中文网站
Nat Med | Multiomiikka lähestymistapa paksusuolensyövän integroidun kasvain-, immuuni- ja mikrobimaiseman kartoittamiseen paljastaa mikrobiomin vuorovaikutuksen immuunijärjestelmän kanssa
Vaikka primaarisen paksusuolensyövän biomarkkereita on tutkittu laajasti viime vuosina, nykyiset kliiniset ohjeet perustuvat vain kasvain-imusolmuke-metastaasivaiheeseen ja DNA-virheen korjausvirheiden (MMR) havaitsemiseen tai mikrosatelliittien epästabiiliuden (MSI) havaitsemiseen (tavanomaisen patologiatestauksen lisäksi) hoitosuositusten määrittämiseksi. Tutkijat ovat havainneet geeniekspressioon perustuvien immuunivasteiden, mikrobiprofiilien ja kasvainstrooman välisen yhteyden puuttumisen Cancer Genome Atlas (TCGA) -kolorektaalisyövän kohortissa ja potilaiden eloonjäämisen välillä.
Tutkimuksen edetessä primaarisen paksusuolensyövän kvantitatiivisten ominaisuuksien, mukaan lukien syövän solu-, immuuni-, stromaalinen tai mikrobiologinen luonne, on raportoitu korreloivan merkittävästi kliinisten tulosten kanssa, mutta on edelleen rajallinen käsitys siitä, kuinka niiden vuorovaikutukset vaikuttavat potilaiden tuloksiin.
Fenotyyppisen monimutkaisuuden ja lopputuloksen välisen suhteen selvittämiseksi tutkijaryhmä Sidra Institute of Medical Researchista Qatarista kehitti ja validoi äskettäin integroidun pistemäärän (mICRoScore), joka tunnistaa ryhmän potilaita, joilla on hyvä eloonjäämisaste yhdistämällä mikrobiomiominaisuudet ja immuunihyljintävakiot (ICR). Ryhmä suoritti kattavan genomianalyysin 348 primaarista paksusuolen syöpäpotilaasta tuoreista jäädytetyistä näytteistä, mukaan lukien kasvainten RNA-sekvensoinnin ja vastaavan terveen paksusuolen kudoksen, koko eksomin sekvensoinnin, syvän T-solureseptorin ja 16S-bakteerin rRNA-geenin sekvensoinnin, jota täydensi koko kasvaimen genomin sekvensointi mikrobiomin karakterisoimiseksi. Tutkimus julkaistiin Nature Medicine -lehdessä nimellä "Kolonsyövän integroitu kasvain, immuuni- ja mikrobiomikartasto".
Artikkeli julkaistu Nature Medicine -lehdessä
AC-ICAM Yleiskatsaus
Tutkijat käyttivät ortogonaalista genomista alustaa tuoreiden pakastekasvainnäytteiden analysoimiseen ja viereisen terveen paksusuolen kudoksen (kasvain-normaalit parit) analysoimiseen potilailta, joilla oli histologinen paksusuolensyöpädiagnoosi ilman systeemistä hoitoa. Koko eksomin sekvensointiin (WES), RNA-seq-tietojen laadunvalvontaan ja inkluusiokriteerien seulomiseen perustuen 348 potilaan genomitiedot säilytettiin ja niitä käytettiin alavirran analyysiin 4,6 vuoden seurannan mediaanilla. Tutkimusryhmä antoi tälle resurssille nimen Sidra-LUMC AC-ICAM: Kartta ja opas immuuni-syöpä-mikrobiomi-vuorovaikutuksiin (Kuva 1).
Molekyyliluokitus ICR:llä
Kaappaamalla modulaarisen immuunigeenimarkkereiden sarjan jatkuvaa syövän immuunivalvontaa varten, jota kutsutaan hylkimisen immuunivakioksi (ICR), tutkimusryhmä optimoi ICR:n tiivistämällä sen 20 geenin paneeliksi, joka kattaa eri syöpätyypit, mukaan lukien melanooma, virtsarakon syöpä ja rintasyöpä. ICR on myös liitetty immunoterapiavasteeseen useissa syöpätyypeissä, mukaan lukien rintasyöpä.
