Nat Med |Мултиомичен подход за картографиране на интегрирания тумор

Nat Med |Мултиомичен подход за картографиране на интегрирания туморен, имунен и микробен пейзаж на колоректален рак разкрива взаимодействието на микробиома с имунната система
Въпреки че биомаркерите за първичен рак на дебелото черво са проучвани широко през последните години, настоящите клинични насоки разчитат само на стадиране на тумор-лимфни възли-метастази и откриване на дефекти при ремонт на несъответствие на ДНК (MMR) или микросателитна нестабилност (MSI) (в допълнение към стандартното патологично изследване ), за да се определят препоръките за лечение.Изследователите са забелязали липса на връзка между имунните отговори, базирани на генна експресия, микробните профили и туморната строма в кохортата на колоректалния рак в Cancer Genome Atlas (TCGA) и преживяемостта на пациентите.

С напредването на изследванията се съобщава, че количествените характеристики на първичния колоректален рак, включително раковото клетъчно, имунно, стромално или микробно естество на рака, значително корелират с клиничните резултати, но все още има ограничено разбиране за това как техните взаимодействия влияят върху резултатите на пациентите .
За да анализира връзката между фенотипната сложност и резултата, екип от изследователи от Института за медицински изследвания Sidra в Катар наскоро разработи и валидира интегриран резултат (mICRoScore), който идентифицира група пациенти с добри нива на преживяемост чрез комбиниране на характеристики на микробиома и имунно отхвърляне константи (ICR).Екипът извърши цялостен геномен анализ на прясно замразени проби от 348 пациенти с първичен колоректален рак, включително секвениране на РНК на тумори и съответстваща здрава колоректална тъкан, секвениране на целия екзом, дълбок Т-клетъчен рецептор и генно секвениране на 16S бактериална рРНК, допълнено от цял ​​тумор геномно секвениране за допълнително характеризиране на микробиома.Изследването е публикувано в Nature Medicine като „Интегриран туморен, имунен и микробиомен атлас на рак на дебелото черво“.

Статия, публикувана в Nature Medicine

Преглед на AC-ICAM

Изследователите са използвали ортогонална геномна платформа, за да анализират прясно замразени туморни проби и да съпоставят 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 за RNA-seq и скрининг на критериите за включване, геномните данни от 348 пациенти бяха запазени и използвани за анализ надолу по веригата със средно проследяване от 4,6 години.Изследователският екип нарече този ресурс Sidra-LUMC AC-ICAM: Карта и ръководство за взаимодействията между имунен рак и микробиом (Фигура 1).

Молекулярна класификация с помощта на ICR

Улавяйки модулен набор от имунни генетични маркери за непрекъснато имунно наблюдение на рака, наречено 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 също се свързва с имунотерапевтичен отговор при различни видове рак, включително рак на гърдата.

Първо, изследователите потвърдиха ICR сигнатурата на AC-ICAM кохортата, използвайки ICR генно-базиран подход за съвместна класификация, за да класифицират кохортата в три клъстера/имунни подтипа: висок ICR (горещи тумори), среден ICR и нисък ICR (студен тумори) (Фигура 1b).Изследователите характеризират имунната склонност, свързана с консенсусни молекулярни подтипове (CMS), базирана на транскриптом класификация на рака на дебелото черво.категориите CMS включват CMS1/имунен, CMS2/каноничен, CMS3/метаболитен и CMS4/мезенхимален.Анализът показа, че ICR резултатите са отрицателно корелирани с определени пътища на ракови клетки във всички подтипове на CMS, а положителни корелации с имуносупресивни и свързани със стромата пътища са наблюдавани само при CMS4 тумори.

Във всички CMS, изобилието от подгрупи клетки естествени убийци (NK) и Т клетки е най-високо при подтипове с висок имунитет на ICR, с по-голяма вариабилност в други подгрупи на левкоцити (Фигура 1в). Имунните подтипове на ICR имат различни OS и PFS, с прогресивно нарастване в ICR от ниско до високо (Фигура 1d), потвърждавайки прогностичната роля на ICR при колоректален рак.

