中文网站
Nat Med | Μια multi-omics προσέγγιση για τη χαρτογράφηση του ολοκληρωμένου όγκου, ανοσοποιητικού και μικροβιακού τοπίου του καρκίνου του παχέος εντέρου αποκαλύπτει την αλληλεπίδραση του μικροβιώματος με το ανοσοποιητικό σύστημα
Αν και οι βιοδείκτες για τον πρωτοπαθή καρκίνο του παχέος εντέρου έχουν μελετηθεί εκτενώς τα τελευταία χρόνια, οι τρέχουσες κλινικές οδηγίες βασίζονται μόνο στη σταδιοποίηση μετάστασης όγκου-λεμφαδένα και στην ανίχνευση ελαττωμάτων επιδιόρθωσης ασυμφωνίας DNA (MMR) ή μικροδορυφορικής αστάθειας (MSI) (επιπλέον των τυπικών παθολογικών εξετάσεων ) για τον καθορισμό των συστάσεων θεραπείας. Οι ερευνητές έχουν σημειώσει έλλειψη συσχέτισης μεταξύ των ανοσοαποκρίσεων που βασίζονται σε γονιδιακή έκφραση, των μικροβιακών προφίλ και του στρώματος του όγκου στην κοόρτη του καρκίνου του παχέος εντέρου στον Άτλαντα Γονιδιώματος του Καρκίνου (TCGA) και της επιβίωσης των ασθενών.
Καθώς η έρευνα έχει προχωρήσει, τα ποσοτικά χαρακτηριστικά του πρωτοπαθούς καρκίνου του παχέος εντέρου, συμπεριλαμβανομένης της καρκινικής κυτταρικής, ανοσολογικής, στρωματικής ή μικροβιακής φύσης του καρκίνου, έχουν αναφερθεί ότι συσχετίζονται σημαντικά με τα κλινικά αποτελέσματα, αλλά εξακολουθεί να υπάρχει περιορισμένη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι αλληλεπιδράσεις τους επηρεάζουν τα αποτελέσματα των ασθενών. .
Για να αναλύσει τη σχέση μεταξύ της φαινοτυπικής πολυπλοκότητας και του αποτελέσματος, μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας Sidra στο Κατάρ ανέπτυξε πρόσφατα και επικύρωσε μια ολοκληρωμένη βαθμολογία (mICRoScore) που προσδιορίζει μια ομάδα ασθενών με καλά ποσοστά επιβίωσης συνδυάζοντας χαρακτηριστικά μικροβιώματος και ανοσοαπόρριψη σταθερές (ICR). Η ομάδα πραγματοποίησε μια ολοκληρωμένη γονιδιωματική ανάλυση φρέσκων κατεψυγμένων δειγμάτων από 348 ασθενείς με πρωτοπαθή καρκίνο του παχέος εντέρου, συμπεριλαμβανομένης της αλληλουχίας RNA των όγκων και του ταιριαστού υγιούς ορθοκολικού ιστού, της αλληλουχίας ολόκληρου του εξωμίου, του εν τω βάθει υποδοχέα Τ-κυττάρων και της αλληλουχίας του βακτηριακού γονιδίου rRNA 16S, συμπληρωμένη από ολόκληρο τον όγκο αλληλουχία γονιδιώματος για περαιτέρω χαρακτηρισμό του μικροβιώματος. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Medicine ως «Ένας ολοκληρωμένος όγκος, ανοσολογικός και μικροβιωματικός άτλας του καρκίνου του παχέος εντέρου».
