中文网站
Nat Med | Pendekatan multi-omics untuk memetakan lanskap tumor, kekebalan tubuh, dan mikroba terintegrasi dari kanker kolorektal mengungkapkan interaksi mikrobioma dengan sistem kekebalan tubuh
Meskipun biomarker untuk kanker usus besar primer telah dipelajari secara ekstensif dalam beberapa tahun terakhir, pedoman klinis saat ini hanya mengandalkan penentuan stadium tumor-kelenjar getah bening-metastasis dan deteksi cacat perbaikan ketidakcocokan DNA (MMR) atau ketidakstabilan mikrosatelit (MSI) (selain pengujian patologi standar). ) untuk menentukan rekomendasi pengobatan. Para peneliti telah mencatat kurangnya hubungan antara respons imun berbasis ekspresi gen, profil mikroba, dan stroma tumor dalam kohort kanker kolorektal Cancer Genome Atlas (TCGA) dan kelangsungan hidup pasien.
Seiring dengan kemajuan penelitian, karakteristik kuantitatif dari kanker kolorektal primer, termasuk sifat kanker seluler, imun, stroma, atau mikroba dari kanker, telah dilaporkan berkorelasi secara signifikan dengan hasil klinis, namun pemahaman tentang bagaimana interaksinya mempengaruhi hasil pasien masih terbatas. .
Untuk membedah hubungan antara kompleksitas fenotipik dan hasil, tim peneliti dari Sidra Institute of Medical Research di Qatar baru-baru ini mengembangkan dan memvalidasi skor terintegrasi (mICRoScore) yang mengidentifikasi sekelompok pasien dengan tingkat kelangsungan hidup yang baik dengan menggabungkan karakteristik mikrobioma dan penolakan kekebalan. konstanta (ICR). Tim melakukan analisis genom komprehensif terhadap sampel beku segar dari 348 pasien dengan kanker kolorektal primer, termasuk pengurutan RNA tumor dan jaringan kolorektal sehat yang cocok, pengurutan seluruh exome, reseptor sel T dalam dan pengurutan gen bakteri rRNA 16S, ditambah dengan seluruh tumor. sekuensing genom untuk lebih mengkarakterisasi mikrobioma. Studi ini dipublikasikan di Nature Medicine sebagai “Atlas tumor, kekebalan, dan mikrobioma terintegrasi dari kanker usus besar”.
Artikel diterbitkan di Nature Medicine
Ikhtisar AC-ICAM
Para peneliti menggunakan platform genom ortogonal untuk menganalisis sampel tumor beku segar dan mencocokkan jaringan usus besar sehat yang berdekatan (pasangan tumor-normal) dari pasien dengan diagnosis histologis kanker usus besar tanpa terapi sistemik. Berdasarkan pengurutan seluruh exome (WES), kontrol kualitas data RNA-seq, dan penyaringan kriteria inklusi, data genom dari 348 pasien dipertahankan dan digunakan untuk analisis hilir dengan median tindak lanjut 4,6 tahun. Tim peneliti menamai sumber daya ini Sidra-LUMC AC-ICAM: Peta dan panduan interaksi mikrobioma imun-kanker (Gambar 1).
Klasifikasi molekuler menggunakan ICR
Dengan menangkap seperangkat penanda genetik imun untuk pengawasan kekebalan kanker berkelanjutan, yang disebut konstanta penolakan imun (ICR), tim peneliti mengoptimalkan ICR dengan memadatkannya menjadi panel 20 gen yang mencakup berbagai jenis kanker, termasuk melanoma, kanker kandung kemih, dan kanker kandung kemih. kanker payudara. ICR juga dikaitkan dengan respons imunoterapi pada berbagai jenis kanker, termasuk kanker payudara.
Pertama, para peneliti memvalidasi tanda tangan ICR dari kohort AC-ICAM, menggunakan pendekatan koklasifikasi berbasis gen ICR untuk mengklasifikasikan kohort menjadi tiga kelompok/subtipe imun: ICR tinggi (tumor panas), ICR sedang, dan ICR rendah (tumor dingin). tumor) (Gambar 1b). Para peneliti mengkarakterisasi kecenderungan kekebalan yang terkait dengan konsensus subtipe molekuler (CMS), klasifikasi kanker usus besar berbasis transkriptome. kategori CMS termasuk CMS1/imun, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik dan CMS4/mesenkimal. Analisis menunjukkan bahwa skor ICR berkorelasi negatif dengan jalur sel kanker tertentu di semua subtipe CMS, dan korelasi positif dengan jalur imunosupresif dan terkait stroma hanya diamati pada tumor CMS4.
Di semua CMS, kelimpahan subset sel pembunuh alami (NK) dan sel T tertinggi pada subtipe imun tinggi ICR, dengan variabilitas lebih besar pada subset leukosit lainnya (Gambar 1c). Subtipe imun ICR memiliki OS dan PFS yang berbeda, dengan peningkatan progresif dalam ICR dari rendah ke tinggi (Gambar 1d), memvalidasi peran prognostik ICR pada kanker kolorektal.
Gambar 1. Desain penelitian AC-ICAM, tanda tangan gen terkait imun, subtipe imun dan molekuler, serta kelangsungan hidup.
