Nat Med | Μια προσέγγιση πολλαπλών ομών για τη χαρτογράφηση του ολοκληρωμένου όγκου

Nat Med | Μια προσέγγιση πολλαπλών ομών για τη χαρτογράφηση του ολοκληρωμένου όγκου, του ανοσοποιητικού και μικροβιακού τοπίου του καρκίνου του παχέος εντέρου αποκαλύπτει την αλληλεπίδραση του μικροβίου με το ανοσοποιητικό σύστημα
Παρόλο που οι βιοδείκτες για τον πρωτογενή καρκίνο του παχέος εντέρου έχουν μελετηθεί εκτενώς τα τελευταία χρόνια, οι τρέχουσες κλινικές κατευθυντήριες γραμμές βασίζονται μόνο στη σταδιοποίηση του όγκου-λυσσητικού κόμβου και στην ανίχνευση των ελαττωμάτων επιδιόρθωσης DNA (MMR) ή στην αστάθεια των μικροδορυφορικών (MSI) (εκτός από τις συνήθεις δοκιμές παθολογίας) για τον προσδιορισμό των συστάσεων θεραπείας. Οι ερευνητές σημείωσαν έλλειψη συσχέτισης μεταξύ ανοσοαποκρίσεων με βάση την έκφραση γονιδίων, μικροβιακών προφίλ και στρώματος όγκου στον καρκίνο του καρκίνου του γονιδιώματος (TCGA) του καρκίνου του παχέος εντέρου και της επιβίωσης των ασθενών.

Καθώς η έρευνα έχει προχωρήσει, τα ποσοτικά χαρακτηριστικά του πρωτογενούς καρκίνου του παχέος εντέρου, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου κυτταρικού, ανοσολογικού, στρωματικού 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 φαινοτυπικής πολυπλοκότητας και έκβασης, μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας της SIDRA στο Κατάρ ανέπτυξε πρόσφατα και επικυρώνει ένα ολοκληρωμένο σκορ (μικροσκοπικό) που προσδιορίζει μια ομάδα ασθενών με καλές ποσοστές επιβίωσης συνδυάζοντας τα χαρακτηριστικά μικροβιακού και τις σταθερές ανοσοποιητικής απόρριψης (ICR). Η ομάδα πραγματοποίησε μια περιεκτική γονιδιωματική ανάλυση των φρέσκων κατεψυγμένων δειγμάτων από 348 ασθενείς με πρωτογενή καρκίνο του παχέος εντέρου, συμπεριλαμβανομένης της αλληλουχίας RNA των όγκων και της αντιστοίχισης υγιούς του χλοο. Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Nature Medicine ως "ολοκληρωμένος όγκος, ανοσοποιητικός και μικροβιακός άτλας του καρκίνου του παχέος εντέρου".

Άρθρο που δημοσιεύθηκε στο Nature Medicine

Επισκόπηση AC-ICAM

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια ορθογώνια γονιδιωματική πλατφόρμα για να αναλύσουν φρέσκα δείγματα κατεψυγμένων όγκων και να ταιριάζουν με γειτονικό υγιή ιστό του παχέος εντέρου (ζεύγη όγκου-κανονικών) από ασθενείς με ιστολογική διάγνωση καρκίνου του παχέος εντέρου χωρίς συστηματική θεραπεία. Με βάση την αλληλουχία ολόκληρου-εξωτερικού (WES), τον έλεγχο της ποιότητας των δεδομένων RNA-Seq και την εξέταση των κριτηρίων συμπερίληψης, τα γονιδιωματικά δεδομένα από 348 ασθενείς διατηρήθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν για την κατάντη ανάλυση με διάμεση παρακολούθηση 4,6 ετών. Η ερευνητική ομάδα ονόμασε αυτόν τον πόρο SIDRA-LUMC AC-ICAM: έναν χάρτη και έναν οδηγό για τις αλληλεπιδράσεις ανοσο-καρκίνου-μικροβιακής (Εικόνα 1).

Μοριακή ταξινόμηση χρησιμοποιώντας το ICR

Καταγράφοντας ένα αρθρωτό σύνολο ανοσοποιητικών γενετικών δεικτών για τη συνεχή ανοσοσυμπονία του καρκίνου, που ονομάζεται ανοσολογική σταθερά της απόρριψης (ICR), η ερευνητική ομάδα βελτιστοποίησε το ICR με τη συμπύκνωσή του σε ένα πάνελ 20 γονιδίων που καλύπτει διαφορετικούς τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένου του μελανώματος, του καρκίνου της ουροδόχου κύστης και του καρκίνου του μαστού. Το ICR έχει επίσης συσχετιστεί με ανταπόκριση ανοσοθεραπείας σε διάφορους τύπους καρκίνου, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου του μαστού.

