„Nat Med“ | Daugiafunkcinis požiūris į integruoto naviko kartografavimą

„Nat Med“ | Daugiafunkcinis požiūris į integruoto naviko, imuninės ir mikrobinės sistemos kartografavimą kolorektaliniame vėžyje atskleidžia mikrobiomo sąveiką su imunine sistema.
Nors pastaraisiais metais pirminio gaubtinės žarnos vėžio biožymenys buvo plačiai tirti, dabartinės klinikinės gairės gydymo rekomendacijoms nustatyti remiasi tik naviko ir limfmazgių metastazių stadijos nustatymu bei DNR neatitikimo taisymo (MMR) defektų arba mikrosatelitų nestabilumo (MSI) nustatymu (be standartinių patologijos tyrimų). Tyrėjai pastebėjo, kad vėžio genomo atlaso (TCGA) kolorektalinio vėžio kohortoje nėra ryšio tarp genų raiška pagrįstų imuninių atsakų, mikrobų profilių ir naviko stromos bei pacientų išgyvenamumo.

Tyrimams tęsiantis, pranešama, kad kiekybinės pirminio kolorektalinio vėžio charakteristikos, įskaitant vėžio ląstelinį, imuninį, strominį ar mikrobinį pobūdį, reikšmingai koreliuoja su klinikiniais rezultatais, tačiau vis dar trūksta supratimo apie tai, kaip jų sąveika veikia pacientų rezultatus.
Siekdama ištirti fenotipinio sudėtingumo ir baigties ryšį, Kataro Sidros medicinos tyrimų instituto tyrėjų komanda neseniai sukūrė ir patvirtino integruotą balą (mICRoScore), kuris identifikuoja pacientų grupę, pasižyminčią geru išgyvenamumu, derindamas mikrobiomo charakteristikas ir imuninio atmetimo konstantas (ICR). Komanda atliko išsamią 348 pacientų, sergančių pirminiu kolorektaliniu vėžiu, šviežiai šaldytų mėginių genominę analizę, įskaitant navikų ir suderintų sveikų kolorektalinių audinių RNR sekoskaitą, viso egzomo sekoskaitą, giliųjų T ląstelių receptorių ir 16S bakterijų rRNR genų sekoskaitą, papildytą viso naviko genomo sekoskaita, siekiant toliau apibūdinti mikrobiomą. Tyrimas buvo paskelbtas žurnale „Nature Medicine“ pavadinimu „Integruotas naviko, imuninės sistemos ir mikrobiomo atlasas gaubtinės žarnos vėžio srityje“.

Straipsnis paskelbtas žurnale „Nature Medicine“

AC-ICAM apžvalga

Tyrėjai naudojo ortogonalinę genominę platformą šviežiai užšaldytiems naviko mėginiams analizuoti ir suderino gretimus sveikus gaubtinės žarnos audinius (naviko ir normalios žarnos poras) iš pacientų, kuriems histologiškai diagnozuotas gaubtinės žarnos vėžys be sisteminio gydymo. Remiantis viso egzomo sekvenavimu (WES), RNR sekoskaitos duomenų kokybės kontrole ir įtraukimo kriterijų atranka, 348 pacientų genominiai duomenys buvo išsaugoti ir panaudoti tolesnei analizei, o vidutinis stebėjimo laikotarpis buvo 4,6 metų. Tyrimo komanda šį išteklių pavadino „Sidra-LUMC AC-ICAM: imuniteto, vėžio ir mikrobiomo sąveikos žemėlapis ir vadovas“ (1 pav.).

Molekulinė klasifikacija naudojant ICR

Užfiksavusi modulinį imuninių genetinių žymenų rinkinį, skirtą nuolatinei vėžio imunosistemai, vadinamą imunine atmetimo konstanta (ICR), tyrėjų komanda optimizavo ICR, sujungdama jį į 20 genų grupę, apimančią skirtingus vėžio tipus, įskaitant melanomą, šlapimo pūslės vėžį ir krūties vėžį. ICR taip pat buvo siejamas su imunoterapijos atsaku sergant įvairiais vėžio tipais, įskaitant krūties vėžį.

