Nat Med | Multi-omika lähenemisviis integreeritud kasvaja kaardistamiseks

Nat Med | Kolorektaalse vähi integreeritud kasvaja-, immuun- ja mikroobimaastiku kaardistamise mitmekülgne lähenemine näitab mikrobioomi koostoimet immuunsüsteemiga
Kuigi primaarse käärsoolevähi biomarkereid on viimastel aastatel põhjalikult uuritud, põhinevad praegused kliinilised juhised ainult kasvaja-lümfisõlmede metastaaside staadiumis ja DNA mittevastavuse parandamise (MMR) defektide või mikrosatelliidi ebastabiilsuse (MSI) tuvastamisel (lisaks standardsetele patoloogiatestidele). ), et määrata ravisoovitused. Teadlased on täheldanud seose puudumist geeniekspressioonipõhiste immuunvastuste, mikroobiprofiilide ja kasvaja strooma vahel vähi genoomi atlase (TCGA) kolorektaalse vähi kohordis ja patsientide ellujäämise vahel.

Uuringute edenedes on teatatud, et primaarse kolorektaalse vähi kvantitatiivsed omadused, sealhulgas vähi rakuline, immuunne, stromaalne või mikroobne olemus, on märkimisväärselt korrelatsioonis kliiniliste tulemustega, kuid arusaamine sellest, kuidas nende koostoimed mõjutavad patsiendi tulemusi, on endiselt piiratud. .
Fenotüübilise keerukuse ja tulemuste vahelise seose lahkamiseks töötas Katari meditsiiniuuringute instituudi Sidra teadlaste meeskond hiljuti välja ja kinnitas integreeritud skoori (mICRoScore), mis tuvastab hea ellujäämismääraga patsientide rühma, kombineerides mikrobioomi omadusi ja immuunsüsteemi äratõukereaktsiooni. konstandid (ICR). Töörühm viis läbi 348 primaarse kolorektaalse vähiga patsiendi värskelt külmutatud proovide põhjaliku genoomianalüüsi, sealhulgas kasvajate ja sobiva terve kolorektaalkoe RNA sekveneerimise, kogu eksoomi sekveneerimise, sügava T-raku retseptori ja 16S bakteriaalse rRNA geeni sekveneerimise, mida täiendas terve kasvaja. genoomi järjestamine mikrobioomi edasiseks iseloomustamiseks. Uuring avaldati ajakirjas Nature Medicine kui "Käärsoolevähi integreeritud kasvaja, immuunsüsteemi ja mikrobioomi atlas".

Artikkel avaldati ajakirjas Nature Medicine

AC-ICAM ülevaade

Teadlased kasutasid ortogonaalset genoomset platvormi, et analüüsida värskeid külmutatud kasvajaproove ja sobitada külgnevaid terveid käärsoole kudesid (kasvaja-normaalsed paarid) patsientidelt, kellel oli käärsoolevähi histoloogiline diagnoos ilma süsteemse ravita. Kogu eksoomi järjestamise (WES), RNA-seq andmete kvaliteedikontrolli ja kaasamiskriteeriumide skriinimise põhjal säilitati 348 patsiendi genoomiandmed ja neid kasutati allavoolu analüüsiks, mille keskmine jälgimisperiood oli 4,6 aastat. Uurimisrühm andis sellele ressursile nimeks Sidra-LUMC AC-ICAM: immuun-vähi ja mikrobioomi interaktsioonide kaart ja juhend (joonis 1).

Molekulaarne klassifikatsioon ICR-i abil

Jäädvustades pideva vähi immuunseire jaoks immuungeneetiliste markerite modulaarse komplekti, mida nimetatakse äratõukereaktsiooni immuunkonstandiks (ICR), optimeeris uurimisrühm ICR-i, koondades selle 20-geeniliseks paneeliks, mis hõlmab erinevaid vähitüüpe, sealhulgas melanoomi, põievähki ja rinnavähk. ICR-i on seostatud ka immunoteraapia vastusega mitmesuguste vähitüüpide, sealhulgas rinnavähi korral.

