中文网站
Nat Med | Moniomiikkamalli paksusuolen syövän integroidun kasvain-, immuuni- ja mikrobikentän kartoittamiseen paljastaa mikrobiomin vuorovaikutuksen immuunijärjestelmän kanssa
Vaikka primaarisen paksusuolensyövän biomarkkereita on tutkittu laajasti viime vuosina, nykyiset kliiniset ohjeet perustuvat hoitosuositusten määrittämiseen vain kasvaimen ja imusolmukkeiden etäpesäkkeiden levinneisyyden määrittämiseen sekä DNA:n ja DNA:n epäsuhdan korjausvirheiden (MMR) tai mikrosatelliittien epävakauden (MSI) havaitsemiseen (tavanomaisten patologisten testien lisäksi). Tutkijat ovat havainneet, ettei geenien ilmentymiseen perustuvien immuunivasteiden, mikrobiprofiilien ja kasvaimen strooman välillä ole yhteyttä Cancer Genome Atlas (TCGA) -kolorektaalisyövän kohortissa.
Tutkimuksen edetessä primaarisen kolorektaalisyövän kvantitatiivisten ominaisuuksien, mukaan lukien syövän solu-, immuuni-, strooma- tai mikrobiluonteen, on raportoitu korreloivan merkittävästi kliinisten tulosten kanssa, mutta niiden vuorovaikutusten vaikutuksesta potilaiden tuloksiin on vielä rajallisesti tietoa.
Selvittääkseen fenotyyppisen monimutkaisuuden ja lopputuloksen välistä yhteyttä, Qatarissa sijaitsevan Sidra Institute of Medical Researchin tutkijaryhmä kehitti ja validoi äskettäin integroidun pisteytyksen (mICRoScore), joka tunnistaa hyvän eloonjäämisasteen omaavan potilasryhmän yhdistämällä mikrobiomin ominaisuudet ja immuunijärjestelmän hylkimisvakiot (ICR). Tiimi suoritti kattavan genomisen analyysin 348 primaarista kolorektaalisyöpää sairastavan potilaan tuoreista pakastenäytteistä. Analyysiin sisältyi kasvainten ja vastaavan terveen kolorektaalikudoksen RNA-sekvensointi, koko eksomin sekvensointi, syvän T-solureseptorin ja 16S-bakteerin rRNA-geenisekvensointi, jota täydennettiin koko kasvaimen genomin sekvensoinnilla mikrobiomin karakterisoimiseksi tarkemmin. Tutkimus julkaistiin Nature Medicine -lehdessä nimellä ”An integrated tumor, immune and microbiome atlas of colon cancer”.
Artikkeli julkaistu Nature Medicine -lehdessä
AC-ICAM-yleiskatsaus
Tutkijat käyttivät ortogonaalista genomitutkimusalustaa analysoidakseen tuoreita pakastettuja kasvainnäytteitä ja yhdistääkseen vierekkäisiä terveitä paksusuolen kudoksia (tuumori-normaali parit) potilailta, joilla oli histologisesti diagnosoitu paksusuolen syöpä ilman systeemistä hoitoa. Koko eksomisekvensoinnin (WES), RNA-sekvensointitietojen laadunvalvonnan ja sisäänottokriteerien seulonnan perusteella 348 potilaan genomitiedot säilytettiin ja niitä käytettiin jatkoanalyysissä 4,6 vuoden mediaaniseuranta-ajalla. Tutkimusryhmä nimesi tämän resurssin Sidra-LUMC AC-ICAM: Kartta ja opas immuuni-syöpä-mikrobiomi-vuorovaikutuksiin (kuva 1).
Molekyyliluokittelu ICR:n avulla
Tutkimusryhmä taltioi jatkuvaa syövän immunoseurantaa varten modulaarisen joukon immuunigeneettisiä markkereita, jota kutsutaan hylkimisreaktion immuunivakioksi (ICR), ja optimoi ICR:n tiivistämällä sen 20-geeniseksi paneeliksi, joka kattaa eri syöpätyyppejä, mukaan lukien melanooman, virtsarakon syövän ja rintasyövän. ICR:ää on myös yhdistetty immunoterapiavasteeseen useissa syöpätyypeissä, mukaan lukien rintasyövässä.