Άρθρο που δημοσιεύτηκε στο Nature Medicine
Επισκόπηση AC-ICAM
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια ορθογώνια γονιδιωματική πλατφόρμα για να αναλύσουν φρέσκα κατεψυγμένα δείγματα όγκου και ταίριαξαν παρακείμενο υγιή ιστό του παχέος εντέρου (ζεύγη φυσιολογικού όγκου) από ασθενείς με ιστολογική διάγνωση καρκίνου του παχέος εντέρου χωρίς συστηματική θεραπεία. Με βάση την αλληλουχία ολικής εξωμής (WES), τον ποιοτικό έλεγχο δεδομένων RNA-seq και τη διαλογή κριτηρίων ένταξης, τα γονιδιωματικά δεδομένα από 348 ασθενείς διατηρήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για ανάλυση κατάντη με διάμεση παρακολούθηση 4,6 ετών. Η ερευνητική ομάδα ονόμασε αυτόν τον πόρο Sidra-LUMC AC-ICAM: Ένας χάρτης και οδηγός για τις αλληλεπιδράσεις του ανοσοποιητικού καρκίνου και του μικροβιώματος (Εικόνα 1).
Μοριακή ταξινόμηση με χρήση ICR
Καταγράφοντας ένα αρθρωτό σύνολο ανοσογονικών δεικτών για συνεχή ανοσοεπιτήρηση του καρκίνου, που ονομάζεται σταθερά του ανοσοποιητικού απόρριψης (ICR), η ερευνητική ομάδα βελτιστοποίησε το ICR συμπυκνώνοντάς το σε ένα πάνελ 20 γονιδίων που καλύπτει διαφορετικούς τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένου του μελανώματος, του καρκίνου της ουροδόχου κύστης και καρκίνο του μαστού. Το ICR έχει επίσης συσχετιστεί με την απόκριση ανοσοθεραπείας σε διάφορους τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του μαστού.
Πρώτον, οι ερευνητές επικύρωσαν την υπογραφή ICR της κοόρτης AC-ICAM, χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση συνταξινόμησης βάσει γονιδίων ICR για να ταξινομήσει την κοόρτη σε τρεις ομάδες/ανοσοποιητικούς υποτύπους: υψηλό ICR (θερμοί όγκοι), μεσαίο ICR και χαμηλό ICR (κρύο όγκοι) (Εικόνα 1β). Οι ερευνητές χαρακτήρισαν την ανοσολογική τάση που σχετίζεται με τους συναινετικούς μοριακούς υποτύπους (CMS), μια ταξινόμηση του καρκίνου του παχέος εντέρου που βασίζεται σε μεταγραφήματα. Οι κατηγορίες CMS περιελάμβαναν CMS1/άνοσο, CMS2/κανονικό, CMS3/μεταβολικό και CMS4/μεσεγχυματικό. Η ανάλυση έδειξε ότι οι βαθμολογίες ICR συσχετίστηκαν αρνητικά με ορισμένες οδούς καρκινικών κυττάρων σε όλους τους υποτύπους CMS και θετικές συσχετίσεις με ανοσοκατασταλτικές και σχετιζόμενες με το στρωματικό μονοπάτια παρατηρήθηκαν μόνο σε όγκους CMS4.
Σε όλα τα CMS, η αφθονία των υποκατηγοριών κυττάρων φυσικού φονέα (NK) και Τ κυττάρων ήταν υψηλότερη σε υποτύπους με υψηλή ανοσία ICR, με μεγαλύτερη μεταβλητότητα σε άλλα υποσύνολα λευκοκυττάρων (Εικόνα 1γ). Οι ανοσοποιητικοί υποτύποι ICR είχαν διαφορετικό OS και PFS, με προοδευτική αύξηση στην ICR από χαμηλή σε υψηλή (Εικόνα 1δ), επικυρώνοντας τον προγνωστικό ρόλο της ICR στον καρκίνο του παχέος εντέρου.
Σχήμα 1. Σχεδιασμός μελέτης AC-ICAM, υπογραφή γονιδίου που σχετίζεται με το ανοσοποιητικό, ανοσοποιητικοί και μοριακοί υπότυποι και επιβίωση.