Πρώτον, οι ερευνητές επικύρωσαν την υπογραφή ICR της ομάδας AC-ICAM, χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση συν-ταξινόμησης που βασίζεται σε γονίδια ICR για την ταξινόμηση της ομάδας σε τρεις συστάδες/ανοσοποιητικούς υποτύπους: υψηλή ICR (θερμά όγκοι), μέτρια ICR και χαμηλή ICR (ψυχρές όγκοι) (Σχήμα 1Β). Οι ερευνητές χαρακτήρισαν την ανοσολογική τάση που σχετίζεται με τη συναίνεση των μοριακών υποτύπων (CMS), μια ταξινόμηση του καρκίνου του παχέος εντέρου με βάση το μεταγραφικό. Οι κατηγορίες CMS περιελάμβαναν CMS1/ανοσοποιητικό, 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 οι θετικοί συσχετισμοί με ανοσοκατασταλτικές και στρωματικές οδούς παρατηρήθηκαν μόνο σε όγκους CMS4.

Σε όλα τα CMS, η αφθονία των υποομάδων κυττάρων φυσικού φονίου (NK) και Τ κυττάρων ήταν υψηλότερη σε υψηλού ανοσοποιητικού υποτύπου ICR, με μεγαλύτερη μεταβλητότητα σε άλλα υποσύνολα λευκοκυττάρων (Εικόνα 1C).

Εικόνα 1. Σχεδιασμός μελέτης AC-ICAM, υπογραφή γονιδίου που σχετίζεται με ανοσοποιητικό, ανοσοποιητικό και μοριακό υποτύποι και επιβίωση.
Το ICR καταγράφει εμπλουτισμένα με όγκο, ενισχυμένα με κλωνικά Τ κύτταρα
Μόνο μια μειοψηφία Τ κυττάρων που διεισδύουν στον ιστό όγκου έχει αναφερθεί ότι είναι ειδική για αντιγόνα όγκου (λιγότερο από 10%). Επομένως, η πλειοψηφία των Τ κυττάρων ενδοεπικοινωνιών αναφέρονται ως κύτταρα Τ των Τ (παρευρισκομένων Τ κύτταρα). Η ισχυρότερη συσχέτιση με τον αριθμό των συμβατικών Τ κυττάρων με παραγωγικά TCRs παρατηρήθηκε σε υποπληθυσμούς στρωματικών κυττάρων και λευκοκυττάρων (που ανιχνεύονται από RNA-Seq), τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εκτίμηση των υποπληθυσμών Τ κυττάρων (Εικόνα 2Α). Στις συστάδες ICR (συνολική ταξινόμηση και ταξινόμηση CMS), παρατηρήθηκε η υψηλότερη κλωνικότητα των ανοσοποιητικών SEQ TCRs στις ομάδες CMS1/ανοσοποιητικών ομάδων CMS (Εικόνα 2C) με το υψηλότερο ποσοστό των όγκων υψηλού ICR. Χρησιμοποιώντας ολόκληρο το μεταγραφικό στοιχείο (18.270 γονίδια), έξι γονίδια ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA και CXCL10) ήταν μεταξύ των δέκα πρώτων γονιδίων που σχετίζονται θετικά με την κλωνότητα TCR ανοσοποιητικού SEQ (Εικόνα 2D). Η κλωνικότητα Immunoseq TCR συσχετίστηκε πιο έντονα με τα περισσότερα γονίδια ICR από ό, τι οι συσχετισμοί που παρατηρήθηκαν χρησιμοποιώντας δείκτες CD8+ που ανταποκρίνονται στο όγκο (Εικόνα 2F και 2G). Συμπερασματικά, η παραπάνω ανάλυση υποδηλώνει ότι η υπογραφή ICR καταγράφει την παρουσία εμπλουτισμένων με όγκο, ενισχυμένα με κλασικά Τ κύτταρα και μπορεί να εξηγήσει τις προγνωστικές επιπτώσεις της.

