中文网站
Nat Med | Een multi-omics benadering om het geïntegreerde tumor-, immuun- en microbiële landschap van colorectale kanker in kaart te brengen, onthult de interactie van het microbioom met het immuunsysteem
Hoewel biomarkers voor primaire darmkanker de afgelopen jaren uitgebreid zijn onderzocht, zijn de huidige klinische richtlijnen alleen afhankelijk van tumor-lymfhaalknoopmetastasis enscenering en detectie van DNA-mismatch-reparatie (MMR) -defecten of microsatellietinstabiliteit (MSI) (naast standaard pathologietests) om behandelingsaanbevelingen te bepalen. Onderzoekers hebben een gebrek aan associatie opgemerkt tussen op genexpressie gebaseerde immuunresponsen, microbiële profielen en tumorstroma in de kankergenoomatlas (TCGA) colorectale kanker cohort en overleving van de patiënt.
Naarmate het onderzoek is vordert, is gemeld dat kwantitatieve kenmerken van primaire colorectale kanker, waaronder cellulaire, immuun, immuun- of microbiële aard van de kanker, aanzienlijk correleren met klinische resultaten, maar er is nog steeds een beperkt begrip van hoe hun interacties de patiëntuitkomsten beïnvloeden.
Om de relatie tussen fenotypische complexiteit en uitkomst te ontleden, heeft een team van onderzoekers van het SIDRA Institute of Medical Research in Qatar onlangs een geïntegreerde score (microscore) ontwikkeld en gevalideerd die een groep patiënten met goede overlevingskansen identificeert door microbioomkenmerken en immuunafwijzingsconstanten (ICR) (ICR) te combineren. Het team voerde een uitgebreide genomische analyse uit van verse bevroren monsters van 348 patiënten met primaire colorectale kanker, waaronder RNA-sequencing van tumoren en gematchte gezond colorectaal weefsel, hele exome-sequencing, diepe T-celreceptor en 16S bacteriële rRNA-genequentiebehoeften, aangevuld met hele tumor-genoomsequencing op verdere karakterisering van de microbioom. De studie werd in Nature Medicine gepubliceerd als "een geïntegreerde tumor-, immuun- en microbioomatlas van darmkanker".
Artikel gepubliceerd in Nature Medicine
AC-ICAM-overzicht
Onderzoekers gebruikten een orthogonaal genomisch platform om verse bevroren tumormonsters te analyseren en gematcht aangrenzend gezond colonweefsel (tumor-normale paren) van patiënten met een histologische diagnose van darmkanker zonder systemische therapie. Gebaseerd op hele-exome sequencing (WES), RNA-Seq-gegevenskwaliteitscontrole en screening van inclusiecriteria, werden genomische gegevens van 348 patiënten behouden en gebruikt voor stroomafwaartse analyse met een mediane follow-up van 4,6 jaar. Het onderzoeksteam noemde deze bron SIDRA-LUMC AC-ICAM: een kaart en gids voor immuunkanker-microbioominteracties (figuur 1).
Moleculaire classificatie met behulp van ICR
Door een modulaire set immuungenetische markers vast te leggen voor continue kankerimmunosurveillance, de immuunconstante van afstoting (ICR) genoemd, heeft het onderzoeksteam de ICR geoptimaliseerd door het te condenseren in een 20-genpaneel dat verschillende kankertypen bedekt, waaronder melanoom, blaaskanker en borstkanker. ICR is ook geassocieerd met immunotherapie -respons bij verschillende soorten kanker, waaronder borstkanker.
Ten eerste gevalideerden de onderzoekers de ICR-handtekening van het AC-ICAM-cohort, met behulp van een op ICR gen gebaseerde co-classificatiebenadering om het cohort te classificeren in drie clusters/immuunsubtypen: hoge ICR (hete tumoren), gemiddelde ICR en lage ICR (koude tumoren) (figuur 1B). Onderzoekers karakteriseerden de immuun neiging geassocieerd met consensusmoleculaire subtypen (CMS), een op transcriptoom gebaseerde classificatie van darmkanker. De CMS -categorieën omvatten CMS1/immuun, CMS2/canonical, CMS3/metabolisch en CMS4/mesenchymaal. Analyse toonde aan dat ICR-scores negatief gecorreleerd waren met bepaalde kankercelroutes in alle CMS-subtypen en positieve correlaties met immunosuppressieve en stromale gerelateerde routes werden alleen waargenomen in CMS4-tumoren.
In alle CMS was de overvloed aan natuurlijke moordenaar (NK) cel- en T -cel -subsets het hoogst in ICR hoge immuunsubtypen, met een grotere variabiliteit in andere leukocyten -subsets (figuur 1C). ICR immuunsubtypen hadden verschillende OS en PFS, met een progressieve toename van ICR van lage tot hoog (figuur 1D), designalen van de prognostische rol van ICR in colorectale kanker.
Figuur 1. AC-ICAM-onderzoeksontwerp, immuungerelateerde gensignatuur, immuun- en moleculaire subtypen en overleving.