Ensin tutkijat validoivat AC-ICAM-kohortin ICR-allekirjoituksen käyttämällä ICR-geenipohjaista yhteisluokittelumenetelmää luokitellakseen kohortin kolmeen klusteriin/immuunialatyyppiin: korkea ICR (kuumat kasvaimet), keskitasoinen ICR ja matala ICR (kylmät kasvaimet) (kuva 1b). Tutkijat karakterisoivat immuunialttiutta, joka liittyy konsensusmolekyylialatyyppeihin (CMS), transkriptomipohjaiseen paksusuolensyövän luokitteluun. CMS-luokkiin kuuluivat CMS1/immuuni, CMS2/kanoninen, CMS3/metabolinen ja CMS4/mesenkymaalinen. Analyysi osoitti, että ICR-pisteet korreloivat negatiivisesti tiettyjen syöpäsolujen reittien kanssa kaikissa CMS-alatyypeissä, ja positiivisia korrelaatioita immunosuppressiivisten ja stroomaan liittyvien reittien kanssa havaittiin vain CMS4-kasvaimissa.
Kaikissa kroonisissa masennustapauksissa luonnollisten tappajasolujen (NK) ja T-solujen alaryhmien runsaus oli suurin ICR:n korkean immuunitason alatyypeissä, kun taas muissa leukosyyttien alatyypeissä vaihtelu oli suurempaa (kuva 1c). ICR-immuunitason alatyypeillä oli erilaiset kokonaiselinajat ja etenemisvapaat elinajat, ja ICR nousi asteittain matalasta korkeaan (kuva 1d), mikä validoi ICR:n ennusteellisen roolin kolorektaalisyövässä.
Kuva 1. AC-ICAM-tutkimusasetelma, immuunijärjestelmään liittyvä geeniprofiili, immuuni- ja molekyylialatyypit sekä eloonjääminen.
ICR vangitsee kasvaimessa rikastettuja, klonaalisesti monistettuja T-soluja
Vain vähemmistön kasvainkudokseen tunkeutuvista T-soluista on raportoitu olevan spesifisiä kasvainantigeeneille (alle 10 %). Siksi suurinta osaa kasvaimen sisäisistä T-soluista kutsutaan bystander-T-soluiksi (bystander T-solut). Voimakkain korrelaatio tuottavien T-solujen lukumäärän kanssa havaittiin stroomasolujen ja leukosyyttien alaryhmissä (havaittu RNA-sekvensoinnilla), jota voidaan käyttää T-solualaryhmien arvioimiseen (kuva 2a). ICR-klustereissa (kokonais- ja CMS-luokittelu) immuuni-SEQ-TCR:ien korkein klonaalisuus havaittiin ICR-korkea- ja CMS-alatyypin CMS1/immuuniryhmissä (kuva 2c), joilla oli suurin ICR-korkean tason kasvainten osuus. Käyttämällä koko transkriptomia (18 270 geeniä) kuusi ICR-geeniä (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ja CXCL10) oli kymmenen TCR-immuuni-SEQ-klonaalisuuteen positiivisesti liittyvän geenin joukossa (kuva 2d). ImmunoSEQ-testin TCR-klonaalisuus korreloi voimakkaammin useimpien ICR-geenien kanssa kuin kasvaimeen reagoivia CD8+-markkereita käytettäessä havaitut korrelaatiot (kuva 2f ja 2g). Yhteenvetona voidaan todeta, että yllä oleva analyysi viittaa siihen, että ICR-allekirjoitus paljastaa kasvaimessa rikastettujen, klonaalisesti monistettujen T-solujen läsnäolon ja saattaa selittää sen ennusteelliset vaikutukset.
Kuva 2. TCR-mittarit ja korrelaatio immuunijärjestelmään liittyvien geenien, immuunijärjestelmän ja molekyylitason alatyyppien kanssa.