Pirma, tyrėjai patvirtino AC-ICAM kohortos ICR parašą, naudodami ICR genais pagrįstą bendro klasifikavimo metodą, kad klasifikuotų kohortą į tris klasterius / imuninės sistemos potipius: aukštą ICR (karštieji navikai), vidutinį ICR ir žemą ICR (šaltieji navikai) (1b pav.). Tyrėjai apibūdino imuninį polinkį, susijusį su konsensusiniais molekuliniais potipiais (CMS) – transkriptoma pagrįsta gaubtinės žarnos vėžio klasifikacija. CMS kategorijos apėmė CMS1/imuninį, CMS2/kanoninį, CMS3/metabolinį ir CMS4/mezenchiminį. Analizė parodė, kad ICR balai neigiamai koreliavo su tam tikrais vėžio ląstelių keliais visuose CMS potipiuose, o teigiama koreliacija su imunosupresiniais ir su stroma susijusiais keliais buvo pastebėta tik CMS4 navikuose.

Visose CMS grupėse natūralių žudikų (NK) ląstelių ir T ląstelių pogrupių gausa buvo didžiausia ICR aukšto imuniteto potipiuose, o kituose leukocitų pogrupiuose kintamumas buvo didesnis (1c pav.). ICR imuniniai potipiai turėjo skirtingą bendrą išgyvenamumą (OS) ir ligos progresavimą be ligos progresavimo, ICR laipsniškai didėjo nuo žemo iki aukšto (1d pav.), o tai patvirtina ICR prognostinį vaidmenį kolorektalinio vėžio atveju.

1 pav. AC-ICAM tyrimo dizainas, su imunitetu susijęs genų parašas, imuniniai ir molekuliniai potipiai bei išgyvenamumas.
ICR fiksuoja navikais praturtintas, kloniškai amplifikuotas T ląsteles
Pranešta, kad tik maža dalis T ląstelių, infiltruojančių naviko audinį, yra specifinės naviko antigenams (mažiau nei 10 %). Todėl dauguma naviko viduje esančių T ląstelių vadinamos pašalinėmis T ląstelėmis (šalutinės T ląstelės). Stipriausia koreliacija su įprastų T ląstelių su produktyviais T ląstelių skaičiumi pastebėta stromos ląstelių ir leukocitų subpopuliacijose (aptikta RNR sekvenavimu), kuri gali būti naudojama T ląstelių subpopuliacijoms įvertinti (2a pav.). ICR klasteriuose (bendra ir CMS klasifikacija) didžiausias imuninių SEQ TCR kloniškumas pastebėtas ICR aukšto ir CMS potipio CMS1/imuninėse grupėse (2c pav.), kuriose buvo didžiausia ICR aukšto navikų dalis. Naudojant visą transkriptomą (18 270 genų), šeši ICR genai (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ir CXCL10) buvo tarp dešimties genų, teigiamai susijusių su TCR imuniniu SEQ kloniškumu (2d pav.). „ImmunoSEQ“ TCR kloniškumas stipriau koreliavo su dauguma ICR genų nei koreliacijos, stebėtos naudojant į naviką reaguojančius CD8+ žymenis (2f ir 2g paveikslai). Apibendrinant, aukščiau pateikta analizė rodo, kad ICR parašas fiksuoja naviku praturtintų, kloniškai amplifikuotų T ląstelių buvimą ir gali paaiškinti jų prognostinę reikšmę.

