Nat Med | Daudzfunkcionāla pieeja integrētā audzēja kartēšanai

Nat Med | Multi-omika pieeja kolorektālā vēža integrētās audzēja, imūnās un mikrobu ainavas kartēšanai atklāj mikrobioma mijiedarbību ar imūnsistēmu
Lai gan pēdējos gados ir plaši pētīti primārā resnās zarnas vēža biomarķieri, pašreizējās klīniskās vadlīnijas balstās tikai uz audzēja-limfmezglu metastāžu stadiju un DNS neatbilstības labošanas (MMR) defektu vai mikrosatelītu nestabilitātes (MSI) noteikšanu (papildus standarta patoloģijas pārbaudei). ), lai noteiktu ārstēšanas ieteikumus. Pētnieki ir konstatējuši saistību trūkumu starp uz gēnu ekspresiju balstītām imūnreakcijām, mikrobu profiliem un audzēja stromu vēža genoma atlanta (TCGA) kolorektālā vēža kohortā un pacientu izdzīvošanu.

Ir ziņots, ka, pētījumiem progresējot, primārā kolorektālā vēža kvantitatīvās īpašības, tostarp vēža šūnu, imūnās, stromas vai mikrobu raksturs, būtiski korelē ar klīniskajiem rezultātiem, taču joprojām ir ierobežota izpratne par to, kā to mijiedarbība ietekmē pacienta iznākumu. .
Lai izdalītu attiecības starp fenotipisko sarežģītību un iznākumu, Kataras Medicīnas pētījumu institūta Sidras pētnieku komanda nesen izstrādāja un apstiprināja integrētu punktu skaitu (mICRoScore), kas identificē pacientu grupu ar labiem izdzīvošanas rādītājiem, apvienojot mikrobiomu īpašības un imūnās atgrūšanas reakciju. konstantes (ICR). Komanda veica visaptverošu svaigi sasaldētu paraugu genoma analīzi no 348 pacientiem ar primāro kolorektālo vēzi, tostarp audzēju un atbilstošu veselīgu kolorektālo audu RNS sekvencēšanu, visa eksoma sekvencēšanu, dziļo T-šūnu receptoru un 16S baktēriju rRNS gēnu sekvencēšanu, ko papildināja viss audzējs. genoma sekvencēšana, lai vēl vairāk raksturotu mikrobiomu. Pētījums tika publicēts Nature Medicine kā "Resnās zarnas vēža integrēts audzējs, imūnsistēmas un mikrobioma atlants".

Raksts publicēts Nature Medicine

AC-ICAM pārskats

Pētnieki izmantoja ortogonālu genoma platformu, lai analizētu svaigus saldētus audzēju paraugus un saskaņotus blakus esošos veselos resnās zarnas audus (audzēju-normālus pārus) no pacientiem ar histoloģisku resnās zarnas vēža diagnozi bez sistēmiskas terapijas. Pamatojoties uz visa eksoma sekvencēšanu (WES), RNS-seq datu kvalitātes kontroli un iekļaušanas kritēriju skrīningu, genoma dati no 348 pacientiem tika saglabāti un izmantoti pakārtotajai analīzei ar vidējo novērošanas periodu 4,6 gadi. Pētnieku grupa šo resursu nosauca par Sidra-LUMC AC-ICAM: imūnās vēža un mikrobiomu mijiedarbības karte un ceļvedis (1. attēls).

Molekulārā klasifikācija, izmantojot ICR

Iegūstot modulāru imūno ģenētisko marķieru kopu nepārtrauktai vēža imūnuzraudzībai, ko sauc par noraidīšanas imūnkonstanti (ICR), pētnieku grupa optimizēja ICR, kondensējot to 20 gēnu panelī, kas aptver dažādus vēža veidus, tostarp melanomu, urīnpūšļa vēzi un krūts vēzis. ICR ir saistīts arī ar imūnterapijas reakciju dažādos vēža veidos, tostarp krūts vēža gadījumā.

Pirmkārt, pētnieki apstiprināja AC-ICAM kohortas ICR parakstu, izmantojot ICR gēnu kopklasifikācijas pieeju, lai klasificētu kohortu trīs klasteros/imūno apakštipos: augsts ICR (karsti audzēji), vidējs ICR un zems ICR (auksts). audzēji) (1.b attēls). Pētnieki raksturoja imūnsistēmu, kas saistīta ar konsensa molekulārajiem apakštipiem (CMS), kas ir uz transkriptu balstīta resnās zarnas vēža klasifikācija. CMS kategorijās ietilpa CMS1/imūns, CMS2/canonical, CMS3/metabolic un CMS4/mezenhimāls. Analīze parādīja, ka ICR rādītāji bija negatīvi korelēti ar noteiktiem vēža šūnu ceļiem visos CMS apakštipos, un pozitīvas korelācijas ar imūnsupresīviem un ar stromu saistītiem ceļiem tika novērotas tikai CMS4 audzējos.

Visās CMS dabisko slepkavu (NK) šūnu un T šūnu apakškopu pārpilnība bija visaugstākā ICR augsta imūnsistēmas apakštipos, ar lielāku mainīgumu citās leikocītu apakšgrupās (1.c attēls). ICR imūno apakštipiem bija atšķirīga OS un PFS ar pakāpenisku pieaugumu. ICR no zema līdz augstam (1.d attēls), apstiprinot ICR prognostisko lomu kolorektālā vēža gadījumā.

