中文网站
Nat Med | Pendekatan pelbagai omik untuk memetakan tumor bersepadu, landskap imun dan mikrob kanser kolorektal mendedahkan interaksi mikrobiotik dengan sistem imun
Walaupun biomarker untuk kanser kolon primer telah dikaji secara meluas dalam beberapa tahun kebelakangan ini, garis panduan klinikal semasa hanya bergantung pada pementasan nod-metastasis tumor dan pengesanan kecacatan ketidakpadanan DNA (MMR) atau ketidakstabilan mikrosatelit (MSI) (sebagai tambahan kepada ujian patologi standard ) untuk menentukan cadangan rawatan. Penyelidik telah mencatatkan kekurangan hubungan antara tindak balas imun berasaskan ekspresi gen, profil mikrob, dan stroma tumor dalam kohort kanser kolorektal genom (TCGA) dan survival pesakit.
Memandangkan penyelidikan telah berkembang, ciri -ciri kuantitatif kanser kolorektal utama, termasuk kanser selular, imun, stromal, atau mikroba kanser, telah dilaporkan berkorelasi dengan ketara dengan hasil klinikal, tetapi masih ada pemahaman yang terhad tentang bagaimana interaksi mereka mempengaruhi hasil pesakit .
Untuk membedah hubungan antara kerumitan dan hasil fenotip, satu pasukan penyelidik dari Institut Penyelidikan Perubatan Sidra di Qatar baru -baru ini membangunkan dan mengesahkan skor bersepadu (microscore) yang mengenal pasti sekumpulan pesakit dengan kadar survival yang baik dengan menggabungkan ciri -ciri mikrobiologi dan penolakan imun pemalar (ICR). Pasukan ini melakukan analisis genomik yang komprehensif bagi sampel beku segar dari 348 pesakit dengan kanser kolorektal utama, termasuk penjujukan RNA tumor dan tisu kolorektal yang dipadankan, penjujukan exome keseluruhan, reseptor sel T dalam dan gen gen rRNA bakteria 16S, ditambah dengan keseluruhan tumor penjujukan genom untuk terus mencirikan microbiome. Kajian ini diterbitkan dalam Perubatan Alam sebagai "tumor bersepadu, atlas imun dan mikrobiologi kanser kolon".
Artikel yang diterbitkan dalam Perubatan Alam
Gambaran keseluruhan AC-ICAM
Penyelidik menggunakan platform genom ortogonal untuk menganalisis sampel tumor beku segar dan dipadankan dengan tisu kolon yang bersebelahan (pasangan tumor-normal) daripada pesakit dengan diagnosis histologi kanser kolon tanpa terapi sistemik. Berdasarkan penjujukan keseluruhan (WES), kawalan kualiti data RNA-seq, dan pemeriksaan kriteria inklusi, data genom dari 348 pesakit dikekalkan dan digunakan untuk analisis hiliran dengan tindak lanjut median sebanyak 4.6 tahun. Pasukan penyelidikan menamakan sumber ini SIDRA-LUMC AC-ICAM: peta dan panduan untuk interaksi imun-kanser-mikrobiotik (Rajah 1).
Klasifikasi Molekul Menggunakan ICR
Menangkap satu set modular penanda genetik imun untuk imunosurveillance kanser berterusan, yang dipanggil pemalar imun penolakan (ICR), pasukan penyelidikan mengoptimumkan ICR dengan memeluknya ke dalam panel 20-gen yang meliputi jenis kanser yang berlainan, termasuk melanoma, kanser pundi kencing, dan Kanser payudara. ICR juga dikaitkan dengan tindak balas imunoterapi dalam pelbagai jenis kanser, termasuk kanser payudara.
Pertama, penyelidik mengesahkan tandatangan ICR kohort AC-ICAM, menggunakan pendekatan pengklasifikasian berasaskan gen ICR untuk mengklasifikasikan kohort ke dalam tiga kelompok/subtipe imun: ICR tinggi (tumor panas), ICR sederhana dan ICR rendah (sejuk tumor) (Rajah 1b). Penyelidik mencirikan kecenderungan imun yang berkaitan dengan subtipe molekul konsensus (CMS), klasifikasi berasaskan transkrip kanser kolon. Kategori CMS termasuk CMS1/Immune, CMS2/Canonical, CMS3/Metabolic dan CMS4/Mesenchymal. Analisis menunjukkan bahawa skor ICR berkorelasi negatif dengan jalur sel kanser tertentu dalam semua subtipe CMS, dan korelasi positif dengan jalur yang berkaitan dengan imunosupresif dan stromal hanya diperhatikan dalam tumor CMS4.
Di semua CMS, kelimpahan sel pembunuh semulajadi dan sel T sel adalah tertinggi dalam subtipe imun tinggi ICR, dengan kebolehubahan yang lebih besar dalam subset leukosit lain (Rajah 1C). Dalam ICR dari rendah ke tinggi (Rajah 1D), mengesahkan peranan prognostik ICR dalam kanser kolorektal.
Rajah 1. Reka bentuk kajian AC-ICAM, tandatangan gen yang berkaitan dengan imun, subtipe imun dan molekul dan kelangsungan hidup.