Esiteks kinnitasid teadlased AC-ICAM kohordi ICR-signatuuri, kasutades ICR-i geenipõhist kaasklassifikatsiooni lähenemisviisi, et klassifitseerida kohort kolme klastrisse/immuunsuse alatüüpi: kõrge ICR (kuumad kasvajad), keskmine ICR ja madal ICR (külm). kasvajad) (joonis 1b). Teadlased iseloomustasid konsensusmolekulaarsete alatüüpidega (CMS) seotud immuunkalduvust, mis on käärsoolevähi transkriptsioonipõhine klassifikatsioon. CMS-kategooriate hulka kuulusid CMS1/immuunne, CMS2/kanooniline, CMS3/metaboolne ja CMS4/mesenhümaalne. Analüüs näitas, et ICR-i skoorid olid negatiivses korrelatsioonis teatud vähirakkude radadega kõigis CMS-i alatüüpides ning positiivseid korrelatsioone immunosupressiivsete ja stroomaga seotud radadega täheldati ainult CMS4 kasvajate puhul.

Kõigis CMS-is oli looduslike tapjarakkude (NK) ja T-rakkude alamhulkade arvukus kõrgeim ICR-i kõrge immuunsusega alatüüpide puhul, kusjuures teistes leukotsüütide alamrühmades oli suurem varieeruvus (joonis 1c). ICR-i immuunalatüüpidel oli erinev OS ja PFS, mis suurenes järk-järgult. ICR-is madalast kõrgeni (joonis 1d), kinnitades ICR-i prognostilist rolli kolorektaalse vähi korral.

Joonis 1. AC-ICAM uuringu ülesehitus, immuunsüsteemiga seotud geenisignatuur, immuun- ja molekulaarsed alatüübid ning ellujäämine.
ICR püüab kinni kasvajaga rikastatud, klooniliselt amplifitseeritud T-rakud
On teatatud, et ainult väike osa kasvajakoesse infiltreeruvatest T-rakkudest on spetsiifilised kasvaja antigeenide suhtes (alla 10%). Seetõttu nimetatakse enamikku kasvajasiseseid T-rakke kõrvalseisja T-rakkudeks (kõrvalseisja T-rakud). Tugevaim korrelatsioon produktiivsete TCR-idega tavapäraste T-rakkude arvuga täheldati stroomarakkude ja leukotsüütide alampopulatsioonides (tuvastatud RNA-seq abil), mida saab kasutada T-rakkude alampopulatsioonide hindamiseks (joonis 2a). ICR-klastrites (üldine ja CMS-i klassifikatsioon) täheldati immuunsüsteemi SEQ TCR-ide kõrgeimat klonaalsust ICR-kõrge ja CMS-alatüüpi CMS1 / immuunrühmas (joonis 2c), kusjuures kõrgeim ICR-tasemega kasvajate osakaal. Kasutades kogu transkriptoomi (18 270 geeni), olid kuus ICR geeni (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ja CXCL10) kümne parima geeni hulgas, mis olid positiivselt seotud TCR-i immuunSEQ klonaalsusega (joonis 2d). ImmunoSEQ TCR klonaalsus korreleerus enamiku ICR geenidega tugevamalt kui kasvajale reageerivate CD8+ markerite kasutamisel täheldatud korrelatsioonid (joonis 2f ja 2g). Kokkuvõtteks võib öelda, et ülaltoodud analüüs viitab sellele, et ICR-allkiri kajastab kasvajaga rikastatud, klooniliselt amplifitseeritud T-rakkude olemasolu ja võib selgitada selle prognostilisi tagajärgi.

