中文网站
Nat Med | Pendekatan multi-omics untuk memetakan landskap tumor, imun dan mikrob bersepadu kanser kolorektal mendedahkan interaksi mikrobiom dengan sistem imun
Walaupun penanda biologi untuk kanser kolon primer telah dikaji secara meluas dalam beberapa tahun kebelakangan ini, garis panduan klinikal semasa hanya bergantung pada pementasan metastasis nodus limfa tumor dan pengesanan kecacatan pembaikan ketidakpadanan DNA (MMR) atau ketidakstabilan mikrosatelit (MSI) (sebagai tambahan kepada ujian patologi standard) untuk menentukan cadangan rawatan. Penyelidik telah menyatakan kekurangan perkaitan antara tindak balas imun berasaskan ekspresi gen, profil mikrob dan stroma tumor dalam kohort kanser kolorektal Atlas Genom Kanser (TCGA) dan kelangsungan hidup pesakit.
Seiring dengan perkembangan penyelidikan, ciri-ciri kuantitatif kanser kolorektal primer, termasuk sifat selular, imun, stroma atau mikrob kanser, telah dilaporkan berkorelasi dengan ketara dengan hasil klinikal, tetapi masih terdapat pemahaman yang terhad tentang bagaimana interaksinya mempengaruhi hasil pesakit.
Untuk mengkaji hubungan antara kerumitan fenotip dan hasil, satu pasukan penyelidik dari Institut Penyelidikan Perubatan Sidra di Qatar baru-baru ini telah membangunkan dan mengesahkan skor bersepadu (mICRoScore) yang mengenal pasti sekumpulan pesakit dengan kadar survival yang baik dengan menggabungkan ciri-ciri mikrobiom dan pemalar penolakan imun (ICR). Pasukan ini menjalankan analisis genomik komprehensif terhadap sampel beku segar daripada 348 pesakit kanser kolorektal primer, termasuk penjujukan RNA tumor dan tisu kolorektal sihat yang sepadan, penjujukan keseluruhan eksom, reseptor sel T dalam dan penjujukan gen rRNA bakteria 16S, ditambah dengan penjujukan genom tumor keseluruhan untuk mencirikan mikrobiom dengan lebih lanjut. Kajian ini diterbitkan dalam Nature Medicine sebagai "Atlas tumor, imun dan mikrobiom bersepadu kanser kolon".
Artikel yang diterbitkan dalam Perubatan Alam Semula Jadi
Gambaran Keseluruhan AC-ICAM
Penyelidik menggunakan platform genomik ortogonal untuk menganalisis sampel tumor beku segar dan memadankan tisu kolon sihat bersebelahan (pasangan tumor-normal) daripada pesakit dengan diagnosis histologi kanser kolon tanpa terapi sistemik. Berdasarkan penjujukan keseluruhan eksom (WES), kawalan kualiti data RNA-seq dan saringan kriteria inklusi, data genomik daripada 348 pesakit dikekalkan dan digunakan untuk analisis hiliran dengan susulan median selama 4.6 tahun. Pasukan penyelidikan menamakan sumber ini Sidra-LUMC AC-ICAM: Peta dan panduan untuk interaksi imun-kanser-mikrobiom (Rajah 1).
Pengelasan molekul menggunakan ICR
Dengan menangkap satu set penanda genetik imun modular untuk pengawasan imunoskopi kanser berterusan, yang dipanggil pemalar penolakan imun (ICR), pasukan penyelidikan mengoptimumkan ICR dengan memendekkannya menjadi panel 20 gen yang merangkumi pelbagai jenis kanser, termasuk melanoma, kanser pundi kencing dan kanser payudara. ICR juga telah dikaitkan dengan tindak balas imunoterapi dalam pelbagai jenis kanser, termasuk kanser payudara.
Pertama, para penyelidik mengesahkan tandatangan ICR bagi kohort AC-ICAM, menggunakan pendekatan pengelasan bersama berasaskan gen ICR untuk mengklasifikasikan kohort kepada tiga kluster/subjenis imun: ICR tinggi (tumor panas), ICR sederhana dan ICR rendah (tumor sejuk) (Rajah 1b). Penyelidik mencirikan kecenderungan imun yang berkaitan dengan subjenis molekul konsensus (CMS), iaitu pengelasan kanser kolon berasaskan transkriptom. Kategori CMS termasuk CMS1/imun, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik dan CMS4/mesenkim. Analisis menunjukkan bahawa skor ICR berkorelasi negatif dengan laluan sel kanser tertentu dalam semua subjenis CMS, dan korelasi positif dengan laluan imunosupresif dan berkaitan stroma hanya diperhatikan dalam tumor CMS4.
Dalam semua CMS, kelimpahan subset sel pembunuh semula jadi (NK) dan sel T adalah tertinggi dalam subjenis imun tinggi ICR, dengan kepelbagaian yang lebih besar dalam subset leukosit lain (Rajah 1c). Subjenis imun ICR mempunyai OS dan PFS yang berbeza, dengan peningkatan progresif dalam ICR dari rendah ke tinggi (Rajah 1d), mengesahkan peranan prognostik ICR dalam kanser kolorektal.