1. attēls. AC-ICAM pētījuma plāns, ar imūnsistēmu saistītais gēnu paraksts, imūnsistēmas un molekulārie apakštipi un izdzīvošana.
ICR uztver ar audzējiem bagātinātas, klonāli pastiprinātas T šūnas
Ir ziņots, ka tikai neliela daļa T šūnu, kas infiltrējas audzēja audos, ir specifiskas audzēja antigēniem (mazāk nekā 10%). Tāpēc lielāko daļu audzēja iekšējo T šūnu sauc par blakus esošām T šūnām (blakus stāvošām T šūnām). Spēcīgākā korelācija ar parasto T šūnu skaitu ar produktīviem TCR tika novērota stromas šūnu un leikocītu apakšpopulācijās (noteiktas ar RNS-seq), ko var izmantot, lai novērtētu T šūnu apakšpopulācijas (2.a attēls). ICR klasteros (vispārējā un CMS klasifikācijā) visaugstākā imūnās SEQ TCR klonalitāte tika novērota ICR augstajā un CMS apakštipa CMS1 / imūnās grupās (2.c attēls), ar vislielāko ICR augstu audzēju īpatsvaru. Izmantojot visu transkriptu (18 270 gēni), seši ICR gēni (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA un CXCL10) bija starp desmit labākajiem gēniem, kas pozitīvi saistīti ar TCR imūnās SEQ klonalitāti (2.d attēls). ImmunoSEQ TCR klonalitāte vairāk korelēja ar lielāko daļu ICR gēnu nekā korelācijas, kas novērotas, izmantojot uz audzēju reaģējošus CD8+ marķierus (2f un 2g attēls). Visbeidzot, iepriekš minētā analīze liecina, ka ICR paraksts atspoguļo ar audzēju bagātinātu, klonāli pastiprinātu T šūnu klātbūtni un var izskaidrot tā prognostiskās sekas.

2. attēls. TCR metrika un korelācija ar imūnsistēmu saistītiem gēniem, imūnsistēmas un molekulārajiem apakštipiem.
Mikrobiomu sastāvs veselos un resnās zarnas vēža audos
Pētnieki veica 16S rRNS sekvencēšanu, izmantojot DNS, kas iegūta no saskaņota audzēja un veseliem resnās zarnas audiem no 246 pacientiem (3.a attēls). Apstiprināšanai pētnieki papildus analizēja 16S rRNS gēnu sekvencēšanas datus no papildu 42 audzēju paraugiem, kuriem nebija atbilstošas ​​analīzei pieejamās parastās DNS. Pirmkārt, pētnieki salīdzināja floras relatīvo pārpilnību starp atbilstošiem audzējiem un veseliem resnās zarnas audiem. Clostridium perfringens audzējos ievērojami palielinājās, salīdzinot ar veseliem paraugiem (3.a-3.d attēls). Nebija būtiskas atšķirības alfa daudzveidībā (sugu daudzveidība un pārpilnība vienā paraugā) starp audzējiem un veseliem paraugiem, un audzējos ar augstu ICR tika novērots neliels mikrobu daudzveidības samazinājums salīdzinājumā ar audzējiem ar zemu ICR.
Lai atklātu klīniski nozīmīgas saiknes starp mikrobu profiliem un klīniskajiem rezultātiem, pētnieku mērķis bija izmantot 16S rRNS gēnu sekvencēšanas datus, lai identificētu mikrobiomu pazīmes, kas paredz izdzīvošanu. AC-ICAM246 pētnieki izmantoja OS Cox regresijas modeli, kas atlasīja 41 pazīmi ar koeficientiem, kas nav nulle (kas saistīti ar diferenciālo mirstības risku), ko sauc par MBR klasifikatoriem (3.f attēls).
Šajā apmācību grupā (ICAM246) zems MBR rādītājs (MBR<0, zems MBR) bija saistīts ar ievērojami zemāku nāves risku (85%). Pētnieki apstiprināja saistību starp zemu MBR (risku) un ilgstošu OS divās neatkarīgi apstiprinātās grupās (ICAM42 un TCGA-COAD). (3. attēls) Pētījums uzrādīja spēcīgu korelāciju starp endogastrisko koku un MBR rādītājiem, kas bija līdzīgi audzējos un veselos resnās zarnas audos.

3. attēls. Mikrobioms audzējos un veselos audos un saistība ar ICR un pacienta dzīvildzi.
Secinājums
Šajā pētījumā izmantotā multi-omika pieeja ļauj rūpīgi noteikt un analizēt imūnās atbildes reakcijas molekulāro parakstu kolorektālā vēža gadījumā un atklāj mijiedarbību starp mikrobiomu un imūnsistēmu. Audzēja un veselu audu dziļa TCR sekvencēšana atklāja, ka ICR prognostiskais efekts var būt saistīts ar tā spēju uztvert ar audzēju bagātinātus un, iespējams, audzēja antigēnu specifiskus T šūnu klonus.

Analizējot audzēja mikrobioma sastāvu, izmantojot 16S rRNS gēnu sekvencēšanu AC-ICAM paraugos, komanda identificēja mikrobioma parakstu (MBR riska rādītāju) ar spēcīgu prognostisko vērtību. Lai gan šis paraksts tika iegūts no audzēju paraugiem, pastāvēja spēcīga korelācija starp veselīgu kolorektu un audzēja MBR riska rādītāju, kas liecina, ka šis paraksts var atspoguļot pacientu zarnu mikrobioma sastāvu. Apvienojot ICR un MBR rādītājus, bija iespējams identificēt un apstiprināt daudzveidīgu studentu biomarķieri, kas prognozē izdzīvošanu pacientiem ar resnās zarnas vēzi. Pētījuma daudzveidīgo datu kopa nodrošina resursu, lai labāk izprastu resnās zarnas vēža bioloģiju un palīdzētu atklāt personalizētas terapeitiskās pieejas.

Atsauce:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Integrēts resnās zarnas vēža audzējs, imūnsistēmas un mikrobiomu atlants. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).