中文网站
Nat Med | A vastagbélrák integrált tumor-, immun- és mikrobiális környezetének feltérképezésére szolgáló multi-omikai megközelítés feltárja a mikrobiom és az immunrendszer kölcsönhatását.
Bár az elsődleges vastagbélrák biomarkereit az elmúlt években széles körben tanulmányozták, a jelenlegi klinikai irányelvek csak a tumor-nyirokcsomó-áttét stádiummeghatározására és a DNS-mismatch repair (MMR) hibák vagy a mikroszatellita instabilitás (MSI) kimutatására támaszkodnak (a standard patológiai vizsgálatok mellett) a kezelési ajánlások meghatározásához. A kutatók a Cancer Genome Atlas (TCGA) vastagbélrák kohorszában a génexpresszió-alapú immunválaszok, a mikrobiális profilok és a tumorsztróma, valamint a betegek túlélése közötti összefüggés hiányát figyelték meg.
A kutatások előrehaladtával a primer vastagbélrák kvantitatív jellemzői, beleértve a rák sejtes, immun, stromális vagy mikrobiális jellegét, szignifikánsan korrelálnak a klinikai eredményekkel, de még mindig korlátozott a megértés arról, hogy ezek kölcsönhatásai hogyan befolyásolják a betegek kimenetelét.
A fenotípusos komplexitás és a kimenetel közötti kapcsolat vizsgálatára a katari Sidra Orvosi Kutatóintézet kutatócsoportja nemrégiben kifejlesztett és validált egy integrált pontszámot (mICRoScore), amely a mikrobióma jellemzőinek és az immunkilökődési állandóknak (ICR) a kombinálásával azonosítja a jó túlélési aránnyal rendelkező betegek csoportját. A csapat 348 primer vastagbélrákos beteg frissen fagyasztott mintáinak átfogó genomikai elemzését végezte el, beleértve a daganatok és a párosított egészséges vastagbélszövet RNS-szekvenálását, a teljes exom szekvenálást, a mély T-sejt receptor és a 16S bakteriális rRNA génszekvenálást, kiegészítve a teljes tumor genom szekvenálásával a mikrobiom további jellemzése érdekében. A tanulmány a Nature Medicine című folyóiratban jelent meg „A vastagbélrák integrált tumor-, immun- és mikrobióma atlasza” címmel.
Cikk megjelent a Nature Medicine folyóiratban
AC-ICAM áttekintés
A kutatók egy ortogonális genomikai platformot használtak frissen fagyasztott tumorminták elemzésére, és a szisztémás terápiát nem kapó vastagbélrák szövettani diagnózisával rendelkező betegek szomszédos egészséges vastagbélszövetét (tumor-normál párok) illesztették össze. A teljes exom szekvenálás (WES), az RNS-szekvenálási adatok minőségellenőrzése és a beválasztási kritériumok szűrése alapján 348 beteg genomikai adatait őrizték meg és használták fel a későbbi elemzéshez, 4,6 éves medián követési idővel. A kutatócsoport ezt az erőforrást Sidra-LUMC AC-ICAM: Térkép és útmutató az immun-rák-mikrobiom interakciókhoz (1. ábra) nevezte el.
Molekuláris osztályozás ICR segítségével
A kutatócsoport a folyamatos rákimmunológiai megfigyeléshez szükséges immungenetikai markerek moduláris halmazát, az úgynevezett kilökődési immunállandót (ICR) rögzítette, és optimalizálta az ICR-t egy 20 génből álló panellé sűrítve, amely különböző ráktípusokat, köztük a melanomát, a hólyagrákot és az emlőrákot fedi le. Az ICR-t számos ráktípus, köztük az emlőrák immunterápiás válaszával is összefüggésbe hozták.
Először is, a kutatók validálták az AC-ICAM kohorsz ICR-aláírását egy ICR génalapú ko-osztályozási megközelítés segítségével, hogy a kohorszt három klaszterbe/immun altípusba sorolják: magas ICR (forró tumorok), közepes ICR és alacsony ICR (hideg tumorok) (1b. ábra). A kutatók jellemezték a konszenzus molekuláris altípusokkal (CMS) összefüggő immunhajlamot, amely a vastagbélrák transzkriptom-alapú osztályozása. A CMS kategóriák a következők voltak: CMS1/immun, CMS2/kanonikus, CMS3/metabolikus és CMS4/mezenchimális. Az elemzés kimutatta, hogy az ICR-pontszámok negatív korrelációt mutattak bizonyos ráksejt-útvonalakkal minden CMS altípusban, és pozitív korrelációt az immunszuppresszív és a stromális eredetű útvonalakkal csak a CMS4 tumorokban figyeltek meg.
Minden krónikus kóros megbetegedésben (CMS) a természetes ölősejtek (NK) és a T-sejtek alcsoportjainak mennyisége a legmagasabb volt az ICR magas immunitású altípusokban, míg más leukocita alcsoportokban nagyobb variabilitást mutatott (1c. ábra). Az ICR immun altípusok eltérő teljes túlélést (OS) és progressziómentes túlélést (PFS) mutattak, az ICR progresszív növekedésével alacsonytól magasig (1d. ábra), ami igazolja az ICR prognosztikai szerepét vastagbélrákban.