Rajah 1. Reka bentuk kajian AC-ICAM, tandatangan gen berkaitan imun, subjenis imun dan molekul serta kemandirian.
ICR menangkap sel T yang diperkaya tumor dan diperkuat secara klonal
Hanya sebilangan kecil sel T yang menyusup ke tisu tumor telah dilaporkan spesifik untuk antigen tumor (kurang daripada 10%). Oleh itu, majoriti sel T intra-tumor dirujuk sebagai sel T bystander (sel T bystander). Korelasi terkuat dengan bilangan sel T konvensional dengan TCR produktif diperhatikan dalam subpopulasi sel stroma dan leukosit (dikesan oleh RNA-seq), yang boleh digunakan untuk menganggarkan subpopulasi sel T (Rajah 2a). Dalam kelompok ICR (pengelasan keseluruhan dan CMS), klonaliti tertinggi TCR SEQ imun diperhatikan dalam kumpulan ICR-tinggi dan subjenis CMS CMS1/imun (Rajah 2c), dengan perkadaran tumor ICR-tinggi tertinggi. Menggunakan keseluruhan transkriptom (18,270 gen), enam gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, dan CXCL10) adalah antara sepuluh gen teratas yang dikaitkan secara positif dengan klonaliti SEQ imun TCR (Rajah 2d). Kloniti TCR ImmunoSEQ berkorelasi lebih kuat dengan kebanyakan gen ICR berbanding korelasi yang diperhatikan menggunakan penanda CD8+ yang responsif tumor (Rajah 2f dan 2g). Kesimpulannya, analisis di atas menunjukkan bahawa tandatangan ICR menangkap kehadiran sel T yang diperkaya tumor dan dikuatkan secara klon dan mungkin menjelaskan implikasi prognostiknya.
Rajah 2. Metrik TCR dan korelasi dengan gen berkaitan imun, subjenis imun dan molekul.
Komposisi mikrobiom dalam tisu kanser yang sihat dan kolon
Para penyelidik menjalankan penjujukan 16S rRNA menggunakan DNA yang diekstrak daripada tumor yang dipadankan dan tisu kolon yang sihat daripada 246 pesakit (Rajah 3a). Untuk pengesahan, para penyelidik juga menganalisis data penjujukan gen 16S rRNA daripada 42 sampel tumor tambahan yang tidak mempunyai DNA normal yang sepadan untuk dianalisis. Pertama, para penyelidik membandingkan kelimpahan relatif flora antara tumor yang dipadankan dan tisu kolon yang sihat. Clostridium perfringens meningkat dengan ketara dalam tumor berbanding sampel yang sihat (Rajah 3a-3d). Tiada perbezaan yang ketara dalam kepelbagaian alfa (kepelbagaian dan kelimpahan spesies dalam satu sampel) antara sampel tumor dan sihat, dan pengurangan sederhana dalam kepelbagaian mikrob diperhatikan dalam tumor ICR-tinggi berbanding tumor ICR-rendah.
Untuk mengesan perkaitan yang berkaitan secara klinikal antara profil mikrob dan hasil klinikal, para penyelidik bertujuan untuk menggunakan data penjujukan gen 16S rRNA untuk mengenal pasti ciri-ciri mikrobiom yang meramalkan kemandirian. 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 hubungan antara MBR rendah (risiko) dan OS yang berpanjangan dalam dua kohort yang disahkan secara bebas (ICAM42 dan TCGA-COAD). (Rajah 3) Kajian ini menunjukkan korelasi yang kuat antara kokus endogastri dan skor MBR, yang serupa dalam tumor dan tisu kolon yang sihat.
Rajah 3. Mikrobiom dalam tumor dan tisu sihat serta hubungan dengan ICR dan kelangsungan hidup pesakit.
Kesimpulan
Pendekatan multi-omics yang digunakan dalam kajian ini membolehkan pengesanan dan analisis menyeluruh terhadap tanda molekul tindak balas imun dalam kanser kolorektal dan mendedahkan interaksi antara mikrobiom dan sistem imun. Penjujukan TCR yang mendalam terhadap tumor dan tisu sihat mendedahkan bahawa kesan prognostik ICR mungkin disebabkan oleh keupayaannya untuk menangkap klon sel T yang diperkaya tumor dan mungkin juga klon sel T khusus antigen tumor.
Dengan menganalisis komposisi mikrobiom tumor menggunakan penjujukan gen 16S rRNA dalam sampel AC-ICAM, pasukan tersebut mengenal pasti tandatangan mikrobiom (skor risiko MBR) dengan nilai prognostik yang kuat. Walaupun tandatangan ini diperoleh daripada sampel tumor, terdapat korelasi yang kuat antara kolorektum yang sihat dan skor risiko MBR tumor, menunjukkan bahawa tandatangan ini mungkin menangkap komposisi mikrobiom usus pesakit. Dengan menggabungkan skor ICR dan MBR, adalah mungkin untuk mengenal pasti dan mengesahkan penanda bio pelajar multi-omik yang meramalkan kelangsungan hidup pesakit kanser kolon. Set data multi-omik kajian ini menyediakan sumber untuk lebih memahami biologi kanser kolon dan membantu menemui pendekatan terapeutik yang diperibadikan.
Masa siaran: 15 Jun 2023
Tetapan privasi