ICR menangkap sel T yang diperkaya secara klon dan diperkaya tumor
Hanya sebagian kecil sel T yang menginfiltrasi jaringan tumor dilaporkan spesifik untuk antigen tumor (kurang dari 10%). Oleh karena itu, sebagian besar sel T intra-tumor disebut sebagai sel T pengamat (bystander T cell). Korelasi terkuat dengan jumlah sel T konvensional dengan TCR produktif diamati pada subpopulasi sel stroma dan leukosit (dideteksi oleh RNA-seq), yang dapat digunakan untuk memperkirakan subpopulasi sel T (Gambar 2a). Dalam kelompok ICR (klasifikasi keseluruhan dan CMS), klonalitas tertinggi dari TCR SEQ imun diamati pada kelompok CMS1/imun subtipe ICR-tinggi dan CMS (Gambar 2c), dengan proporsi tumor tinggi ICR tertinggi. Dengan menggunakan seluruh transkriptom (18.270 gen), enam gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, dan CXCL10) termasuk di antara sepuluh gen teratas yang terkait positif dengan klonalitas SEQ imun TCR (Gambar 2d). Klonalitas ImmunoSEQ TCR berkorelasi lebih kuat dengan sebagian besar gen ICR dibandingkan korelasi yang diamati menggunakan penanda CD8+ yang responsif terhadap tumor (Gambar 2f dan 2g). Kesimpulannya, analisis di atas menunjukkan bahwa tanda ICR menangkap keberadaan sel T yang diperkaya secara klonal dan diperkaya tumor dan dapat menjelaskan implikasi prognostiknya.
Gambar 2. Metrik TCR dan korelasinya dengan gen terkait imun, subtipe imun, dan molekuler.
Komposisi mikrobioma pada jaringan sehat dan kanker usus besar
Para peneliti melakukan pengurutan 16S rRNA menggunakan DNA yang diekstraksi dari tumor yang cocok dan jaringan usus besar yang sehat dari 246 pasien (Gambar 3a). Untuk validasi, para peneliti juga menganalisis data sekuensing gen 16S rRNA dari 42 sampel tumor tambahan yang tidak cocok dengan DNA normal yang tersedia untuk dianalisis. Pertama, para peneliti membandingkan kelimpahan relatif flora antara tumor yang cocok dan jaringan usus besar yang sehat. Clostridium perfringens meningkat secara signifikan pada tumor dibandingkan dengan sampel sehat (Gambar 3a-3d). Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam keanekaragaman alfa (keanekaragaman dan kelimpahan spesies dalam satu sampel) antara tumor dan sampel sehat, dan sedikit penurunan keanekaragaman mikroba diamati pada tumor dengan ICR tinggi dibandingkan dengan tumor dengan ICR rendah.
Untuk mendeteksi hubungan yang relevan secara klinis antara profil mikroba dan hasil klinis, para peneliti bertujuan untuk menggunakan data pengurutan gen 16S rRNA untuk mengidentifikasi fitur mikrobioma yang memprediksi kelangsungan hidup. Di AC-ICAM246, para peneliti menjalankan model regresi OS Cox yang memilih 41 fitur dengan koefisien bukan nol (terkait dengan risiko kematian diferensial), yang disebut pengklasifikasi MBR (Gambar 3f).
Dalam kelompok pelatihan ini (ICAM246), skor MBR yang rendah (MBR<0, MBR rendah) dikaitkan dengan risiko kematian yang jauh lebih rendah (85%). Para peneliti mengkonfirmasi hubungan antara MBR (risiko) rendah dan OS yang berkepanjangan dalam dua kelompok yang divalidasi secara independen (ICAM42 dan TCGA-COAD). (Gambar 3) Penelitian ini menunjukkan korelasi yang kuat antara kokus endogastrik dan skor MBR, yang serupa pada tumor dan jaringan usus besar yang sehat.
Gambar 3. Mikrobioma pada tumor dan jaringan sehat serta hubungannya dengan ICR dan kelangsungan hidup pasien.
Kesimpulan
Pendekatan multi-omics yang digunakan dalam penelitian ini memungkinkan deteksi dan analisis menyeluruh terhadap tanda molekuler dari respons imun pada kanker kolorektal dan mengungkap interaksi antara mikrobioma dan sistem kekebalan. Urutan TCR yang mendalam pada tumor dan jaringan sehat mengungkapkan bahwa efek prognostik ICR mungkin disebabkan oleh kemampuannya menangkap klon sel T yang diperkaya tumor dan mungkin spesifik antigen tumor.
Dengan menganalisis komposisi mikrobioma tumor menggunakan pengurutan gen 16S rRNA dalam sampel AC-ICAM, tim mengidentifikasi tanda mikrobioma (skor risiko MBR) dengan nilai prognostik yang kuat. Meskipun tanda ini berasal dari sampel tumor, terdapat korelasi yang kuat antara kolorektum yang sehat dan skor risiko MBR tumor, yang menunjukkan bahwa tanda ini dapat menangkap komposisi mikrobioma usus pasien. Dengan menggabungkan skor ICR dan MBR, dimungkinkan untuk mengidentifikasi dan memvalidasi biomarker siswa multi-omik yang memprediksi kelangsungan hidup pasien kanker usus besar. Kumpulan data multi-omik penelitian ini menyediakan sumber daya untuk lebih memahami biologi kanker usus besar dan membantu menemukan pendekatan terapi yang dipersonalisasi.
Waktu posting: 15 Juni 2023
Pengaturan privasi