Εικόνα 2. Μετρήσεις TCR και συσχέτιση με γονίδια που σχετίζονται με το ανοσοποιητικό, ανοσοποιητικοί και μοριακοί υποτύποι.
Σύνθεση μικροβίων σε υγιείς και καρκίνους καρκίνου του παχέος εντέρου
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν αλληλουχία 16S rRNA χρησιμοποιώντας DNA που εξάγεται από αντιστοιχισμένο όγκο και υγιή ιστό παχέος εντέρου από 246 ασθενείς (Σχήμα 3Α). Για την επικύρωση, οι ερευνητές ανέλυσαν επιπλέον δεδομένα αλληλουχίας γονιδίου 16S rRNA από επιπλέον 42 δείγματα όγκου που δεν είχαν αντιστοιχίσει το κανονικό DNA διαθέσιμο για ανάλυση. Πρώτον, οι ερευνητές συνέκριναν τη σχετική αφθονία της χλωρίδας μεταξύ των αντιστοιχισμένων όγκων και του υγιούς ιστού του παχέος εντέρου. Το Clostridium perfringens αυξήθηκε σημαντικά στους όγκους σε σύγκριση με τα υγιή δείγματα (Σχήμα 3ΑΑ 3D). Δεν υπήρχε σημαντική διαφορά στην ποικιλομορφία άλφα (ποικιλομορφία και αφθονία ειδών σε ένα μόνο δείγμα) μεταξύ όγκου και υγιεινών δειγμάτων και παρατηρήθηκε μέτρια μείωση της μικροβιακής ποικιλομορφίας σε όγκους υψηλού ICR σε σχέση με τους όγκους LOW ICR.
Για την ανίχνευση κλινικά σχετικών συσχετίσεων μεταξύ των μικροβιακών προφίλ και των κλινικών αποτελεσμάτων, οι ερευνητές αποσκοπούσαν στη χρήση δεδομένων αλληλουχίας γονιδίου 16S rRNA για τον εντοπισμό χαρακτηριστικών 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 τον κίνδυνο διαφορικής θνησιμότητας), που ονομάζονται ταξινομητές MBR (Εικόνα 3f).
Σε αυτή την ομάδα εκπαίδευσης (ICAM246), μια χαμηλή βαθμολογία MBR (MBR <0, χαμηλή MBR) συσχετίστηκε με σημαντικά χαμηλότερο κίνδυνο θανάτου (85%). Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν τη συσχέτιση μεταξύ χαμηλού MBR (κινδύνου) και παρατεταμένου λειτουργικού συστήματος σε δύο ανεξάρτητες επικυρωμένες ομάδες (ICAM42 και TCGA φορτίο). (Εικόνα 3) Η μελέτη έδειξε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ των ενδογαστρικών Cocci και MBR βαθμολογιών, οι οποίες ήταν παρόμοιες στον όγκο και στον υγιή ιστό του παχέος εντέρου.

Εικόνα 3. Μικροβιοκτόνο στον όγκο και στους υγιείς ιστούς και στη σχέση με την ICR και την επιβίωση των ασθενών.
Σύναψη
Η προσέγγιση πολλαπλών ομάδων που χρησιμοποιείται σε αυτή τη μελέτη επιτρέπει την εμπεριστατωμένη ανίχνευση και ανάλυση της μοριακής υπογραφής της ανοσοαπόκρισης στον καρκίνο του παχέος εντέρου και αποκαλύπτει την αλληλεπίδραση μεταξύ του μικροβίου και του ανοσοποιητικού συστήματος. Η βαθιά αλληλουχία TCR του όγκου και των υγιεινών ιστών αποκάλυψε ότι η προγνωστική επίδραση της ICR μπορεί να οφείλεται στην ικανότητά του να συλλαμβάνει εμπλουτισμένους με όγκους και ενδεχομένως ειδικούς κλώνους Τ κυττάρων.

Με την ανάλυση της σύνθεσης μικροβιώματος όγκου χρησιμοποιώντας την αλληλουχία γονιδίου 16S rRNA σε δείγματα AC-ICAM, η ομάδα αναγνώρισε μια υπογραφή μικροβιακού (βαθμολογία κινδύνου MBR) με ισχυρή προγνωστική αξία. Παρόλο που αυτή η υπογραφή προέρχεται από δείγματα όγκου, υπήρξε ισχυρή συσχέτιση μεταξύ του υγιούς ορθού και της βαθμολογίας κινδύνου MBR όγκου, υποδηλώνοντας ότι αυτή η υπογραφή μπορεί να συλλάβει τη σύνθεση μικροβιακών ασθενών του εντέρου. Συνδυάζοντας τις βαθμολογίες ICR και MBR, ήταν δυνατόν να εντοπιστεί και να επικυρωθεί ένας βιολογικός φοιτητής πολλαπλών ομώνυμων που προβλέπει την επιβίωση σε ασθενείς με καρκίνο του παχέος εντέρου. Το πολυεπίπεδο σύνολο δεδομένων της μελέτης παρέχει έναν πόρο για την καλύτερη κατανόηση της βιολογίας του καρκίνου του παχέος εντέρου και βοηθά στην ανακάλυψη εξατομικευμένων θεραπευτικών προσεγγίσεων.

Αναφορά:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei et αϊ. Ένας ολοκληρωμένος όγκος, ανοσοποιητικός και μικροβιακός άτλας του καρκίνου του παχέος εντέρου. Nat Med 29, 1273-1286 (2023).