中文网站
Nat Med | Pendekatan multi-omik untuk memetakan lanskap tumor, imun, dan mikroba terintegrasi dari kanker kolorektal mengungkapkan interaksi mikrobioma dengan sistem imun
Meskipun biomarker untuk kanker kolon primer telah dipelajari secara ekstensif dalam beberapa tahun terakhir, pedoman klinis saat ini hanya bergantung pada penentuan stadium tumor-kelenjar getah bening-metastasis dan deteksi defek perbaikan ketidakcocokan DNA (MMR) atau ketidakstabilan mikrosatelit (MSI) (di samping tes 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 kanker kolorektal primer, termasuk sifat sel kanker, imun, stroma, atau mikroba dari kanker, telah dilaporkan berkorelasi secara signifikan dengan hasil klinis, tetapi masih ada pemahaman terbatas tentang bagaimana interaksinya memengaruhi hasil pasien.
Untuk membedah hubungan antara kompleksitas fenotipik dan luaran, 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 konstanta penolakan imun (ICR). Tim ini melakukan analisis genomik komprehensif terhadap sampel beku segar dari 348 pasien kanker kolorektal primer, termasuk pengurutan RNA tumor dan jaringan kolorektal sehat yang cocok, pengurutan eksom utuh, reseptor sel T dalam, dan pengurutan gen rRNA bakteri 16S, yang dilengkapi dengan pengurutan genom tumor utuh untuk mengkarakterisasi mikrobioma lebih lanjut. Studi ini dipublikasikan di Nature Medicine dengan judul "Atlas tumor, imun, dan mikrobioma terpadu kanker usus besar".
Artikel yang diterbitkan di Nature Medicine
Ikhtisar AC-ICAM
Para peneliti menggunakan platform genomik 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 eksom utuh (WES), kontrol kualitas data RNA-seq, dan skrining kriteria inklusi, data genomik dari 348 pasien disimpan 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 imun-kanker-mikrobioma (Gambar 1).
Klasifikasi molekuler menggunakan ICR
Dengan menangkap serangkaian penanda genetik imun modular untuk imunosurveilans 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 payudara. ICR juga telah 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 klaster/subtipe imun: ICR tinggi (tumor panas), ICR sedang, dan ICR rendah (tumor dingin) (Gambar 1b). Para peneliti mengkarakterisasi kecenderungan imun yang terkait dengan subtipe molekuler konsensus (CMS), sebuah klasifikasi kanker kolon berbasis transkriptom. Kategori CMS meliputi CMS1/imun, CMS2/kanonik, CMS3/metabolik, dan CMS4/mesenkimal. Analisis menunjukkan bahwa skor ICR berkorelasi negatif dengan jalur sel kanker tertentu pada semua subtipe CMS, dan korelasi positif dengan jalur imunosupresif dan terkait stroma hanya diamati pada tumor CMS4.
Pada semua CMS, kelimpahan sel pembunuh alami (NK) dan subset sel T paling tinggi 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 pada ICR dari rendah ke tinggi (Gambar 1d), yang memvalidasi peran prognostik ICR pada kanker kolorektal.
Gambar 1. Desain studi AC-ICAM, tanda gen terkait imun, subtipe imun dan molekuler, serta kelangsungan hidup.
ICR menangkap sel T yang diperkaya tumor dan diperkuat secara klonal
Hanya sebagian kecil sel T yang menginfiltrasi jaringan tumor yang dilaporkan spesifik terhadap antigen tumor (kurang dari 10%). Oleh karena itu, mayoritas sel T intra-tumor disebut sebagai sel T bystander (sel T bystander). 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). Pada klaster ICR (klasifikasi keseluruhan dan CMS), klonalitas TCR SEQ imun tertinggi diamati pada kelompok ICR-tinggi dan subtipe CMS CMS1/imun (Gambar 2c), dengan proporsi tumor ICR-tinggi tertinggi. Menggunakan seluruh transkriptom (18.270 gen), enam gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, dan CXCL10) termasuk di antara sepuluh gen teratas yang berasosiasi positif dengan klonalitas TCR immunoSEQ (Gambar 2d). Klonalitas TCR immunoSEQ berkorelasi lebih kuat dengan sebagian besar gen ICR dibandingkan korelasi yang diamati menggunakan penanda CD8+ responsif tumor (Gambar 2f dan 2g). Kesimpulannya, analisis di atas menunjukkan bahwa tanda tangan ICR menangkap keberadaan sel T yang diperkaya tumor dan teramplifikasi secara klonal, dan dapat menjelaskan implikasi prognostiknya.