ICR vangt tumor-verrijkte, klonaal geamplificeerde T-cellen
Van slechts een minderheid van T -cellen die tumorweefsel infiltreren is gerapporteerd als specifiek voor tumorantigenen (minder dan 10%). Daarom worden de meeste intra-tumor T-cellen aangeduid als Bystander T-cellen (Bystander T-cellen). De sterkste correlatie met het aantal conventionele T-cellen met productieve TCR's werd waargenomen in subpopulaties van stromale cellen en leukocyten (gedetecteerd door RNA-seq), die kunnen worden gebruikt om Subpopulaties van T-cellen te schatten (Figuur 2A). In de ICR-clusters (algemeen en CMS-classificatie) werd de hoogste klonaliteit van immuun-SEQ TCR's waargenomen in de ICR-Hoog- en CMS-subtype CMS1/immuungroepen (Figuur 2C), met het hoogste aandeel ICR-hoge tumoren. Met behulp van het hele transcriptoom (18,270 genen) waren zes ICR -genen (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA en CXCL10) tot de top tien genen die positief geassocieerd zijn met TCR Immune SEQ -klonaliteit (Figuur 2D). Immunoseq TCR-klonaliteit correleerde sterker met de meeste ICR-genen dan de correlaties waargenomen met behulp van tumor-responsieve CD8+ -markers (Figuur 2F en 2G). Concluderend suggereert de bovenstaande analyse dat de ICR-handtekening de aanwezigheid van tumor-verrijkte, klonaal geamplificeerde T-cellen vastlegt en de prognostische implicaties ervan kan verklaren.
Figuur 2. TCR-metrieken en correlatie met immuungerelateerde genen, immuun- en moleculaire subtypen.
Microbioomsamenstelling in gezonde en darmkankerweefsels
De onderzoekers voerden 16S rRNA -sequencing uit met behulp van DNA geëxtraheerd uit gematchte tumor en gezond dikke darmweefsel van 246 patiënten (Figuur 3A). Voor validatie analyseerden de onderzoekers bovendien 16S rRNA -gensequencing -gegevens van nog eens 42 tumormonsters die geen normaal DNA hadden geëvenaard voor analyse. Ten eerste vergeleken de onderzoekers de relatieve overvloed aan flora tussen gematchte tumoren en gezond dikke darmweefsel. Clostridium perfringens was significant verhoogd in de tumoren in vergelijking met de gezonde monsters (Figuur 3A-3D). Er was geen significant verschil in alfa-diversiteit (diversiteit en overvloed van soorten in een enkele steekproef) tussen tumor en gezonde monsters, en een bescheiden vermindering van microbiële diversiteit werd waargenomen in ICR-hoge tumoren ten opzichte van ICR-lage tumoren.
Om klinisch relevante associaties tussen microbiële profielen en klinische resultaten te detecteren, wilden de onderzoekers 16S rRNA -gensequencing -gegevens gebruiken om microbioomkenmerken te identificeren die overleving voorspellen. Bij AC-ICAM246 voerden de onderzoekers een OS COX-regressiemodel uit dat 41 kenmerken selecteerde met niet-nulcoëfficiënten (geassocieerd met differentiaal mortaliteitsrisico), MBR-classificaties genoemd (Figuur 3F).
In dit trainingscohort (ICAM246) werd een lage MBR -score (MBR <0, lage MBR) geassocieerd met een aanzienlijk lager risico op overlijden (85%). Onderzoekers bevestigden de associatie tussen lage MBR (risico) en langdurig OS in twee onafhankelijk gevalideerde cohorten (ICAM42 en TCGA-COAD). (Figuur 3) De studie toonde een sterke correlatie tussen endogastrische cocci- en MBR -scores, die vergelijkbaar waren in tumor en gezond dikke darmweefsel.
Figuur 3. Microbioom in tumor en gezonde weefsels en de relatie met ICR en overleving van de patiënt.
Conclusie
De multi-omics-benadering die in deze studie wordt gebruikt, maakt een grondige detectie en analyse van de moleculaire signatuur van de immuunrespons bij colorectale kanker mogelijk en onthult de interactie tussen het microbioom en het immuunsysteem. Diepe TCR-sequencing van tumor en gezonde weefsels onthulde dat het prognostische effect van ICR kan zijn te wijten aan het vermogen om tumor-verrijkte en mogelijk tumor-antigeen-specifieke T-celklonen vast te leggen.
Door het analyseren van tumormicrobioomsamenstelling met behulp van 16S rRNA-gensequencing in AC-ICAM-monsters, identificeerde het team een microbioomhandtekening (MBR-risicoscore) met een sterke prognostische waarde. Hoewel deze handtekening was afgeleid van tumormonsters, was er een sterke correlatie tussen gezonde colorectum- en tumor MBR -risicoscore, wat suggereert dat deze handtekening de darmmicrobioomsamenstelling van patiënten kan vangen. Door de ICR- en MBR-scores te combineren, was het mogelijk om een biomarker met meerdere omicale studenten te identificeren en te valideren die overleving voorspelt bij patiënten met darmkanker. De multi-omic dataset van de studie biedt een bron om de biologie van de darmkanker beter te begrijpen en gepersonaliseerde therapeutische benaderingen te helpen ontdekken.
Posttijd: juni-15-2023
Privacy -instellingen