Integrirani tumorski, imunski in mikrobiomski atlas raka debelega črevesa".
Članek objavljen v Nature Medicine
AC-ICAM Pregled
Raziskovalci so uporabili ortogonalno genomsko platformo za analizo sveže zamrznjenih vzorcev tumorjev in primerjali sosednje zdravo tkivo debelega črevesa (tumor-normalni pari) bolnikov s histološko diagnozo raka debelega črevesa brez sistemske terapije. Na podlagi sekvenciranja celotnega eksoma (WES), nadzora kakovosti podatkov RNA-seq in presejanja kriterijev vključitve so bili genomski podatki 348 bolnikov ohranjeni in uporabljeni za nadaljnjo analizo z mediano spremljanja 4,6 leta. Raziskovalna skupina je ta vir poimenovala Sidra-LUMC AC-ICAM: zemljevid in vodnik za interakcije imunskega raka in mikrobioma (slika 1).
Molekularna klasifikacija z uporabo ICR
Raziskovalna skupina je z zajemanjem modularnega nabora imunskih genetskih markerjev za neprekinjen imunski nadzor raka, imenovanega imunska konstanta zavrnitve (ICR), optimizirala ICR tako, da ga je zgostila v 20-gensko ploščo, ki pokriva različne vrste raka, vključno z melanomom, rakom mehurja in rakom dojke. ICR je bil povezan tudi z odzivom imunoterapije 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 grozde/imunske podtipe: visok ICR (vroči tumorji), srednji ICR in nizek ICR (hladni tumorji) (slika 1b). Raziskovalci so označili 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/presnovni in CMS4/mezenhimski. Analiza je pokazala, da so bili rezultati ICR v negativni korelaciji z nekaterimi potmi rakavih celic pri vseh podtipih CMS, pozitivne korelacije z imunosupresivnimi in s stromalno povezanimi potmi pa so opazili le pri tumorjih CMS4.
V vseh CMS je bilo število podskupin celic naravnih ubijalk (NK) in celic T največje pri podvrstah ICR z visoko imunostjo, z večjo variabilnostjo v drugih podskupinah levkocitov (slika 1c). Imunski podtipi ICR so imeli različna OS in PFS, s postopnim povečanjem ICR od nizke do visoke (slika 1d), kar potrjuje prognostično vlogo ICR pri kolorektalnem raku.
Slika 1. Zasnova študije AC-ICAM, imunski podpis genov, imunski in molekularni podtipi ter preživetje.
ICR zajame s tumorjem obogatene, klonsko pomnožene celice T
Poročali so, da je le manjši del celic T, ki se infiltrirajo v tumorsko tkivo, specifičnih za tumorske antigene (manj kot 10 %). Zato se večina T-celic znotraj tumorja imenuje opazovalne T-celice (stranske T-celice). Najmočnejšo korelacijo s številom običajnih celic T s produktivnimi TCR so opazili pri subpopulacijah stromalnih celic in levkocitov (zaznanih z RNA-seq), ki jih je mogoče uporabiti za oceno subpopulacij T celic (slika 2a). V skupinah ICR (celotna in CMS klasifikacija) je bila največja klonalnost imunskih SEQ TCR opažena v skupinah CMS1/imunski podtip ICR-visok in CMS (slika 2c), z največjim deležem tumorjev z visokim ICR-jem. Z uporabo celotnega transkriptoma (18.270 genov) je bilo šest genov ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA in CXCL10) med prvih deset genov, ki so bili pozitivno povezani s klonalnostjo TCR imunskega SEQ (slika 2d). Klonalnost ImmunoSEQ TCR je bila močneje povezana z večino genov ICR kot korelacije, ugotovljene z uporabo tumorsko odzivnih označevalcev CD8+ (sliki 2f in 2g). Skratka, zgornja analiza kaže, da podpis ICR zajame prisotnost s tumorjem obogatenih, klonsko pomnoženih celic T in lahko pojasni njegove prognostične posledice.
Slika 2. Meritve TCR in korelacija z imunsko povezanimi geni, imunskimi in molekularnimi podtipi.
Sestava mikrobioma v zdravih in rakavih tkivih debelega črevesa
Raziskovalci so izvedli sekvenciranje 16S rRNA z uporabo DNK, ekstrahirane iz ujemajočega tumorja in zdravega tkiva debelega črevesa 246 bolnikov (slika 3a). Za validacijo so raziskovalci dodatno analizirali podatke o sekvenciranju genov 16S rRNA iz dodatnih 42 vzorcev tumorjev, ki se niso ujemali z normalno DNK, ki je bila na voljo za analizo. Najprej so raziskovalci primerjali relativno številčnost flore med ustreznimi tumorji in zdravim tkivom debelega črevesa. Clostridium perfringens je bil znatno povečan v tumorjih v primerjavi z zdravimi vzorci (slika 3a-3d). Med tumorskimi in zdravimi vzorci ni bilo bistvene razlike v alfa raznolikosti (raznolikost in številčnost vrst v enem vzorcu) in skromno zmanjšanje mikrobne raznolikosti je bilo opaženo pri tumorjih z visoko ICR v primerjavi s tumorji z nizko ICR.
Za odkrivanje klinično pomembnih povezav med mikrobnimi profili in kliničnimi rezultati so raziskovalci želeli uporabiti podatke o zaporedju genov 16S rRNA za identifikacijo značilnosti mikrobioma, ki napovedujejo preživetje. Pri AC-ICAM246 so raziskovalci izvedli regresijski model OS Cox, ki je izbral 41 funkcij z neničelnimi koeficienti (povezanimi z diferencialnim tveganjem umrljivosti), imenovanimi klasifikatorji MBR (slika 3f).
V tej kohorti za usposabljanje (ICAM246) je bil nizek rezultat MBR (MBR<0, nizek MBR) povezan z znatno manjšim tveganjem smrti (85 %). Raziskovalci so potrdili povezavo med nizkim MBR (tveganjem) in podaljšanim OS 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 pri tumorskem in zdravem tkivu debelega črevesa.
Slika 3. Mikrobiom v tumorju in zdravih tkivih ter povezava z ICR in preživetjem bolnikov.
Zaključek
Pristop z več omikami, uporabljen v tej študiji, omogoča temeljito odkrivanje in analizo molekularnega podpisa imunskega odziva pri raku debelega črevesa in danke ter razkriva interakcijo med mikrobiomom in imunskim sistemom. Globoko TCR sekvenciranje tumorjev in zdravih tkiv je razkrilo, da je prognostični učinek ICR lahko posledica njegove sposobnosti, da zajame s tumorjem obogatene in morda za tumorske antigene specifične T-celične klone.
Z analizo sestave tumorskega mikrobioma z uporabo sekvenciranja genov 16S rRNA v vzorcih AC-ICAM je skupina identificirala podpis mikrobioma (ocena tveganja MBR) z močno prognostično vrednostjo. Čeprav je bil ta podpis izpeljan iz vzorcev tumorjev, je obstajala močna povezava med zdravim kolorektumom in rezultatom MBR tveganja tumorja, kar kaže, da lahko ta podpis zajame sestavo mikrobioma črevesja bolnikov. S kombinacijo rezultatov ICR in MBR je bilo mogoče prepoznati in potrditi biomarker študentov z več omiki, ki napoveduje preživetje pri bolnikih z rakom debelega črevesa. Multi-omični nabor podatkov študije zagotavlja vir za boljše razumevanje biologije raka debelega črevesa in pomoč pri odkrivanju prilagojenih terapevtskih pristopov.
Čas objave: 15. junij 2023
Nastavitve zasebnosti