Gambar 2. Metrik TCR dan korelasi dengan gen terkait imun, subtipe imun dan molekuler.
Komposisi mikrobioma pada jaringan sehat dan kanker usus besar
Para peneliti melakukan sekuensing 16S rRNA menggunakan DNA yang diekstraksi dari tumor yang cocok dan jaringan usus besar sehat dari 246 pasien (Gambar 3a). Untuk validasi, para peneliti juga menganalisis data sekuensing gen 16S rRNA dari 42 sampel tumor tambahan yang tidak memiliki DNA normal yang cocok yang tersedia untuk analisis. Pertama, para peneliti membandingkan kelimpahan relatif flora antara tumor yang cocok dan jaringan usus besar sehat. Clostridium perfringens meningkat secara signifikan pada tumor dibandingkan dengan sampel sehat (Gambar 3a-3d). Tidak terdapat perbedaan yang signifikan dalam keragaman alfa (keanekaragaman dan kelimpahan spesies dalam satu sampel) antara tumor dan sampel sehat, dan penurunan yang moderat dalam keragaman mikroba diamati pada tumor dengan ICR tinggi dibandingkan dengan tumor dengan ICR rendah.
Untuk mendeteksi hubungan yang relevan secara klinis antara profil mikroba dan luaran klinis, para peneliti bertujuan menggunakan data sekuensing gen 16S rRNA untuk mengidentifikasi fitur mikrobioma yang memprediksi kelangsungan hidup. Pada AC-ICAM246, para peneliti menjalankan model regresi OS Cox yang memilih 41 fitur dengan koefisien bukan nol (berkaitan dengan risiko mortalitas diferensial), yang disebut pengklasifikasi MBR (Gambar 3f).
Dalam kohort pelatihan ini (ICAM246), skor MBR yang rendah (MBR<0, MBR rendah) dikaitkan dengan risiko kematian yang secara signifikan lebih rendah (85%). Para peneliti mengonfirmasi hubungan antara MBR rendah (risiko) dan OS yang berkepanjangan dalam dua kohort yang divalidasi secara independen (ICAM42 dan TCGA-COAD). (Gambar 3) Studi ini menunjukkan korelasi yang kuat antara kokus endogastrik dan skor MBR, yang serupa pada tumor dan jaringan kolon sehat.
Gambar 3. Mikrobioma dalam tumor dan jaringan sehat serta hubungannya dengan ICR dan kelangsungan hidup pasien.
Kesimpulan
Pendekatan multi-omik yang digunakan dalam penelitian ini memungkinkan deteksi dan analisis menyeluruh terhadap tanda molekuler respons imun pada kanker kolorektal dan mengungkap interaksi antara mikrobioma dan sistem imun. Pengurutan TCR mendalam pada tumor dan jaringan sehat mengungkapkan bahwa efek prognostik ICR kemungkinan besar disebabkan oleh kemampuannya untuk menangkap klon sel T yang diperkaya tumor dan kemungkinan juga spesifik terhadap antigen tumor.
Dengan menganalisis komposisi mikrobioma tumor menggunakan sekuensing 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 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 mahasiswa multi-omik yang memprediksi kelangsungan hidup pada pasien kanker usus besar. Dataset multi-omik studi ini menyediakan sumber daya untuk lebih memahami biologi kanker usus besar dan membantu menemukan pendekatan terapi yang dipersonalisasi.
Waktu posting: 15-Jun-2023
Pengaturan privasi