Nat Med | Daugialypės omikos požiūris į integruoto naviko žemėlapį

Nat Med | Kelių omikos požiūris į integruoto naviko, imuninės ir mikrobų kraštovaizdžio žemėlapius, susijusius su kolorektalinio vėžio kraštovaizdžiu, atskleidžia mikrobiomo sąveiką su imunine sistema
Nors pastaraisiais metais buvo išsamiai tiriami pirminio storosios žarnos vėžio biomarkeriai, dabartinės klinikinės gairės remiasi tik naviko-limph mazgų mazgų-metastazių inscenizavimu ir DNR neatitikimo taisymo (MMR) defektų ar mikrosatellito nestabilumo (be standartinių patologinių testavimo) nustatymo (be standartinių patologijos testavimo) nustatymo). Tyrėjai pastebėjo, kad trūksta ryšio tarp genų ekspresijos pagrįstų imuninių reakcijų, mikrobų profilių ir naviko stromos vėžio genomo atlaso (TCGA) kolorektalinio vėžio kohortos ir paciento išgyvenimo metu.

Tyrimams progresuojant, buvo pranešta, kad kiekybinės pirminio kolorektalinio vėžio, įskaitant vėžio ląstelių, imuniteto, stromos ar mikrobų pobūdį, charakteristikos, buvo žymiai koreliuojantys su klinikiniais rezultatais, tačiau vis dar yra ribotas supratimas, kaip jų sąveika veikia paciento rezultatus.
Norėdami atskirti ryšį tarp fenotipinio sudėtingumo ir rezultato, Sidra Medicinos tyrimų instituto Katare tyrėjų komanda neseniai sukūrė ir patvirtino integruotą balą (mikroskorą), kuriame nustatyta pacientų, turinčių gerą išgyvenamumą, grupę, derinant mikrobiomo charakteristikas ir imuniteto atmetimo konstantus (ICR). Komanda atliko išsamią šviežių užšaldytų mėginių genominę analizę iš 348 pacientų, sergančių pirminiu gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžiu, įskaitant navikų RNR seką ir suderintą sveiką kolorektalinį audinį, viso egzomo seką, gilią T-ląstelių receptorių ir 16S bakterinį RRNR genų seką, papildytą viso naviko genomo seka, kad būtų galima apibūdinti mikrobiomą. Tyrimas „Nature Medicine“ buvo paskelbtas kaip „integruotas storosios žarnos vėžio naviko, imuninės ir mikrobiomo atlasas“.

Straipsnis, paskelbtas „Nature Medicine“

„AC-ICAM“ apžvalga

Tyrėjai naudojo stačiakampę genomo platformą, norėdami išanalizuoti šviežius užšaldytus naviko mėginius ir suderino gretimą sveiką storosios žarnos audinį (naviko normalias poras) iš pacientų, kuriems histologinė storosios žarnos vėžio diagnozė be sisteminės terapijos. Remiantis viso egzomo sekos nustatymu (WES), RNR-SEQ duomenų kokybės kontrole ir įtraukimo kriterijais, 348 pacientų genomo duomenys buvo saugomi ir naudojami atliekant paskesnę analizę, o vidutinis stebėjimas buvo 4,6 metų. Tyrimo komanda pavadino šį šaltinį „Sidra-LUMC AC-ICAM“: „Immune-Cancer-Microbiome“ sąveikos žemėlapis ir vadovas (1 paveikslas).

Molekulinė klasifikacija naudojant ICR

Modulinio imuninių genetinių žymenų, skirtų nenutrūkstamam vėžiui imuninėse valdžiose, rinkinį, vadinamą imunine atmetimo konstanta (ICR), tyrimų komanda optimizavo ICR, kondencuodama jį į 20 genčių grupę, apimančią įvairius vėžio tipus, įskaitant melanomą, šlapimo pūslės vėžį ir krūties vėžį. ICR taip pat buvo susijęs su imunoterapijos atsaku įvairių rūšių vėžiu, įskaitant krūties vėžį.

Pirma, tyrėjai patvirtino AC-ICAM kohortos ICR parašą, naudodami ICR geno pagrindu pagamintą bendrojo klasifikavimo metodą, norėdami suskirstyti kohortą į tris klasterius/imuninius potipius: aukštas ICR (karštų navikų), vidutinio ICR ir žemo ICR (šalčio navikai) (1B paveikslas). Tyrėjai apibūdino imuniteto polinkį, susijusį su konsensuso molekuliniais potipiais (CMS), storosios žarnos vėžio klasifikacija, pagrįsta transkriptomais. CMS kategorijose buvo CMS1/Immune, CMS2/Canonical, CMS3/Metabolinis ir CMS4/mezenchiminis. Analizė parodė, kad ICR balai buvo neigiamai koreliuojami su tam tikrais vėžio ląstelių keliais visuose CMS potipiuose, o teigiamos koreliacijos su imunosupresiniu ir su stromu susijusiais keliais buvo stebimos tik CMS4 navikuose.

Visose CMS natūralių žudikų (NK) ląstelių ir T ląstelių pogrupių gausa buvo didžiausia ICR aukšto imuniniame potipiuose, o kitų leukocitų pogrupių kintamumas buvo didesnis (1c pav.) .ICR Imuninės potipiai turėjo skirtingą OS ir PFS laipsnišką ICR padidėjimą nuo žemo iki aukšto (1D pav.), Patvirtindamas ICR ICR vaidmenį ICR.