Фигура 1. Дизайн на AC-ICAM проучване, имуно-свързан генен подпис, имунни и молекулярни подтипове и преживяемост.
ICR улавя обогатени с тумор, клонално амплифицирани Т клетки
Съобщава се, че само малка част от Т клетките, инфилтриращи туморната тъкан, са специфични за туморни антигени (по-малко от 10%).Следователно, по-голямата част от вътрешнотуморните Т клетки се наричат ​​Т-клетки на странични наблюдатели (Т-клетки на странични наблюдатели).Най-силната корелация с броя на конвенционалните Т клетки с продуктивни TCRs се наблюдава в субпопулации на стромални клетки и левкоцити (открити от RNA-seq), които могат да се използват за оценка на субпопулациите на Т клетки (Фигура 2а).В ICR клъстерите (обща и CMS класификация), най-високата клоналност на имунните SEQ TCRs се наблюдава при ICR-висок и CMS подтип CMS1/имунни групи (Фигура 2с), с най-висок дял на ICR-високи тумори.Използвайки целия транскриптом (18 270 гена), шест ICR гена (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA и CXCL10) бяха сред първите десет гена, положително свързани с TCR имунната SEQ клоналност (Фигура 2d).Клонирането на ImmunoSEQ TCR корелира по-силно с повечето ICR гени, отколкото корелациите, наблюдавани при използване на реагиращи на тумор CD8+ маркери (Фигура 2f и 2g).В заключение, горният анализ предполага, че подписът на ICR улавя присъствието на обогатени с тумор, клонално амплифицирани Т клетки и може да обясни неговите прогностични последици.

Фигура 2. TCR показатели и корелация с имунно-свързани гени, имунни и молекулярни подтипове.
Състав на микробиома в здрави и ракови тъкани на дебелото черво
Изследователите извършиха секвениране на 16S rRNA, използвайки ДНК, извлечена от съответстващ тумор и здрава тъкан на дебелото черво от 246 пациенти (Фигура 3а).За валидиране изследователите допълнително анализираха данни за секвениране на 16S rRNA ген от допълнителни 42 туморни проби, които не съответстваха на нормална ДНК, налична за анализ.Първо, изследователите сравняват относителното изобилие от флора между съответстващи тумори и здрава тъкан на дебелото черво.Clostridium perfringens е значително увеличен в туморите в сравнение със здравите проби (Фигура 3a-3d).Няма значителна разлика в алфа разнообразието (разнообразие и изобилие от видове в една проба) между туморни и здрави проби и умерено намаляване на микробното разнообразие е наблюдавано при ICR-високи тумори в сравнение с ICR-ниски тумори.
За да открият клинично значими асоциации между микробните профили и клиничните резултати, изследователите се стремят да използват данни за секвениране на ген на 16S rRNA, за да идентифицират характеристиките на микробиома, които предсказват оцеляването.В AC-ICAM246 изследователите проведоха регресионен модел на OS Cox, който избра 41 характеристики с ненулеви коефициенти (свързани с диференциален риск от смъртност), наречени MBR класификатори (Фигура 3f).
В тази кохорта за обучение (ICAM246), нисък MBR резултат (MBR<0, нисък MBR) е свързан със значително по-нисък риск от смърт (85%).Изследователите потвърдиха връзката между ниския MBR (риск) и удължената OS в две независимо валидирани кохорти (ICAM42 и TCGA-COAD).(Фигура 3) Проучването показва силна корелация между ендогастрални коки и MBR резултати, които са сходни при тумор и здрава тъкан на дебелото черво.

Фигура 3. Микробиома в туморни и здрави тъкани и връзката с ICR и преживяемостта на пациента.
Заключение
Мултиомичният подход, използван в това проучване, позволява задълбочено откриване и анализ на молекулярната сигнатура на имунния отговор при колоректален рак и разкрива взаимодействието между микробиома и имунната система.Дълбокото TCR секвениране на туморни и здрави тъкани разкрива, че прогностичният ефект на ICR може да се дължи на способността му да улавя обогатени с тумори и евентуално туморни антиген-специфични Т клетъчни клонове.

Чрез анализиране на състава на туморния микробиом, използвайки 16S rRNA генно секвениране в AC-ICAM проби, екипът идентифицира микробиомен подпис (MBR рисков резултат) със силна прогностична стойност.Въпреки че тази сигнатура е получена от туморни проби, има силна корелация между здравия колоректум и MBR рисковия резултат на тумора, което предполага, че тази сигнатура може да улови състава на чревния микробиом на пациентите.Чрез комбиниране на ICR и MBR резултатите беше възможно да се идентифицира и валидира мулти-омичен студентски биомаркер, който прогнозира преживяемостта при пациенти с рак на дебелото черво.Наборът от мултиомични данни на изследването предоставя ресурс за по-добро разбиране на биологията на рака на дебелото черво и помага за откриването на персонализирани терапевтични подходи.

Справка:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al.Интегриран туморен, имунен и микробиомен атлас на рак на дебелото черво.Nat Med 29, 1273–1286 (2023).