Mikrobiomin koostumus terveissä ja paksusuolensyöpäkudoksissa
Tutkijat suorittivat 16S rRNA -sekvensoinnin käyttämällä 246 potilaan vastaavasta kasvain- ja terveestä paksusuolen kudoksesta uutettua DNA:ta (kuva 3a). Validointia varten tutkijat analysoivat lisäksi 16S rRNA -geenisekvensointitietoja 42 muusta kasvainnäytteestä, joista ei ollut saatavilla analyysiä varten vastaavaa normaalia DNA:ta. Ensin tutkijat vertasivat bakteeriflooran suhteellista runsautta vastaavan kasvaimen ja terveen paksusuolen kudoksen välillä. Clostridium perfringens oli merkittävästi lisääntynyt kasvaimissa verrattuna terveisiin näytteisiin (kuva 3a-3d). Alfa-monimuotoisuudessa (lajien monimuotoisuus ja runsaus yhdessä näytteessä) ei ollut merkittävää eroa kasvain- ja terveiden näytteiden välillä, ja mikrobien monimuotoisuuden vähäinen väheneminen havaittiin korkean ICR-arvon omaavissa kasvaimissa verrattuna matalan ICR-arvon omaaviin kasvaimiin.
Mikrobiprofiilien ja kliinisten tulosten välisten kliinisesti relevanttien yhteyksien havaitsemiseksi tutkijat pyrkivät käyttämään 16S rRNA -geenisekvensointidataa tunnistaakseen eloonjäämistä ennustavia mikrobiomiominaisuuksia. AC-ICAM246-tutkimuksessa tutkijat suorittivat OS Cox -regressiomallin, joka valitsi 41 ominaisuutta, joiden kertoimet eivät olleet nolla (liittyen erilaiseen kuolleisuusriskiin), joita kutsutaan MBR-luokittelijoiksi (kuva 3f).
Tässä koulutuskohortissa (ICAM246) matala MBR-pistemäärä (MBR<0, matala MBR) liittyi merkittävästi pienempään kuolemanriskiin (85 %). Tutkijat vahvistivat yhteyden matalan MBR:n (riskin) ja pidentyneen kokonaiselinajan välillä kahdessa toisistaan riippumatta validoidussa kohortissa (ICAM42 ja TCGA-COAD). (Kuva 3) Tutkimus osoitti vahvan korrelaation endogastristen kokkien ja MBR-pistemäärien välillä, jotka olivat samankaltaisia kasvaimessa ja terveessä paksusuolen kudoksessa.
Kuva 3. Kasvaimen ja terveiden kudosten mikrobiomi ja sen suhde ICR:ään ja potilaan eloonjäämiseen.
Johtopäätös
Tässä tutkimuksessa käytetty multi-omiikkalähestymistapa mahdollistaa immuunivasteen molekyyliprofiilin perusteellisen havaitsemisen ja analysoinnin paksusuolensyövässä ja paljastaa mikrobiomin ja immuunijärjestelmän välisen vuorovaikutuksen. Kasvaimen ja terveen kudoksen syvä TCR-sekvensointi paljasti, että ICR:n ennusteellinen vaikutus voi johtua sen kyvystä tallentaa kasvaimessa rikastettuja ja mahdollisesti kasvainantigeenispesifisiä T-soluklooneja.
Analysoimalla kasvaimen mikrobiomin koostumusta käyttämällä 16S rRNA -geenisekvensointia AC-ICAM-näytteistä, tiimi tunnisti mikrobiomin tunnusmerkin (MBR-riskipistemäärän), jolla on vahva ennustearvo. Vaikka tämä tunnusmerkki oli johdettu kasvainnäytteistä, terveen paksusuolen ja kasvaimen MBR-riskipistemäärän välillä oli vahva korrelaatio, mikä viittaa siihen, että tämä tunnusmerkki saattaa kuvastaa potilaiden suoliston mikrobiomin koostumusta. Yhdistämällä ICR- ja MBR-pistemäärät oli mahdollista tunnistaa ja validoida monitasoinen opiskelijoiden biomarkkeri, joka ennustaa paksusuolensyöpää sairastavien potilaiden eloonjäämistä. Tutkimuksen monitasoinen aineisto tarjoaa resurssin paksusuolensyövän biologian ymmärtämiseen paremmin ja auttaa löytämään yksilöllisiä hoitomenetelmiä.
Julkaisun aika: 15. kesäkuuta 2023
Tietosuoja-asetukset