中文网站
Nat Med | Мулти-омичен подход за картографиране на интегрирания туморен, имунен и микробен пейзаж на колоректалния рак разкрива взаимодействието на микробиома с имунната система
Въпреки че биомаркерите за първичен рак на дебелото черво са били обстойно проучени през последните години, настоящите клинични насоки разчитат само на стадиране на тумора, лимфните възли и метастазите и откриване на дефекти в репарацията на несъответствия в ДНК (MMR) или микросателитна нестабилност (MSI) (в допълнение към стандартното патологично изследване), за да определят препоръките за лечение. Изследователите отбелязват липса на връзка между имунните отговори, базирани на генната експресия, микробните профили и туморната строма в кохортата на колоректалния рак на Cancer Genome Atlas (TCGA) и преживяемостта на пациентите.
С напредването на изследванията се съобщава, че количествените характеристики на първичния колоректален рак, включително клетъчната, имунната, стромалната или микробната природа на рака, корелират значително с клиничните резултати, но все още има ограничено разбиране за това как техните взаимодействия влияят на резултатите при пациентите.
За да анализират връзката между фенотипната сложност и резултата, екип от изследователи от Института за медицински изследвания „Сидра“ в Катар наскоро разработи и валидира интегриран скор (mICRoScore), който идентифицира група пациенти с добри нива на преживяемост чрез комбиниране на характеристиките на микробиома и константи на имунно отхвърляне (ICR). Екипът извърши цялостен геномен анализ на прясно замразени проби от 348 пациенти с първичен колоректален рак, включително РНК секвениране на тумори и съответстваща здрава колоректална тъкан, секвениране на целия екзом, дълбоко секвениране на Т-клетъчни рецептори и 16S бактериална рРНК ген, допълнено от секвениране на целия туморен геном за по-нататъшно характеризиране на микробиома. Изследването е публикувано в Nature Medicine като „Интегриран туморен, имунен и микробиомен атлас на рака на дебелото черво“.
Статия, публикувана в Nature Medicine
Общ преглед на AC-ICAM
Изследователите са използвали ортогонална геномна платформа, за да анализират прясно замразени туморни проби и съответстваща съседна здрава тъкан на дебелото черво (туморно-нормални двойки) от пациенти с хистологична диагноза рак на дебелото черво без системна терапия. Въз основа на секвениране на целия екзом (WES), контрол на качеството на данните от RNA-seq и скрининг по критерии за включване, геномни данни от 348 пациенти са запазени и използвани за последващ анализ със средно проследяване от 4,6 години. Изследователският екип е нарекъл този ресурс Sidra-LUMC AC-ICAM: Карта и ръководство за взаимодействията между имунитета, рака и микробиома (Фигура 1).
Молекулярна класификация с помощта на ICR
Чрез улавяне на модулен набор от имунни генетични маркери за непрекъснато имунологично наблюдение на рака, наречен имунна константа на отхвърляне (ICR), изследователският екип оптимизира ICR, като го кондензира в 20-генен панел, обхващащ различни видове рак, включително меланом, рак на пикочния мехур и рак на гърдата. ICR е свързан и с имунотерапевтичен отговор при различни видове рак, включително рак на гърдата.
Първо, изследователите валидираха ICR сигнатурата на AC-ICAM кохортата, използвайки ICR генно-базиран подход за ко-класификация, за да класифицират кохортата в три клъстера/имунни подтипа: висок ICR (горещи тумори), среден ICR и нисък ICR (студени тумори) (Фигура 1b). Изследователите характеризираха имунната склонност, свързана с консенсусните молекулярни подтипове (CMS), класификация на рак на дебелото черво, базирана на транскриптоми. Категориите CMS включваха CMS1/имунен, CMS2/каноничен, CMS3/метаболитен и CMS4/мезенхимен. Анализът показа, че ICR резултатите са отрицателно корелирани с определени пътища на раковите клетки във всички CMS подтипове, а положителни корелации с имуносупресивни и свързани със стромата пътища са наблюдавани само при CMS4 тумори.
Във всички CMS, изобилието от подгрупи от естествени клетки убийци (NK) и Т-клетъчни подгрупи е най-високо при ICR с висок имунитет, с по-голяма вариабилност в други левкоцитни подгрупи (Фигура 1в). ICR имунните подтипове имат различна OS и PFS, с прогресивно увеличаване на ICR от ниско до високо (Фигура 1d), което потвърждава прогностичната роля на ICR при колоректален рак.
Фигура 1. Дизайн на AC-ICAM проучването, имуно-свързана генна сигнатура, имунни и молекулярни подтипове и преживяемост.