Το ICR συλλαμβάνει εμπλουτισμένα με όγκο, κλωνικά ενισχυμένα Τ κύτταρα
Μόνο μια μειοψηφία Τ-λεμφοκυττάρων που διεισδύουν στον ιστό όγκου έχει αναφερθεί ότι είναι ειδικά για τα αντιγόνα όγκου (λιγότερο από 10%). Ως εκ τούτου, η πλειονότητα των ενδοκαρκινικών Τ-λεμφοκυττάρων αναφέρονται ως παρευρισκόμενα Τ-κύτταρα (παρευρισκόμενα Τ κύτταρα). Η ισχυρότερη συσχέτιση με τον αριθμό των συμβατικών Τ-λεμφοκυττάρων με παραγωγικούς TCRs παρατηρήθηκε σε υποπληθυσμούς στρωματικών κυττάρων και λευκοκυττάρων (που ανιχνεύονται από RNA-seq), που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των υποπληθυσμών των Τ κυττάρων (Εικόνα 2α). Στις συστάδες ICR (συνολική ταξινόμηση και ταξινόμηση CMS), η υψηλότερη κλωνικότητα των ανοσολογικών SEQ TCR παρατηρήθηκε στις ομάδες CMS1/ανοσίας με υψηλό ICR και CMS (Εικόνα 2c), με το υψηλότερο ποσοστό όγκων με υψηλό ICR. Χρησιμοποιώντας ολόκληρο το μεταγραφόμα (18.270 γονίδια), έξι γονίδια ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA και CXCL10) ήταν μεταξύ των δέκα κορυφαίων γονιδίων που συσχετίστηκαν θετικά με την κλωνικότητα του ανοσοποιητικού SEQ TCR (Εικόνα 2δ). Η κλωνικότητα ImmunoSEQ TCR συσχετίστηκε ισχυρότερα με τα περισσότερα γονίδια ICR από ό,τι οι συσχετισμοί που παρατηρήθηκαν χρησιμοποιώντας δείκτες CD8+ που αποκρίνονται σε όγκο (Εικόνα 2f και 2g). Συμπερασματικά, η παραπάνω ανάλυση υποδηλώνει ότι η υπογραφή ICR καταγράφει την παρουσία εμπλουτισμένων με όγκο, κλωνικά ενισχυμένων Τ κυττάρων και μπορεί να εξηγήσει τις προγνωστικές της επιπτώσεις.
Εικόνα 2. Μετρήσεις TCR και συσχέτιση με γονίδια που σχετίζονται με το ανοσοποιητικό, ανοσολογικούς και μοριακούς υποτύπους.
Σύνθεση μικροβιώματος σε υγιείς ιστούς καρκίνου και παχέος εντέρου
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν αλληλουχία 16S rRNA χρησιμοποιώντας DNA που εξήχθη από αντίστοιχο όγκο και υγιή ιστό παχέος εντέρου από 246 ασθενείς (Εικόνα 3α). Για επικύρωση, οι ερευνητές ανέλυσαν επιπλέον δεδομένα αλληλουχίας γονιδίου 16S rRNA από επιπλέον 42 δείγματα όγκου που δεν είχαν ταιριαστό φυσιολογικό DNA διαθέσιμο για ανάλυση. Πρώτον, οι ερευνητές συνέκριναν τη σχετική αφθονία της χλωρίδας μεταξύ ταιριασμένων όγκων και υγιούς ιστού του παχέος εντέρου. Το Clostridium perfringens ήταν σημαντικά αυξημένο στους όγκους σε σύγκριση με τα υγιή δείγματα (Εικόνα 3α-3δ). Δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στην ποικιλότητα άλφα (ποικιλομορφία και αφθονία ειδών σε ένα μόνο δείγμα) μεταξύ όγκου και υγιών δειγμάτων και παρατηρήθηκε μέτρια μείωση της μικροβιακής ποικιλότητας σε όγκους με υψηλό ICR σε σχέση με όγκους με χαμηλό ICR.
