Nat Med | Multi-omics megközelítés az integrált daganat feltérképezésére

Nat Med | A vastag- és végbélrák integrált tumor-, immun- és mikrobiális tájképének feltérképezésére szolgáló multi-omika megközelítés felfedi a mikrobiom és az immunrendszer kölcsönhatását.
Bár az elmúlt években alaposan tanulmányozták az elsődleges vastagbélrák biomarkereit, a jelenlegi klinikai irányelvek csak a tumor-nyirokcsomó-metasztázis stádiumba állításán és a DNS-hibák (MMR) hibák vagy a mikroszatellit instabilitás (MSI) kimutatásán alapulnak (a standard patológiai vizsgálatokon kívül). ) kezelési javaslatok meghatározásához. A kutatók azt észlelték, hogy a Cancer Genome Atlas (TCGA) kolorektális rák kohorszában a génexpresszión alapuló immunválaszok, a mikrobiális profilok és a tumor stróma között nincs összefüggés, valamint a betegek túlélése között.

A kutatás előrehaladtával a primer vastag- és végbélrák mennyiségi jellemzői, beleértve a rák sejtes, immun-, stromális vagy mikrobiális természetét, szignifikánsan korrelálnak a klinikai kimenetelekkel, de még mindig korlátozott a tudás arról, hogy kölcsönhatásaik hogyan befolyásolják a betegek kimenetelét. .
A katari Sidra Orvosi Kutatóintézet kutatóinak csoportja a fenotípusos komplexitás és az eredmény közötti kapcsolat feltárására nemrégiben kifejlesztett és validált egy integrált pontszámot (mICRoScore), amely jó túlélési arányú betegek csoportját azonosítja a mikrobiom jellemzői és az immunkilökődés kombinálásával. állandók (ICR). A csapat 348, elsődleges vastagbélrákban szenvedő beteg frissen fagyasztott mintájának átfogó genomiális elemzését végezte el, beleértve a daganatok és a megfelelő egészséges vastagbélszövet RNS-szekvenálását, a teljes exome szekvenálást, a mély T-sejt receptor és a 16S bakteriális rRNS gén szekvenálását, kiegészítve a teljes tumorral. genom szekvenálás a mikrobiom további jellemzésére. A tanulmány a Nature Medicine-ben jelent meg „A vastagbélrák integrált tumor-, immun- és mikrobióma atlasza” címmel.

Cikk a Nature Medicine-ben jelent meg

AC-ICAM áttekintés

A kutatók ortogonális genomi platformot használtak a friss fagyasztott daganatminták és a szomszédos egészséges vastagbélszövetek (tumor-normális párok) elemzésére olyan betegektől, akiknél szisztémás terápia nélkül vastagbélrák szövettani diagnózisa volt. A teljes exóm szekvenálás (WES), az RNS-seq adatminőség-ellenőrzés és a befogadási kritériumok szűrése alapján 348 beteg genomi adatait megőrizték, és felhasználták a downstream elemzéshez, 4,6 éves medián követési idővel. A kutatócsoport ezt az erőforrást Sidra-LUMC AC-ICAM-nek nevezte el: Az immun-rák-mikrobióm interakciók térképe és útmutatója (1. ábra).

Molekuláris osztályozás ICR segítségével

A folyamatos rák immunfelügyelethez szükséges immungenetikai markerek moduláris készletét rögzítve, amelyet a kilökődés immunállandójának (ICR) neveznek, a kutatócsoport úgy optimalizálta az ICR-t, hogy azt egy 20 génből álló panelbe tömörítette, amely különböző ráktípusokat fed le, beleértve a melanomát, hólyagrákot és mellrák. Az ICR-t immunterápiás válaszreakcióval is összefüggésbe hozták számos ráktípusban, beleértve a mellrákot is.

Először is, a kutatók validálták az AC-ICAM kohorsz ICR aláírását, ICR gén alapú társosztályozási megközelítést alkalmazva, hogy a kohorszt három klaszterbe/immun altípusba sorolják: magas ICR (meleg daganatok), közepes ICR és alacsony ICR (hideg). daganatok) (1b. ábra). A kutatók a konszenzus molekuláris altípusokhoz (CMS) társuló immunhajlamot jellemezték, amely a vastagbélrák átíráson alapuló osztályozása. a CMS kategóriák közé tartozott a CMS1/immun, CMS2/kanonikus, CMS3/metabolikus és CMS4/mezenchimális. Az elemzés azt mutatta, hogy az ICR pontszámok negatívan korreláltak bizonyos rákos sejt útvonalakkal minden CMS altípusban, és pozitív korrelációt az immunszuppresszív és a stromális útvonalakkal csak a CMS4 daganatokban figyeltek meg.

Az összes CMS-ben a természetes gyilkos sejt (NK) és T sejt alcsoportok bősége az ICR erős immunitású altípusaiban volt a legmagasabb, nagyobb variabilitással a többi leukocita alcsoportban (1c. ábra). Az ICR immunaltípusok eltérő operációs rendszerrel és PFS-sel rendelkeztek, progresszív növekedéssel. az ICR-ben alacsonyról magasra (1d. ábra), igazolva az ICR prognosztikai szerepét a vastagbélrákban.