2 pav. TCR metrikos ir koreliacija su imuniniais genais, imuniniais ir molekuliniais potipiais.
Mikrobiomo sudėtis sveikuose ir gaubtinės žarnos vėžio audiniuose
Tyrėjai atliko 16S rRNR sekoskaitą, naudodami DNR, išskirtą iš 246 pacientų sutampančio naviko ir sveiko gaubtinės žarnos audinio (3a pav.). Patvirtinimui tyrėjai papildomai išanalizavo 16S rRNR genų sekoskaitos duomenis iš dar 42 naviko mėginių, kuriuose nebuvo analizei prieinamos sutampančios normalios DNR. Pirmiausia tyrėjai palygino santykinę floros gausą tarp sutampančių navikų ir sveiko gaubtinės žarnos audinio. Clostridium perfringens kiekis navikuose buvo reikšmingai padidėjęs, palyginti su sveikais mėginiais (3a–3d pav.). Nebuvo reikšmingo alfa įvairovės (rūšių įvairovės ir gausos viename mėginyje) skirtumo tarp naviko ir sveikų mėginių, o nedidelis mikrobų įvairovės sumažėjimas buvo pastebėtas navikuose, kuriuose buvo didelis ICR, palyginti su navikais, kuriuose ICR buvo mažas.
Siekdami nustatyti kliniškai reikšmingus ryšius tarp mikrobų profilių ir klinikinių rezultatų, tyrėjai siekė panaudoti 16S rRNR genų sekoskaitos duomenis, kad nustatytų mikrobiomo požymius, kurie prognozuoja išgyvenamumą. AC-ICAM246 tyrime tyrėjai atliko OS Cox regresijos modelį, kuris atrinko 41 požymį su nenuliniais koeficientais (susijusiais su skirtinga mirtingumo rizika), vadinamus MBR klasifikatoriais (3f pav.).
Šioje mokymo grupėje (ICAM246) žemas MBR balas (MBR < 0, žemas MBR) buvo susijęs su žymiai mažesne mirties rizika (85 %). Tyrėjai patvirtino ryšį tarp žemo MBR (rizikos) ir ilgo bendrojo išgyvenamumo dviejose nepriklausomai patvirtintose kohortose (ICAM42 ir TCGA-COAD). (3 pav.) Tyrimas parodė stiprią koreliaciją tarp endogastrinių kokcų ir MBR balų, kurie buvo panašūs naviko ir sveiko gaubtinės žarnos audiniuose.

3 pav. Naviko ir sveikų audinių mikrobiomas ir jo ryšys su ICR bei paciento išgyvenamumu.
Išvada
Šiame tyrime taikytas multi-omikos metodas leidžia nuodugniai aptikti ir išanalizuoti imuninio atsako molekulinį parašą kolorektaliniame vėžyje ir atskleidžia mikrobiomo ir imuninės sistemos sąveiką. Gilus naviko ir sveikų audinių TCR sekvenavimas parodė, kad ICR prognostinis poveikis gali būti susijęs su jo gebėjimu užfiksuoti naviku praturtintus ir galbūt naviko antigenui specifinius T ląstelių klonus.

Analizuodama naviko mikrobiomo sudėtį, naudodama 16S rRNR geno sekoskaitą AC-ICAM mėginiuose, komanda nustatė mikrobiomo parašą (MBR rizikos balą), turintį didelę prognostinę vertę. Nors šis parašas buvo gautas iš naviko mėginių, buvo stipri koreliacija tarp sveikos gaubtinės žarnos ir naviko MBR rizikos balo, o tai rodo, kad šis parašas gali atspindėti pacientų žarnyno mikrobiomo sudėtį. Sujungus ICR ir MBR balus, buvo galima nustatyti ir patvirtinti daugiaominį studentų biožymenį, kuris prognozuoja pacientų, sergančių gaubtinės žarnos vėžiu, išgyvenamumą. Tyrimo daugiaominis duomenų rinkinys suteikia išteklių, padedančių geriau suprasti gaubtinės žarnos vėžio biologiją ir atrasti individualizuotus gydymo metodus.

Nuoroda:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI ir kt. Integruotas gaubtinės žarnos vėžio naviko, imuninės sistemos ir mikrobiomų atlasas. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).