ICR menangkap sel-sel T yang diperkaya tumor, dikuatkan secara klon
Hanya minoriti sel T yang menyusup tisu tumor telah dilaporkan khusus untuk antigen tumor (kurang daripada 10%). Oleh itu, majoriti sel T intra-tumor dirujuk sebagai sel-sel T yang berpengalaman (sel-sel T oleh). Korelasi terkuat dengan bilangan sel T konvensional dengan TCR yang produktif diperhatikan dalam sel stromal dan subpopulasi leukosit (dikesan oleh RNA-seq), yang boleh digunakan untuk menganggarkan subpopulasi sel T (Rajah 2A). Dalam kluster ICR (keseluruhan dan klasifikasi CMS), clonality tertinggi imun SEQ TCRs diperhatikan dalam kumpulan ICR-tinggi dan CMS subtipe CMS1/kumpulan imun (Rajah 2C), dengan kadar tertinggi tumor ICR-tinggi. Menggunakan keseluruhan transkrip (18,270 gen), enam gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, dan CXCL10) adalah antara sepuluh gen teratas yang dikaitkan secara positif dengan clonality immune seq (Rajah 2D). Immunoseq TCR clonality berkorelasi lebih kuat dengan kebanyakan gen ICR daripada korelasi yang diperhatikan menggunakan penanda CD8+ yang responsif tumor (Rajah 2F dan 2G). Kesimpulannya, analisis di atas menunjukkan bahawa tandatangan ICR menangkap kehadiran sel-sel T yang diperkaya tumor, dikuatkan secara klon dan boleh menjelaskan implikasi prognostiknya.
Rajah 2. Metrik TCR dan korelasi dengan gen yang berkaitan dengan imun, subtipe imun dan molekul.
Komposisi mikrobiologi dalam tisu kanser yang sihat dan kolon
Para penyelidik melakukan penjujukan rRNA 16S menggunakan DNA yang diekstrak daripada tumor yang dipadankan dan tisu kolon yang sihat dari 246 pesakit (Rajah 3A). Untuk pengesahan, para penyelidik juga menganalisis data penjujukan gen rRNA 16S dari sampel tambahan 42 tumor yang tidak sepadan dengan DNA biasa yang tersedia untuk analisis. Pertama, para penyelidik membandingkan kelimpahan flora antara tumor yang dipadankan dan tisu kolon yang sihat. Clostridium perfringens meningkat dengan ketara dalam tumor berbanding dengan sampel yang sihat (Rajah 3A-3D). Tidak terdapat perbezaan yang signifikan dalam kepelbagaian alfa (kepelbagaian dan kelimpahan spesies dalam satu sampel) antara tumor dan sampel yang sihat, dan pengurangan sederhana dalam kepelbagaian mikrob diperhatikan dalam tumor ICR yang tinggi berbanding dengan tumor rendah ICR.
Untuk mengesan persatuan yang berkaitan dengan klinikal antara profil mikrob dan hasil klinikal, para penyelidik bertujuan menggunakan data penjujukan gen rRNA 16S untuk mengenal pasti ciri -ciri mikrobiologi yang meramalkan kelangsungan hidup. Di AC-ICAM246, para penyelidik menjalankan model regresi OS Cox yang memilih 41 ciri dengan pekali bukan sifar (dikaitkan dengan risiko kematian berbeza), yang dipanggil pengelas MBR (Rajah 3F).
Dalam kohort latihan ini (ICAM246), skor MBR yang rendah (MBR <0, MBR rendah) dikaitkan dengan risiko kematian yang jauh lebih rendah (85%). Penyelidik mengesahkan persatuan antara MBR (risiko) yang rendah dan OS berpanjangan dalam dua kohort yang disahkan secara bebas (ICAM42 dan TCGA-COAD). (Rajah 3) Kajian ini menunjukkan korelasi yang kuat antara skor cocci dan mbr endogastrik, yang serupa dengan tumor dan tisu kolon yang sihat.
Rajah 3. Microbiome dalam tumor dan tisu yang sihat dan hubungan dengan ICR dan kelangsungan hidup pesakit.
Kesimpulan
Pendekatan multi-omik yang digunakan dalam kajian ini membolehkan pengesanan dan analisis menyeluruh tanda molekul tindak balas imun dalam kanser kolorektal dan mendedahkan interaksi antara mikrobiom dan sistem imun. Penjejakan TCR dalam tumor dan tisu yang sihat mendedahkan bahawa kesan prognostik ICR mungkin disebabkan oleh keupayaannya untuk menangkap klon sel T yang diperkaya tumor dan mungkin tumor.
Dengan menganalisis komposisi mikrobiom tumor menggunakan penjujukan gen rRNA 16S dalam sampel AC-ICAM, pasukan mengenal pasti tandatangan mikrobiotik (skor risiko MBR) dengan nilai prognostik yang kuat. Walaupun tandatangan ini berasal dari sampel tumor, terdapat korelasi yang kuat antara colorectum yang sihat dan skor risiko MBR tumor, menunjukkan bahawa tandatangan ini dapat menangkap komposisi mikrobiom usus pesakit. Dengan menggabungkan skor ICR dan MBR, adalah mungkin untuk mengenal pasti dan mengesahkan biomarker pelajar multi-omik yang meramalkan survival pada pesakit kanser kolon. Dataset multi-omik kajian menyediakan sumber untuk lebih memahami biologi kanser kolon dan membantu menemui pendekatan terapeutik yang diperibadikan.
Masa Post: Jun-15-2023
Tetapan Privasi