1. ábra: AC-ICAM vizsgálat tervezése, immunrendszerrel kapcsolatos génaláírás, immun- és molekuláris altípusok és túlélés.
Az ICR rögzíti a tumorban dúsított, klonálisan amplifikált T-sejteket
A tumorszövetbe beszűrődő T-sejteknek csak egy kisebb része (kevesebb, mint 10%) specifikus a tumorantigénekre. Ezért a tumoron belüli T-sejtek többségét bystander T-sejteknek (bystander T-sejtek) nevezik. A produktív TCR-ekkel rendelkező hagyományos T-sejtek számával a legerősebb korrelációt a stromasejt- és leukocita-szubpopulációkban figyelték meg (RNS-seq-vel kimutatva), amely felhasználható a T-sejt-alpopulációk becslésére (2a. ábra). Az ICR-klaszterekben (általános és CMS-besorolás) az immun SEQ TCR-ek legmagasabb klonalitása az ICR-magas és CMS-altípusú CMS1/immun csoportokban volt megfigyelhető (2c. ábra), ahol a legmagasabb az ICR-magas daganatok aránya. A teljes transzkriptom (18 270 gén) felhasználásával hat ICR gén (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA és CXCL10) volt a tíz legjobb gén között, amelyek pozitívan kapcsolódnak a TCR immunszekvencia klonalitásához (2d ábra). Az ImmunoSEQ TCR klonalitása erősebben korrelált a legtöbb ICR génnel, mint a tumorra reagáló CD8+ markerek használatával megfigyelt korrelációk (2f és 2g ábra). Összefoglalva, a fenti elemzés azt sugallja, hogy az ICR aláírás rögzíti a tumorban dúsított, klonálisan amplifikált T-sejtek jelenlétét, és megmagyarázhatja annak prognosztikai vonatkozásait.

2. ábra: TCR-metrikák és korreláció az immunrendszerrel kapcsolatos génekkel, immun- és molekuláris altípusokkal.
Mikrobióma összetétele egészséges és vastagbélrákos szövetekben
A kutatók 16S rRNS szekvenálást végeztek 246 beteg egyező daganatából és egészséges vastagbélszövetéből kivont DNS segítségével (3a. ábra). A validálás érdekében a kutatók elemezték a 16S rRNS gén szekvenálási adatait további 42 olyan tumormintából, amelyek nem tartalmaztak megfelelő DNS-t az elemzéshez. Először is a kutatók összehasonlították a flóra relatív bőségét az egyező daganatok és az egészséges vastagbélszövet között. A Clostridium perfringens szignifikánsan megnövekedett a daganatokban az egészséges mintákhoz képest (3a-3d. ábra). Nem volt szignifikáns különbség az alfa-diverzitásban (a fajok diverzitása és abundanciája egyetlen mintában) a daganatos és az egészséges minták között, és a mikrobiális diverzitás mérsékelt csökkenése volt megfigyelhető az ICR-magas daganatokban az ICR-alacsony tumorokhoz képest.
A mikrobiális profilok és a klinikai eredmények közötti klinikailag releváns összefüggések kimutatására a kutatók arra törekedtek, hogy a 16S rRNS génszekvenálási adatait felhasználják a túlélést előrejelző mikrobiom jellemzők azonosítására. Az AC-ICAM246-nál a kutatók egy OS Cox-regressziós modellt futtattak, amely 41 jellemzőt választott ki nullától eltérő együtthatóval (a differenciális mortalitási kockázattal összefüggésben), az úgynevezett MBR-osztályozókat (3f. ábra).
Ebben a képzési kohorszban (ICAM246) az alacsony MBR pontszám (MBR<0, alacsony MBR) szignifikánsan alacsonyabb halálozási kockázattal (85%) társult. A kutatók két, egymástól függetlenül validált kohorszban (ICAM42 és TCGA-COAD) megerősítették az összefüggést az alacsony MBR (kockázat) és az elhúzódó OS között. (3. ábra) A vizsgálat erős korrelációt mutatott ki az endogasztrikus coccusok és az MBR pontszámok között, amelyek hasonlóak voltak a tumorban és az egészséges vastagbélszövetben.

3. ábra Mikrobióma tumorban és egészséges szövetekben, valamint kapcsolat az ICR-rel és a betegek túlélésével.
Következtetés
A tanulmányban alkalmazott multi-omikai megközelítés lehetővé teszi a vastag- és végbélrák immunválaszának molekuláris aláírásának alapos kimutatását és elemzését, valamint feltárja a mikrobiom és az immunrendszer közötti kölcsönhatást. A tumor és az egészséges szövetek mély TCR szekvenálása feltárta, hogy az ICR prognosztikai hatása annak köszönhető, hogy képes megragadni a tumorban dúsított és esetleg tumorantigén-specifikus T-sejt klónokat.

Az AC-ICAM mintákban 16S rRNS génszekvenálással végzett tumor mikrobiom összetételének elemzésével a csapat erős prognosztikai értékkel rendelkező mikrobiom aláírást (MBR kockázati pontszámot) azonosított. Bár ez az aláírás daganatmintákból származott, erős korreláció volt az egészséges colorectum és a tumor MBR kockázati pontszáma között, ami arra utal, hogy ez az aláírás rögzítheti a betegek bélmikrobióma összetételét. Az ICR- és az MBR-pontszámok kombinálásával lehetővé vált egy multi-omic diák biomarker azonosítása és validálása, amely megjósolja a vastagbélrákos betegek túlélését. A tanulmány többképes adatkészlete forrást biztosít a vastagbélrák biológiájának jobb megértéséhez, és segít a személyre szabott terápiás megközelítések felfedezésében.

Referencia:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. A vastagbélrák integrált daganat-, immun- és mikrobióma atlasza. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).