Нат Мед | Мулти-омички приступ мапирању интегрисаног тумора

Нат Мед | Мулти-омички приступ мапирању интегрисаног тумора, имуног и микробног пејзажа колоректалног карцинома открива интеракцију микробиома са имунолошким системом
Иако су биомаркери примарног карцинома дебелог црева интензивно проучавани последњих година, тренутне клиничке смернице се ослањају само на стадијуме тумора-лимфних чворова-метастаза и откривање дефекта поправке неусклађености ДНК (ММР) или нестабилности микросателита (МСИ) (поред стандардног тестирања патологије ) да одредите препоруке за лечење. Истраживачи су приметили недостатак повезаности између имунолошких одговора заснованих на експресији гена, микробних профила и туморске строме у кохорти колоректалног карцинома Атласа генома рака (ТЦГА) и преживљавања пацијената.

Како је истраживање напредовало, пријављено је да квантитативне карактеристике примарног колоректалног карцинома, укључујући ћелијску, имунолошку, стромалну или микробну природу рака, значајно корелирају са клиничким исходима, али још увек постоји ограничено разумевање како њихове интеракције утичу на исходе пацијената. .
Да би сецирао однос између фенотипске сложености и исхода, тим истраживача са Института за медицинска истраживања Сидра у Катару недавно је развио и потврдио интегрисани резултат (мИЦРоСцоре) који идентификује групу пацијената са добрим стопама преживљавања комбиновањем карактеристика микробиома и имунолошког одбацивања константе (ИЦР). Тим је извршио свеобухватну геномску анализу свеже замрзнутих узорака од 348 пацијената са примарним колоректалним карциномом, укључујући РНК секвенцирање тумора и одговарајуће здраво колоректално ткиво, секвенцирање целог егзома, дубоки Т-ћелијски рецептор и секвенцирање 16С бактеријске рРНА гена, допуњено целим тумором. секвенцирање генома да би се даље карактерисао микробиом. Студија је објављена у Натуре Медицине као „Интегрисани тумор, имунолошки и микробиомски атлас рака дебелог црева“.

Чланак објављен у Натуре Медицине

АЦ-ИЦАМ преглед

Истраживачи су користили ортогоналну геномску платформу да анализирају свеже замрзнуте узорке тумора и упарили суседно здраво ткиво дебелог црева (тумор-нормални парови) од пацијената са хистолошком дијагнозом рака дебелог црева без системске терапије. На основу секвенцирања целог егзома (ВЕС), контроле квалитета података РНА-сек и скрининга критеријума укључивања, геномски подаци од 348 пацијената су задржани и коришћени за низводну анализу са средњим праћењем од 4,6 година. Истраживачки тим је овај ресурс назвао Сидра-ЛУМЦ АЦ-ИЦАМ: мапа и водич за интеракције имуног рака-микробиома (Слика 1).

Молекуларна класификација коришћењем ИЦР

Ухвативши модуларни скуп имунолошких генетских маркера за континуирани имунонадзор рака, назван имунска константа одбацивања (ИЦР), истраживачки тим је оптимизовао ИЦР тако што га је кондензовао у панел од 20 гена који покрива различите типове рака, укључујући меланом, рак мокраћне бешике и рак дојке. ИЦР је такође повезан са одговором имунотерапије код различитих типова рака, укључујући рак дојке.

Прво, истраживачи су потврдили ИЦР потпис АЦ-ИЦАМ кохорте, користећи приступ кокласификације заснован на ИЦР генима да класификују кохорту у три кластера/имуни подтипа: висок ИЦР (врући тумори), средњи ИЦР и низак ИЦР (хладни тумори) (Слика 1б). Истраживачи су окарактерисали имунолошку склоност повезану са консензусним молекуларним подтиповима (ЦМС), класификацијом рака дебелог црева заснованом на транскриптомима. категорије ЦМС-а су укључивале ЦМС1/имуни, ЦМС2/канонски, ЦМС3/метаболички и ЦМС4/мезенхимски. Анализа је показала да су ИЦР резултати у негативној корелацији са одређеним путевима ћелија рака у свим ЦМС подтиповима, а позитивне корелације са имуносупресивним и стромалним путевима уочене су само код ЦМС4 тумора.

У свим ЦМС, обиље подскупова ћелија природног убице (НК) и Т ћелија било је највеће у подтиповима ИЦР високог имунитета, са већом варијабилности у другим подскуповима леукоцита (Слика 1ц). ИЦР имуни подтипови су имали различите ОС и ПФС, са прогресивним повећањем у ИЦР од ниског до високог (Слика 1д), потврђујући прогностичку улогу ИЦР-а у колоректалном карциному.

