Bahasa Mandarin
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 usus besar primer telah dipelajari secara ekstensif dalam beberapa tahun terakhir, pedoman klinis saat ini hanya bergantung pada 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 kelompok kanker kolorektal Cancer Genome Atlas (TCGA) dan kelangsungan hidup pasien.
Seiring kemajuan penelitian, karakteristik kuantitatif kanker kolorektal primer, termasuk sel kanker, imun, stroma, atau sifat mikroba kanker, telah dilaporkan berkorelasi signifikan dengan hasil klinis, tetapi pemahaman tentang bagaimana interaksinya memengaruhi 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 terpadu (mICRoScore) yang mengidentifikasi sekelompok pasien dengan tingkat kelangsungan hidup yang baik dengan menggabungkan karakteristik mikrobioma dan konstanta penolakan imun (ICR). Tim tersebut melakukan analisis genomik komprehensif terhadap sampel beku segar dari 348 pasien dengan kanker kolorektal primer, termasuk pengurutan RNA tumor dan jaringan kolorektal sehat yang cocok, pengurutan eksom secara keseluruhan, reseptor sel T dalam dan pengurutan gen rRNA bakteri 16S, yang dilengkapi dengan pengurutan genom tumor secara keseluruhan untuk lebih mengkarakterisasi mikrobioma. Studi tersebut dipublikasikan di Nature Medicine sebagai “Atlas tumor, imun, dan mikrobioma kanker usus besar yang terintegrasi”.
Artikel yang diterbitkan di Nature Medicine
Tinjauan Umum AC-ICAM
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 penyaringan kriteria inklusi, data genomik dari 348 pasien disimpan dan digunakan untuk analisis hilir dengan tindak lanjut rata-rata 4,6 tahun. Tim peneliti menamai sumber daya ini Sidra-LUMC AC-ICAM: Peta dan panduan untuk interaksi imun-kanker-mikrobioma (Gambar 1).
Klasifikasi molekuler menggunakan ICR
Dengan menangkap serangkaian penanda genetik imun modular untuk pengawasan imun berkelanjutan terhadap kanker, 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 dikaitkan dengan respons imunoterapi dalam berbagai jenis kanker, termasuk kanker payudara.
Pertama, para peneliti memvalidasi tanda tangan ICR dari kelompok AC-ICAM, menggunakan pendekatan koklasifikasi berbasis gen ICR untuk mengklasifikasikan kelompok tersebut menjadi tiga kelompok/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), klasifikasi kanker usus besar berbasis transkriptom. Kategori CMS mencakup 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.
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 tangan gen terkait imun, subtipe imun dan molekuler serta kelangsungan hidup.
ICR menangkap sel T yang diperkaya tumor dan diperbanyak secara klonal
Hanya sebagian kecil sel T yang menyusup ke 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 (terdeteksi oleh RNA-seq), yang dapat digunakan untuk memperkirakan subpopulasi sel T (Gambar 2a). Dalam kelompok ICR (klasifikasi keseluruhan dan CMS), klonalitas tertinggi TCR SEQ imun diamati pada kelompok ICR-tinggi dan subtipe CMS CMS1/imun (Gambar 2c), dengan proporsi tumor ICR-tinggi 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 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+ yang responsif terhadap tumor (Gambar 2f dan 2g). Sebagai kesimpulan, analisis di atas menunjukkan bahwa tanda tangan ICR menangkap keberadaan sel T yang diperkaya tumor dan diamplifikasi 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 diekstrak 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 memiliki DNA normal yang cocok yang tersedia untuk analisis. 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 yang sehat (Gambar 3a-3d). Tidak ada perbedaan yang signifikan dalam keanekaragaman alfa (keanekaragaman dan kelimpahan spesies dalam satu sampel) antara tumor dan sampel yang sehat, dan pengurangan yang sederhana dalam 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 sekuensing gen 16S rRNA guna 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 (yang terkait dengan risiko mortalitas diferensial), yang disebut pengklasifikasi MBR (Gambar 3f).
Dalam kelompok pelatihan ini (ICAM246), skor MBR rendah (MBR<0, MBR rendah) dikaitkan dengan risiko kematian yang jauh lebih rendah (85%). Para peneliti mengonfirmasi hubungan antara MBR rendah (risiko) dan OS yang berkepanjangan dalam dua kelompok yang divalidasi secara independen (ICAM42 dan TCGA-COAD). (Gambar 3) Studi tersebut menunjukkan korelasi yang kuat antara kokus endogastrik dan skor MBR, yang serupa pada tumor dan jaringan usus besar yang sehat.
Gambar 3. Mikrobioma dalam tumor dan jaringan sehat serta hubungannya dengan ICR dan kelangsungan hidup pasien.
Kesimpulan
Pendekatan multiomik 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 mengungkap bahwa efek prognostik ICR mungkin disebabkan oleh kemampuannya untuk menangkap klon sel T yang diperkaya tumor dan mungkin klon sel T yang spesifik terhadap antigen tumor.
Dengan menganalisis komposisi mikrobioma tumor menggunakan sekuensing gen 16S rRNA dalam sampel AC-ICAM, tim tersebut mengidentifikasi tanda tangan mikrobioma (skor risiko MBR) dengan nilai prognosis yang kuat. Meskipun tanda tangan ini berasal dari sampel tumor, terdapat korelasi yang kuat antara kolorektum yang sehat dan skor risiko MBR tumor, yang menunjukkan bahwa tanda tangan ini dapat menangkap komposisi mikrobioma usus pasien. Dengan menggabungkan skor ICR dan MBR, dimungkinkan untuk mengidentifikasi dan memvalidasi biomarker mahasiswa multiomik yang memprediksi kelangsungan hidup pada pasien dengan kanker usus besar. Kumpulan data multiomik penelitian 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