Για να ανιχνεύσουν κλινικά σχετικές συσχετίσεις μεταξύ των μικροβιακών προφίλ και των κλινικών αποτελεσμάτων, οι ερευνητές στόχευσαν να χρησιμοποιήσουν δεδομένα αλληλουχίας γονιδίου 16S rRNA για να εντοπίσουν χαρακτηριστικά μικροβιώματος που προβλέπουν την επιβίωση. Στο AC-ICAM246, οι ερευνητές έτρεξαν ένα μοντέλο παλινδρόμησης OS Cox που επέλεξε 41 χαρακτηριστικά με μη μηδενικούς συντελεστές (που σχετίζονται με διαφορικό κίνδυνο θνησιμότητας), που ονομάζονται ταξινομητές MBR (Εικόνα 3στ).
Σε αυτήν την εκπαιδευτική ομάδα (ICAM246), μια χαμηλή βαθμολογία MBR (MBR<0, χαμηλό MBR) συσχετίστηκε με σημαντικά χαμηλότερο κίνδυνο θανάτου (85%). Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν τη συσχέτιση μεταξύ χαμηλού MBR (κίνδυνος) και παρατεταμένου OS σε δύο ανεξάρτητα επικυρωμένες κοόρτες (ICAM42 και TCGA-COAD). (Εικόνα 3) Η μελέτη έδειξε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των βαθμολογιών ενδογαστρικών κόκκων και MBR, οι οποίες ήταν παρόμοιες στον όγκο και στον υγιή ιστό του παχέος εντέρου.
Εικόνα 3. Μικρόβιωμα σε όγκους και υγιείς ιστούς και η σχέση με την ICR και την επιβίωση του ασθενούς.
Σύναψη
Η προσέγγιση multi-omics που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη επιτρέπει την ενδελεχή ανίχνευση και ανάλυση της μοριακής υπογραφής της ανοσολογικής απόκρισης στον καρκίνο του παχέος εντέρου και αποκαλύπτει την αλληλεπίδραση μεταξύ του μικροβιώματος και του ανοσοποιητικού συστήματος. Ο βαθύς προσδιορισμός αλληλουχίας TCR όγκου και υγιών ιστών αποκάλυψε ότι η προγνωστική επίδραση του ICR μπορεί να οφείλεται στην ικανότητά του να συλλαμβάνει κλώνους Τ-λεμφοκυττάρων εμπλουτισμένους με όγκο και πιθανώς ειδικούς για αντιγόνο όγκου.
Αναλύοντας τη σύνθεση του μικροβιώματος του όγκου χρησιμοποιώντας την αλληλουχία του γονιδίου 16S rRNA σε δείγματα AC-ICAM, η ομάδα αναγνώρισε μια υπογραφή μικροβιώματος (βαθμολογία κινδύνου MBR) με ισχυρή προγνωστική αξία. Αν και αυτή η υπογραφή προήλθε από δείγματα όγκου, υπήρχε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του υγιούς παχέος εντέρου και της βαθμολογίας κινδύνου MBR όγκου, υποδηλώνοντας ότι αυτή η υπογραφή μπορεί να καταγράψει τη σύνθεση του μικροβιώματος του εντέρου των ασθενών. Συνδυάζοντας τις βαθμολογίες ICR και MBR, κατέστη δυνατός ο εντοπισμός και η επικύρωση ενός βιοδείκτη πολλαπλών ομικών σπουδαστών που προβλέπει την επιβίωση σε ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου. Το πολυ-ομικό σύνολο δεδομένων της μελέτης παρέχει έναν πόρο για την καλύτερη κατανόηση της βιολογίας του καρκίνου του παχέος εντέρου και για να βοηθήσει στην ανακάλυψη εξατομικευμένων θεραπευτικών προσεγγίσεων.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-15-2023
Ρυθμίσεις απορρήτου