Слика 1. Дизајн студије АЦ-ИЦАМ, сигнатура гена у вези са имунитетом, имуни и молекуларни подтипови и преживљавање.
ИЦР хвата тумором обогаћене, клонално појачане Т ћелије
Пријављено је да је само мањина Т ћелија које инфилтрирају туморско ткиво специфична за туморске антигене (мање од 10%). Због тога се већина интратуморских Т ћелија назива Т ћелије посматрача (Т ћелије посматрача). Најјача корелација са бројем конвенционалних Т ћелија са продуктивним ТЦР уочена је у субпопулацијама стромалних ћелија и леукоцита (откривених помоћу РНА-сек), које се могу користити за процену субпопулација Т ћелија (Слика 2а). У ИЦР кластерима (укупна и ЦМС класификација), највећа клоналност имуних СЕК ТЦР-ова примећена је у групама ИЦР-хигх и ЦМС подтипа ЦМС1/имуних група (Слика 2ц), са највећим уделом тумора са високим ИЦР-ом. Користећи цео транскриптом (18.270 гена), шест ИЦР гена (ИФНГ, СТАТ1, ИРФ1, ЦЦЛ5, ГЗМА и ЦКСЦЛ10) били су међу првих десет гена позитивно повезаних са ТЦР имуним СЕК клоналношћу (Слика 2д). ИммуноСЕК ТЦР клоналност је јаче корелирала са већином ИЦР гена од корелација уочених коришћењем ЦД8+ маркера који реагују на тумор (Слике 2ф и 2г). У закључку, горња анализа сугерише да ИЦР потпис обухвата присуство тумором обогаћених, клонално амплификованих Т ћелија и може објаснити његове прогностичке импликације.

Слика 2. ТЦР метрика и корелација са генима везаним за имунитет, имунолошким и молекуларним подтиповима.
Састав микробиома у здравим ткивима и ткивима рака дебелог црева
Истраживачи су извршили секвенцирање 16С рРНА користећи ДНК екстраховану из подударног тумора и здравог ткива дебелог црева од 246 пацијената (слика 3а). За валидацију, истраживачи су додатно анализирали податке секвенцирања гена 16С рРНА из додатна 42 узорка тумора који нису имали нормалну ДНК која је била доступна за анализу. Прво, истраживачи су упоредили релативно обиље флоре између подударних тумора и здравог ткива дебелог црева. Цлостридиум перфрингенс је значајно повећан у туморима у поређењу са здравим узорцима (Слика 3а-3д). Није било значајне разлике у алфа разноликости (разноврсност и обиље врста у једном узорку) између туморских и здравих узорака, а уочено је скромно смањење микробне разноликости код тумора са високим ИЦР у односу на туморе са ниским ИЦР.
Да би открили клинички релевантне везе између профила микроба и клиничких исхода, истраживачи су имали за циљ да користе податке секвенцирања гена 16С рРНА да идентификују карактеристике микробиома које предвиђају преживљавање. На АЦ-ИЦАМ246, истраживачи су покренули ОС Цок регресиони модел који је одабрао 41 карактеристику са коефицијентима који нису нула (повезани са диференцијалним ризиком морталитета), названим МБР класификаторима (слика 3ф).
У овој кохорти обуке (ИЦАМ246), низак МБР скор (МБР<0, низак МБР) био је повезан са значајно нижим ризиком од смрти (85%). Истраживачи су потврдили повезаност између ниског МБР (ризика) и продуженог ОС у две независно валидиране кохорте (ИЦАМ42 и ТЦГА-ЦОАД). (Слика 3) Студија је показала снажну корелацију између ендогастричних кока и МБР резултата, који су били слични у тумору и здравом ткиву дебелог црева.

Слика 3. Микробиом у тумору и здравим ткивима и однос са ИЦР-ом и преживљавањем пацијената.
Закључак
Мулти-омички приступ коришћен у овој студији омогућава темељну детекцију и анализу молекуларног потписа имуног одговора код колоректалног карцинома и открива интеракцију између микробиома и имуног система. Дубоко ТЦР секвенцирање тумора и здравих ткива открило је да прогностички ефекат ИЦР-а може бити последица његове способности да ухвати тумором обогаћене и вероватно туморски антиген-специфичне Т ћелије.

Анализом састава туморског микробиома коришћењем секвенцирања гена 16С рРНА у АЦ-ИЦАМ узорцима, тим је идентификовао микробиомски потпис (МБР скор ризика) са јаком прогностичком вредношћу. Иако је овај потпис изведен из узорака тумора, постојала је јака корелација између здравог колоректума и туморског МБР ризика, што сугерише да овај потпис може обухватити састав цревног микробиома пацијената. Комбиновањем ИЦР и МБР резултата, било је могуће идентификовати и потврдити мулти-омични студентски биомаркер који предвиђа преживљавање код пацијената са раком дебелог црева. Мулти-омични скуп података студије пружа ресурс за боље разумевање биологије рака дебелог црева и помаже у откривању персонализованих терапијских приступа.

Референца:
Роеландс, Ј., Куппен, ПЈК, Ахмед, ЕИ ет ал. Интегрисани тумор, имунолошки и микробиомски атлас рака дебелог црева. Нат Мед 29, 1273–1286 (2023).