Nat Med | Многоомический подход к картированию интегрированной опухоли

Nat Med | Мультисомический подход к картированию интегрированной опухоли, иммунной и микробного ландшафта колоректального рака выявляет взаимодействие микробиома с иммунной системой
Хотя биомаркеры для первичного рака толстой кишки были тщательно изучены в последние годы, современные клинические руководящие принципы полагаются только на постановку опухолевых узлов-метастаза и обнаружение дефектов несоответствия ДНК (MMR) или нестабильности микросателлитов (MSI) (в дополнение к стандартному тестированию патологии) для определения рекомендаций лечения. Исследователи отметили отсутствие связи между иммунными реакциями на основе экспрессии, микробными профилями и опухолевой стромой в атласе генома рака (TCGA) когорты колоректального рака и выживаемости пациента.

Поскольку исследования прогрессировали, количественные характеристики первичного колоректального рака, включая раковые клеточные, иммунные, стромальные или микробные характера рака, были значительно коррелируют с клиническими исходами, но все еще ограничено понимание того, как их взаимодействие влияет на исходы пациентов.
Чтобы разобрать взаимосвязь между фенотипической сложностью и исходом, группа исследователей из Института медицинских исследований Сидры в Катаре недавно разработала и подтвердила интегрированный балл (микроскорок), которая идентифицирует группу пациентов с хорошей выживаемостью путем сочетания характеристик микробиомов и константов иммунного отторжения (ICR). Команда выполнила комплексный геномный анализ свежих замороженных образцов от 348 пациентов с первичным колоректальным раком, включая секвенирование РНК опухолей и сопоставившую здоровую колоректальную ткань, секвенирование цельного экзома, глубокий рецептор Т-клетки и секвенирование бактериального гена 16S. Исследование было опубликовано в природной медицине как «интегрированная опухоль, иммунная и микробиомическая атлас рака толстой кишки».

Статья, опубликованная в природе медицины

Обзор AC-ICAM

Исследователи использовали ортогональную геномную платформу для анализа свежих замороженных образцов опухолей и сопоставленной прилегающей здоровой ткани толстой кишки (пары с опухолью-нормальными) от пациентов с гистологическим диагнозом рака толстой кишки без системной терапии. Основываясь на секвенировании целого экзома (WES), контроле качества данных RNA-Seq и скрининга критериев включения, данные геномных 348 пациентов были сохранены и использовались для анализа нижнего течения со средним наблюдением 4,6 года. Исследовательская группа назвала этот ресурс Sidra-Lumc AC-ICAM: карта и руководство по взаимодействию иммуно-равенца-микробиома (рис. 1).

Молекулярная классификация с использованием ICR

Захватывая модульный набор иммунных генетических маркеров для непрерывного иммуносурвелланса, называемого иммунной постоянной отторжения (ICR), исследовательская группа оптимизировала ICR, конденсируя его в панель из 20 генов, охватывающую различные типы рака, включая меланому, рак мочевого пузыря и рак молочной железы. ICR также был связан с иммунотерапевтическим ответом у различных типов рака, включая рак молочной железы.

Во-первых, исследователи подтвердили сигнатуру ICR когорты AC-ICAM, используя подход на основе генов ICR для классификации когорты на три кластера/иммунные подтипы: высокий ICR (горячие опухоли), средний ICR и низкий ICR (холодные опухоли) (рис. 1B). Исследователи охарактеризовали иммунную склонность, связанную с консенсусными молекулярными подтипами (CMS), классификацией рака толстой кишки на основе транскрипта. Категории CMS включали CMS1/Immune, CMS2/Canonical, CMS3/метаболический и CMS4/мезенхимальный. Анализ показал, что показатели ICR отрицательно коррелировали с определенными путями раковых клеток во всех подтипах CMS, а положительные корреляции с иммуносупрессивными и стромальными путями наблюдались только в опухолях CMS4.

Во всех CMS изобилие подмножествам натуральных киллеров (NK) и T -клеток было самым высоким в ICR с высоким иммунным подтипами, с большей изменчивостью в других подмножествах лейкоцитов (рис. 1C). ICR иммунные подтипы имели разные ОС и PFS, с прогрессивным увеличением ICR от низкого до высокого (фиг.1D), подтверждая прогнозическую роль ICR в окрашенной раке.