1. ábra. Az AC-ICAM vizsgálat felépítése, az immunrendszerrel kapcsolatos génaláírás, az immun- és molekuláris altípusok és a túlélés.
Az ICR tumorban dúsított, klonálisan amplifikált T-sejteket rögzít
A tumorszövetbe infiltrálódó T-sejteknek csak kisebb részéről számoltak be, hogy specifikusak a tumor antigénekre (kevesebb, mint 10%). 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 stromális sejtek és a leukocita alpopulációkban figyelték meg (RNS-szekvenálással detektálva), amely felhasználható a T-sejt alpopulációk becslésére (2a. ábra). Az ICR klaszterekben (átlagos és CMS besorolás) az immun SEQ TCR-ek legmagasabb klonalitását az ICR-magas és a CMS altípusú CMS1/immun csoportokban figyelték meg (2c. ábra), az ICR-magas tumorok legnagyobb arányával. A teljes transzkriptom (18 270 gén) felhasználásával hat ICR gén (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA és CXCL10) került a TCR immun SEQ klonalitásával pozitívan összefüggő tíz legfontosabb gén közé (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 arra utal, hogy az ICR-szignatúra a tumorban dúsított, klonálisan amplifikált T-sejtek jelenlétét rögzíti, és magyarázhatja annak prognosztikai vonatkozásait.
2. ábra. TCR-metrikák és korreláció az immunrendszerrel kapcsolatos génekkel, immun- és molekuláris altípusokkal.
Mikrobiom összetétel egészséges és vastagbélrákos szövetekben
A kutatók 16S rRNA szekvenálást végeztek 246 beteg párosított tumor- és egészséges vastagbélszövetéből kivont DNS-en (3a. ábra). A validáláshoz a kutatók további 42 tumormintából származó 16S rRNA génszekvenálási adatokat is elemeztek, amelyekben nem állt rendelkezésre megfelelő normál DNS az elemzéshez. Először a kutatók összehasonlították a flóra relatív mennyiségét az illesztett tumorok és az egészséges vastagbélszövet között. A Clostridium perfringens jelenléte szignifikánsan megnőtt a tumorokban az egészséges mintákhoz képest (3a-3d. ábra). Nem volt szignifikáns különbség az alfa-diverzitásban (a fajok diverzitása és abundancia egyetlen mintában) a tumoros és az egészséges minták között, és a mikrobiális diverzitás szerény csökkenését figyelték meg a magas ICR-értékű tumorokban az alacsony ICR-értékű tumorokhoz képest.
A mikrobiális profilok és a klinikai eredmények közötti klinikailag releváns összefüggések kimutatása érdekében a kutatók 16S rRNA génszekvenálási adatokat használtak fel a túlélést előrejelző mikrobiom jellemzők azonosítására. Az AC-ICAM246 vizsgálatban a kutatók egy OS Cox regressziós modellt futtattak, amely 41, nullától eltérő együtthatójú (a differenciális mortalitási kockázattal összefüggő) jellemzőt választott ki, amelyeket MBR osztályozóknak neveznek (3f. ábra).
Ebben a képzési kohorszban (ICAM246) az alacsony MBR-pontszám (MBR<0, alacsony MBR) szignifikánsan alacsonyabb halálozási kockázattal (85%) járt együtt. A kutatók két függetlenül validált kohorszban (ICAM42 és TCGA-COAD) megerősítették az alacsony MBR (kockázat) és a megnyúlt teljes túlélés közötti összefüggést. (3. ábra) A vizsgálat szoros korrelációt mutatott ki az endogasztrikus coccusok és az MBR-pontszámok között, amelyek hasonlóak voltak a tumoros és az egészséges vastagbélszövetben.
3. ábra. A tumoros és egészséges szövetek mikrobiomja, valamint az ICR-rel és a betegek túlélésével való kapcsolat.
Következtetés
Az ebben a tanulmányban alkalmazott multi-omikai megközelítés lehetővé teszi a vastagbélrák immunválaszának molekuláris jellemzőinek alapos kimutatását és elemzését, és feltárja a mikrobiom és az immunrendszer közötti kölcsönhatást. A tumoros és egészséges szövetek mély TCR-szekvenálása kimutatta, hogy az ICR prognosztikai hatása annak köszönhető, hogy képes a tumorban dúsított és esetleg a tumor antigén-specifikus T-sejt klónokat is befogni.
Az AC-ICAM mintákban 16S rRNA génszekvenálással elemzett tumor mikrobiom összetételének elemzésével a csapat azonosított egy erős prognosztikai értékű mikrobiom-aláírást (MBR kockázati pontszám). Bár ez az aláírás tumormintákból származott, szoros korreláció volt az egészséges vastagbél és a tumor MBR kockázati pontszáma között, ami arra utal, hogy ez az aláírás a betegek bélmikrobiom-összetételét is tükrözheti. Az ICR és az MBR pontszámok kombinálásával lehetővé vált egy több omikus, diákokon alapuló biomarker azonosítása és validálása, amely a vastagbélrákos betegek túlélését jósolja. A tanulmány több omikus adatkészlete forrást biztosít a vastagbélrák biológiájának jobb megértéséhez és a személyre szabott terápiás megközelítések felfedezéséhez.
Közzététel ideje: 2023. június 15.
Adatvédelmi beállítások