ICR улавя обогатени с тумор, клонално амплифицирани Т-клетки
Само малка част от Т-клетките, инфилтриращи туморна тъкан, са докладвани като специфични за туморни антигени (по-малко от 10%). Следователно, по-голямата част от вътретуморните Т-клетки се наричат странични Т-клетки (странични Т-клетки). Най-силната корелация с броя на конвенционалните Т-клетки с продуктивни TCR е наблюдавана в субпопулации от стромални клетки и левкоцити (открити чрез RNA-seq), което може да се използва за оценка на субпопулациите от Т-клетки (Фигура 2a). В ICR клъстерите (обща и CMS класификация), най-високата клоналност на имунните SEQ TCR е наблюдавана в групите ICR-high и CMS подтип CMS1/имуни (Фигура 2c), с най-висок дял на ICR-high тумори. Използвайки целия транскриптом (18 270 гена), шест ICR гена (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA и CXCL10) са сред десетте най-добри гена, положително свързани с клоналността на TCR имунната SEQ (Фигура 2d). Клоналността на ImmunoSEQ TCR корелира по-силно с повечето ICR гени, отколкото корелациите, наблюдавани при използване на тумор-чувствителни CD8+ маркери (Фигура 2f и 2g). В заключение, горният анализ предполага, че ICR сигнатурата улавя наличието на тумор-обогатени, клонално амплифицирани Т-клетки и може да обясни нейните прогностични последици.
Фигура 2. TCR показатели и корелация с имуно-свързани гени, имунни и молекулярни подтипове.
Състав на микробиома в здрави и ракови тъкани на дебелото черво
Изследователите извършиха 16S rRNA секвениране, използвайки ДНК, екстрахирана от съответстваща туморна и здрава тъкан на дебелото черво от 246 пациенти (Фигура 3а). За валидиране, изследователите допълнително анализираха данни от 16S rRNA генно секвениране от допълнителни 42 туморни проби, които не са имали съответстваща нормална ДНК, налична за анализ. Първо, изследователите сравниха относителното изобилие на флората между съответстващите тумори и здравата тъкан на дебелото черво. Clostridium perfringens беше значително увеличен в туморите в сравнение със здравите проби (Фигура 3а-3d). Не беше установена значителна разлика в алфа разнообразието (разнообразие и изобилие на видове в една проба) между туморни и здрави проби, като се наблюдаваше умерено намаляване на микробното разнообразие при тумори с висок ICR в сравнение с тумори с нисък ICR.
За да открият клинично значими връзки между микробните профили и клиничните резултати, изследователите са се стремяли да използват данни от секвенирането на 16S rRNA гени, за да идентифицират характеристики на микробиома, които предсказват оцеляването. В AC-ICAM246 изследователите са провели регресионен модел на OS Cox, който е избрал 41 характеристики с ненулеви коефициенти (свързани с диференциален риск от смъртност), наречени MBR класификатори (Фигура 3f).
В тази обучаваща кохорта (ICAM246), ниският MBR резултат (MBR<0, нисък MBR) е бил свързан със значително по-нисък риск от смърт (85%). Изследователите потвърдиха връзката между ниския MBR (риск) и продължителната OS в две независимо валидирани кохорти (ICAM42 и TCGA-COAD). (Фигура 3) Проучването показа силна корелация между ендогастралните коки и MBR резултатите, които бяха сходни в туморната и здравата тъкан на дебелото черво.
Фигура 3. Микробиом в туморни и здрави тъкани и връзката с ICR и преживяемостта на пациентите.
Заключение
Мулти-омичният подход, използван в това проучване, позволява задълбочено откриване и анализ на молекулярния подпис на имунния отговор при колоректален рак и разкрива взаимодействието между микробиома и имунната система. Дълбокото TCR секвениране на туморни и здрави тъкани разкри, че прогностичният ефект на ICR може да се дължи на способността му да улавя обогатени с тумор и евентуално туморно-антиген-специфични Т-клетъчни клонове.
Чрез анализ на състава на туморния микробиом, използвайки секвениране на 16S rRNA ген в AC-ICAM проби, екипът идентифицира микробиомна сигнатура (MBR рискова оценка) със силна прогностична стойност. Въпреки че тази сигнатура е получена от туморни проби, съществува силна корелация между здравия колоректум и MBR рисковата оценка на тумора, което предполага, че тази сигнатура може да обхваща състава на чревния микробиом на пациентите. Чрез комбиниране на ICR и MBR оценките беше възможно да се идентифицира и валидира мултиомичен студентски биомаркер, който предсказва преживяемостта при пациенти с рак на дебелото черво. Мултиомичният набор от данни на изследването предоставя ресурс за по-добро разбиране на биологията на рака на дебелото черво и за откриване на персонализирани терапевтични подходи.
Време на публикуване: 15 юни 2023 г.
Настройки за поверителност