Ensinnäkin tutkijat validoivat AC-ICAM-kohortin ICR-allekirjoituksen käyttämällä ICR-geenipohjaista yhteisluokitusmenetelmää kohortin luokittelemiseksi kolmeen klusteriin/immuunialatyyppiin: korkea ICR (kuumat tuumorit), keskitasoinen ICR ja matala ICR (kylmät kasvaimet) (kuva 1b). Tutkijat luonnehtivat konsensusmolekyylialatyyppeihin (CMS) liittyvää immuunialttiutta, joka on paksusuolen syövän transkriptimiin perustuva luokittelu. CMS-kategorioihin kuuluivat CMS1/immuuni, CMS2/kanoninen, CMS3/metabolinen ja CMS4/mesenkymaalinen. Analyysi osoitti, että ICR-pisteet korreloivat negatiivisesti tiettyjen syöpäsolureittien kanssa kaikissa CMS-alatyypeissä, ja positiivisia korrelaatioita immunosuppressiivisten ja stromaan liittyvien reittien kanssa havaittiin vain CMS4-kasvaimissa.
Kaikissa CMS:issä luonnollisten tappajasolujen (NK) ja T-solujen alaryhmien runsaus oli korkein ICR:n korkean immuunivasteen alatyypeissä, ja muut leukosyyttien alatyypit vaihtelivat enemmän (kuva 1c). ICR-immuunialatyypeillä oli erilainen käyttöjärjestelmä ja PFS, ja ICR lisääntyi asteittain matalasta korkeaan (kuva 1d), mikä vahvistaa ICR:n syövän ennustavan värin roolin.
Kuva 1. AC-ICAM-tutkimuksen suunnittelu, immuunijärjestelmään liittyvä geenin allekirjoitus, immuuni- ja molekyylialatyypit ja eloonjääminen.
ICR kaappaa kasvaimella rikastetut, kloonisesti monistetut T-solut
Vain pienen osan kasvainkudokseen tunkeutuvista T-soluista on raportoitu olevan spesifisiä kasvainantigeeneille (alle 10 %). Siksi suurinta osaa kasvaimen sisäisistä T-soluista kutsutaan sivuseikkailu-T-soluiksi (bystander-T-solut). Vahvin korrelaatio tavanomaisten T-solujen lukumäärän kanssa, joilla on tuottavat TCR:t, havaittiin stroomasolu- ja leukosyyttialapopulaatioissa (havaittiin RNA-seq:lla), joita voidaan käyttää T-solualapopulaatioiden arvioimiseen (kuvio 2a). ICR-klustereissa (yleinen ja CMS-luokitus) immuunisekvenssin TCR-solujen korkein klonaalisuus havaittiin ICR-korkea ja CMS-alatyypin CMS1/immuuniryhmissä (kuvio 2c), joissa oli suurin ICR-korkeaa kasvaimia. Käyttämällä koko transkriptomia (18 270 geeniä) kuusi ICR-geeniä (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ja CXCL10) oli kymmenen parhaan geenin joukossa, jotka liittyvät positiivisesti TCR-immuunisekvenssin klonaalisuuteen (kuvio 2d). ImmunoSEQ TCR -klonaalisuus korreloi voimakkaammin useimpien ICR-geenien kanssa kuin korrelaatiot, jotka havaittiin käyttämällä kasvaimeen reagoivia CD8+-markkereita (kuvio 2f ja 2g). Yhteenvetona voidaan todeta, että yllä oleva analyysi viittaa siihen, että ICR-allekirjoitus vangitsee kasvaimella rikastettujen, kloonisesti monistettujen T-solujen läsnäolon ja voi selittää sen prognostiset vaikutukset.
Kuva 2. TCR-mittarit ja korrelaatio immuunijärjestelmään liittyvien geenien, immuuni- ja molekyylialatyyppien kanssa.