Рисунок 1. Проект исследования AC-ICAM, иммунная сигнатура генов, иммунные и молекулярные подтипы и выживание.
ICR захватывает обогащенные опухолью, клонально амплифицированные Т-клетки
Сообщалось, что только меньшинство Т -клеток, проникающих в опухолевую ткань, специфичны для опухолевых антигенов (менее 10%). Следовательно, большинство внутрипуховых Т-клеток называют Т-клетками свидетеля (Т-клетки-наблюдатели). Самая сильная корреляция с количеством обычных Т-клеток с продуктивными TCR наблюдалась в субпопуляциях стромальных клеток и лейкоцитов (обнаруженных RNA-Seq), которые могут использоваться для оценки субпопуляций Т-клеток (рис. 2а). В кластерах ICR (общая и CMS-классификация) самая высокая клональность иммунных SEQ-TCR наблюдалась в группах ICR-High и CMS CMS1/иммунных группах (рис. 2C), с самой высокой долю опухолей высокого ICR. Используя весь транскриптом (18 270 генов), шесть генов ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA и CXCL10) были одними из десяти лучших генов, положительно связанных с клональностью SEQ TCR (рис. 2D). Immunoseq TCR-клональность более сильно коррелировала с большинством генов ICR, чем корреляции, наблюдаемые с использованием чувствительных к опухоле CD8+ маркерам (рис. 2F и 2G). В заключение, приведенный выше анализ показывает, что сигнатура ICR отражает наличие обогащенных опухолью, клонально амплифицированными Т-клетками и может объяснить его прогностические последствия.

Рисунок 2. Метрики TCR и корреляция с иммунными генами, иммунными и молекулярными подтипами.
Состав микробиома в здоровых тканях рака толстой кишки
Исследователи выполнили секвенирование 16S рРНК с использованием ДНК, экстрагированной из соответствующей опухоли и здоровой ткани толстой кишки от 246 пациентов (рис. 3А). Для проверки исследователи дополнительно проанализировали данные секвенирования гена 16S рРНК из дополнительных 42 образцов опухолей, которые не соответствовали нормальной ДНК, доступной для анализа. Во -первых, исследователи сравнили относительную численность флоры между соответствующими опухолями и здоровой тканей толстой кишки. Clostridium perfringens был значительно увеличен в опухолях по сравнению со здоровыми образцами (рис. 3А-3D). Не было значительных различий в альфа-разнообразии (разнообразие и изобилие видов в одном образце) между опухолью и здоровыми образцами, и в опухолях ICR наблюдалось скромное снижение микробного разнообразия относительно опухолей ICR.
Чтобы обнаружить клинически значимые ассоциации между микробными профилями и клиническими результатами, исследователи стремились использовать данные секвенирования гена 16S рРНК для определения признаков микробиома, которые предсказывают выживаемость. В AC-ICAM246 исследователи запустили регрессионную модель ОС, которая выбрала 41 особенности с ненулевыми коэффициентами (связанных с дифференциальным риском смертности), называемых классификаторами MBR (рис. 3F).
В этой учебной группе (ICAM246) низкий показатель MBR (MBR <0, низкий MBR) был связан со значительно более низким риском смерти (85%). Исследователи подтвердили связь между низким MBR (риск) и длительной ОС в двух независимо проверенных когортах (ICAM42 и TCGA-Coad). (Рисунок 3) Исследование показало сильную корреляцию между оценками эндогастрального кокки и MBR, которые были одинаковыми по опухоли и здоровой ткани толстой кишки.

Рисунок 3. Микробиом в опухоли и здоровых тканях и взаимосвязь с ICR и выживаемостью пациента.
Заключение
Мультисомический подход, используемый в этом исследовании, позволяет тщательно обнаруживать и анализировать молекулярную сигнатуру иммунного ответа при колоректальном раке и выявляет взаимодействие между микробиомом и иммунной системой. Глубокое секвенирование TCR опухоли и здоровых тканей показало, что прогностический эффект ICR может быть связан с его способностью захватывать обогащенные опухолью и, возможно, опухолевые антиген-специфические клоны Т-клеток.

Анализируя композицию микробиома опухоли с использованием секвенирования гена 16S рРНК в образцах AC-ICAM, команда идентифицировала подпись микробиома (оценка риска MBR) с сильной прогностической ценностью. Хотя эта подпись была получена из образцов опухоли, была сильная корреляция между здоровым колоректором и показателем риска MBR опухоли, что позволяет предположить, что эта подпись может захватить состав микробиома кишечника пациентов. Объединив баллы ICR и MBR, можно было выявить и проверить многоэмический студенческий биомаркер, который предсказывает выживаемость у пациентов с раком толстой кишки. Многоэлементный набор данных исследования обеспечивает ресурс для лучшего понимания биологии рака толстой кишки и помочь обнаружить персонализированные терапевтические подходы.

Ссылка:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Интегрированная опухоль, иммунная и микробиомическая атлас рака толстой кишки. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).