Joonis 2. TCR-i mõõdikud ja korrelatsioon immuunsüsteemiga seotud geenide, immuun- ja molekulaarsete alatüüpidega.
Mikrobioomide koostis tervetes ja käärsoolevähi kudedes
Teadlased viisid läbi 16S rRNA sekveneerimise, kasutades DNA-d, mis ekstraheeriti 246 patsiendilt sobivast kasvajast ja tervest käärsoolekoest (joonis 3a). Valideerimiseks analüüsisid teadlased lisaks 16S rRNA geenide sekveneerimise andmeid veel 42 kasvajaproovist, millel ei olnud analüüsi jaoks sobivat normaalset DNA-d. Esiteks võrdlesid teadlased taimestiku suhtelist arvukust sobivate kasvajate ja terve käärsoolekoe vahel. Clostridium perfringens oli kasvajates märkimisväärselt suurenenud võrreldes tervete proovidega (joonis 3a-3d). Kasvaja ja tervete proovide vahel alfa mitmekesisuses (liikide mitmekesisus ja arvukus ühes proovis) olulist erinevust ei täheldatud ning kõrge ICR-tasemega kasvajate puhul täheldati mikroobide mitmekesisuse tagasihoidlikku vähenemist võrreldes madala ICR-tasemega kasvajatega.
Mikroobide profiilide ja kliiniliste tulemuste vaheliste kliiniliselt oluliste seoste tuvastamiseks püüdsid teadlased kasutada 16S rRNA geenide järjestuse andmeid, et tuvastada ellujäämist ennustavad mikrobioomi omadused. AC-ICAM246 puhul kasutasid teadlased OS Coxi regressioonimudelit, mis valis välja 41 tunnust nullist erineva koefitsiendiga (seotud diferentsiaalse suremuse riskiga), mida nimetatakse MBR klassifikaatoriteks (joonis 3f).
Selles koolituskohordis (ICAM246) seostati madalat MBR-skoori (MBR<0, madal MBR) oluliselt väiksema surmariskiga (85%). Teadlased kinnitasid seost madala MBR (risk) ja pikaajalise OS vahel kahes sõltumatult valideeritud kohordis (ICAM42 ja TCGA-COAD). (Joonis 3) Uuring näitas tugevat korrelatsiooni endogastriliste kokkide ja MBR skoori vahel, mis olid kasvajas ja terves käärsoolekoes sarnased.

Joonis 3. Mikrobioom kasvajas ja tervetes kudedes ning seos ICR ja patsiendi ellujäämisega.
Järeldus
Selles uuringus kasutatud multi-oomika lähenemisviis võimaldab põhjalikult tuvastada ja analüüsida immuunvastuse molekulaarset allkirja kolorektaalse vähi korral ning paljastab mikrobioomi ja immuunsüsteemi vahelise koostoime. Kasvaja ja tervete kudede sügav TCR-i sekveneerimine näitas, et ICR-i prognostiline toime võib olla tingitud selle võimest hõivata kasvajaga rikastatud ja võib-olla kasvaja antigeenispetsiifilisi T-raku kloone.

Analüüsides kasvaja mikrobioomi koostist, kasutades 16S rRNA geenide järjestust AC-ICAM proovides, tuvastas meeskond tugeva prognostilise väärtusega mikrobioomi allkirja (MBR riskiskoor). Kuigi see signatuur saadi kasvajaproovidest, oli terve kolorektumi ja kasvaja MBR-i riski skoori vahel tugev korrelatsioon, mis viitab sellele, et see allkiri võib hõlmata patsientide soolestiku mikrobioomi koostist. Kombineerides ICR-i ja MBR-i skoori, oli võimalik tuvastada ja kinnitada multi-omic õpilaste biomarker, mis ennustab käärsoolevähiga patsientide ellujäämist. Uuringu multi-oomiline andmestik pakub ressurssi käärsoolevähi bioloogia paremaks mõistmiseks ja aitab avastada isikupärastatud ravimeetodeid.

Viide:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI jt. Käärsoolevähi integreeritud kasvaja, immuunsüsteemi ja mikrobioomi atlas. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).