Mikrobiomikoostumus terveissä ja paksusuolensyöpäkudoksissa
Tutkijat suorittivat 16S-rRNA-sekvensoinnin käyttämällä DNA:ta, joka oli uutettu vastaavasta kasvaimesta ja terveestä paksusuolen kudoksesta 246 potilaalta (kuva 3a). Validointia varten tutkijat analysoivat lisäksi 16S-rRNA-geenin sekvensointitietoja 42 lisäkasvainnäytteestä, jotka eivät vastanneet normaalia DNA:ta analysoitavaksi. Ensin tutkijat vertasivat kasviston suhteellista runsautta vastaavien kasvainten ja terveen paksusuolen kudoksen välillä. Clostridium perfringens lisääntyi merkittävästi kasvaimissa verrattuna terveisiin näytteisiin (kuvio 3a-3d). Alfa-diversiteetissä (yhdessä näytteessä olevien lajien monimuotoisuus ja runsaus) ei ollut merkittävää eroa kasvaimen ja terveiden näytteiden välillä, ja mikrobien monimuotoisuuden havaittiin vähentyvän vaatimatonta ICR-korkeaa kasvaimia verrattuna pieniin ICR-arvoihin.
Kliinisesti merkityksellisten mikrobiprofiilien ja kliinisten tulosten välisten yhteyksien havaitsemiseksi tutkijat pyrkivät käyttämään 16S rRNA:n geenisekvensointitietoja selviytymistä ennustavien mikrobiomien ominaisuuksien tunnistamiseen. AC-ICAM246:ssa tutkijat suorittivat OS Cox -regressiomallin, joka valitsi 41 ominaisuutta nollasta poikkeavilla kertoimilla (liittyen differentiaaliseen kuolleisuusriskiin), nimeltään MBR-luokittajat (kuva 3f).
Tässä koulutuskohortissa (ICAM246) alhainen MBR-pistemäärä (MBR<0, matala MBR) liittyi merkittävästi pienempään kuolemanriskiin (85 %). Tutkijat vahvistivat yhteyden alhaisen MBR:n (riskin) ja pitkittyneen käyttöjärjestelmän välillä kahdessa itsenäisesti validoidussa kohortissa (ICAM42 ja TCGA-COAD). (Kuva 3) Tutkimus osoitti vahvan korrelaation endogastristen kokkien ja MBR-pisteiden välillä, jotka olivat samanlaisia kasvaimessa ja terveessä paksusuolen kudoksessa.
Kuva 3. Mikrobiomi kasvaimissa ja terveissä kudoksissa sekä suhde ICR:ään ja potilaan eloonjäämiseen.
Johtopäätös
Tässä tutkimuksessa käytetty multiomiikka-lähestymistapa mahdollistaa paksusuolensyövän immuunivasteen molekulaarisen allekirjoituksen perusteellisen havaitsemisen ja analysoinnin sekä paljastaa mikrobiomin ja immuunijärjestelmän välisen vuorovaikutuksen. Kasvaimen ja terveiden kudosten syvä TCR-sekvensointi paljasti, että ICR:n ennustevaikutus voi johtua sen kyvystä siepata kasvaimella rikastettuja ja mahdollisesti kasvainantigeenispesifisiä T-soluklooneja.
Analysoimalla kasvaimen mikrobiomikoostumusta käyttämällä 16S-rRNA-geenisekvensointia AC-ICAM-näytteissä, ryhmä tunnisti mikrobiomimerkin (MBR-riskipisteet), jolla on vahva prognostinen arvo. Vaikka tämä allekirjoitus johdettiin kasvainnäytteistä, terveen paksusuolen ja kasvaimen MBR-riskipisteiden välillä oli vahva korrelaatio, mikä viittaa siihen, että tämä allekirjoitus voi vangita potilaiden suoliston mikrobiomikoostumuksen. Yhdistämällä ICR- ja MBR-pisteet oli mahdollista tunnistaa ja validoida monimuotoinen opiskelijabiomarkkeri, joka ennustaa paksusuolensyöpäpotilaiden selviytymistä. Tutkimuksen monimuotoinen tietojoukko tarjoaa resurssin ymmärtää paremmin paksusuolen syövän biologiaa ja auttaa löytämään yksilöllisiä hoitomenetelmiä.
Postitusaika: 15.6.2023
Yksityisyysasetukset