1 paveikslas. AC-ICAM tyrimo projektas, su imunitetu susijęs genų parašas, imuninė ir molekulinė potipiai ir išgyvenimas.
ICR fiksuoja naviką praturtintos, kloniškai sustiprintos T ląstelės
Pranešama, kad tik maža dalis T ląstelių infiltruojančio naviko audinio yra specifiškos naviko antigenams (mažiau nei 10%). Todėl dauguma vidinių T ląstelių yra vadinami pašaliniųjų T ląstelėmis (pašaliniųjų T ląstelėmis). Stipriausia koreliacija su įprastų T ląstelių skaičiumi su produktyviais TCR buvo pastebėta stromos ląstelėse ir leukocitų pogrupiuose (nustatomi RNR-Seq), kurie gali būti naudojami T ląstelių subpopuliacijoms įvertinti (2A pav.). ICR klasteriuose (bendroje ir CMS klasifikacijoje) didžiausias imuninių SEQ TCR klonalumas buvo pastebėtas ICR ir CMS potipyje CMS1/imuninėse grupėse (2C paveikslas), o didžiausia dalis ICR aukštų navikų. Naudojant visą transkriptomą (18 270 genų), šeši ICR genai (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ir CXCL10) buvo tarp dešimtuko genų, teigiamai susijusių su TCR imuninio SEQ klonalumu (2D pav.). „Immunoseq TCR“ klonalumas labiau koreliavo su daugeliu ICR genų nei koreliacijos, stebimos naudojant naviką reaguojančius CD8+ žymenis (2F ir 2G paveikslai). Apibendrinant, aukščiau pateikta analizė rodo, kad ICR parašas atspindi naviko praturtintų, kloniškai sustiprintų T ląsteles ir gali paaiškinti jo prognostines padarinius.

2 paveikslas. TCR metrika ir koreliacija su su imunitete susijusiais genais, imuniniais ir molekuliniais potipiais.
Mikrobiomo sudėtis sveikų ir storosios žarnos vėžio audiniuose
Tyrėjai atliko 16S rRNR seką, naudodami DNR, ekstrahuotą iš suderinto naviko ir sveiko storosios žarnos audinio iš 246 pacientų (3A pav.). Norėdami patvirtinti, tyrėjai papildomai išanalizavo 16S rRNR genų sekos duomenis iš papildomų 42 naviko mėginių, kurie neatitiko normalios DNR, prieinamos analizei. Pirma, tyrėjai palygino santykinį floros gausą tarp suderintų navikų ir sveiko storosios žarnos audinio. Clostridium perfringens žymiai padidėjo navikuose, palyginti su sveikais mėginiais (3A-3D pav.). Tarp naviko ir sveikų mėginių alfa įvairovės (rūšių įvairovė ir gausa) reikšmingo skirtumo nebuvo, o ICR aukšto navikuose, palyginti su ICR-žemi navikais, buvo pastebėtas nedidelis mikrobų įvairovės sumažėjimas.
Norėdami nustatyti kliniškai svarbias mikrobų profilių ir klinikinių rezultatų ryšius, tyrėjai siekė naudoti 16S rRNR genų sekos duomenis, kad nustatytų mikrobiomo ypatybes, kurios numato išgyvenimą. AC-ICAM246 metu tyrėjai valdė OS COX regresijos modelį, kuris atrinko 41 ypatybes, kurių koeficientai nėra lygi nuliui (susiję su diferencialine mirtingumo rizika), vadinamą MBR klasifikatoriais (3F paveikslas).
Šioje treniruočių grupėje (ICAM246) žemas MBR balas (MBR <0, žemas MBR) buvo susijęs su žymiai mažesne mirties rizika (85%). Tyrėjai patvirtino ryšį tarp mažo MBR (rizikos) ir užsitęsusios OS dviejose nepriklausomai patvirtintose grupėse (ICAM42 ir TCGA-CoAD). (3 paveikslas) Tyrimas parodė tvirtą ryšį tarp endogastrinių kokos ir MBR balų, kurie buvo panašūs naviko ir sveiko storosios žarnos audinyje.

3 paveikslas. Naviko ir sveikų audinių mikrobiomas bei santykis su ICR ir paciento išgyvenimu.
Išvada
Šiame tyrime naudojamas daugialypės omikų metodas leidžia išsamiai aptikti ir analizuoti imuninio atsako molekulinį parašą sergant gaubtinės ir tiesiosios žarnos vėžiu ir atskleidžia mikrobiomo ir imuninės sistemos sąveiką. Gilus naviko ir sveikų audinių TCR sekos nustatymas atskleidė, kad prognostinis ICR poveikis gali atsirasti dėl jo gebėjimo fiksuoti naviką praturtintus ir galbūt naviko antigenui būdingus T ląstelių klonus.

Analizuodama naviko mikrobiomo sudėtį, naudodama 16S rRNR geno seką AC-ICAM mėginiuose, komanda nustatė mikrobiomo parašą (MBR rizikos balas), turinčią stiprią prognostinę vertę. Nors šis parašas buvo gautas iš naviko mėginių, buvo tvirtas ryšys tarp sveiko kolorekttumo ir naviko MBR rizikos balo, o tai rodo, kad šis parašas gali užfiksuoti pacientų žarnyno mikrobiomo sudėtį. Derinant ICR ir MBR balus, buvo galima nustatyti ir patvirtinti daugialypį studentų biomarkerį, kuris prognozuoja išgyvenamumą pacientams, sergantiems storosios žarnos vėžiu. Tyrimo daugiapakopiame duomenų rinkinyje yra šaltinis, skirtas geriau suprasti storosios žarnos vėžio biologiją ir padėti atrasti individualizuotus terapinius metodus.

Nuoroda:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei ir kt. Integruotas storosios žarnos vėžio atlasas, imuninis ir mikrobiomas. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).