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 bestudeerd, vertrouwen de huidige klinische richtlijnen alleen op tumor-lymfeklier-metastase stadiëring en detectie van DNA mismatch repair (MMR) defecten of microsatelliet instabiliteit (MSI) (naast standaard pathologietesten). ) om behandelaanbevelingen te bepalen.Onderzoekers hebben een gebrek aan verband opgemerkt tussen op genexpressie gebaseerde immuunresponsen, microbiële profielen en tumor-stroma in het Cancer Genome Atlas (TCGA) cohort van colorectale kanker en de overleving van de patiënt.
Naarmate het onderzoek vorderde, is gemeld dat kwantitatieve kenmerken van primaire colorectale kanker, waaronder kanker cellulaire, immuun-, stromale of microbiële aard van de kanker, significant 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 overlevingspercentages identificeert door microbioomkenmerken en immuunafstoting te combineren constanten (ICR).Het team voerde een uitgebreide genomische analyse uit van vers ingevroren monsters van 348 patiënten met primaire colorectale kanker, inclusief RNA-sequencing van tumoren en gematcht gezond colorectaal weefsel, volledige exome-sequencing, diepe T-celreceptor en 16S bacteriële rRNA-gensequencing, aangevuld met hele tumor genoomsequencing om het microbioom verder te karakteriseren.De studie werd gepubliceerd in Nature Medicine als "Een geïntegreerde tumor-, immuun- en microbioomatlas van darmkanker".
Artikel gepubliceerd in Nature Medicine
AC-ICAM Overzicht
Onderzoekers gebruikten een orthogonaal genomisch platform om vers ingevroren tumormonsters te analyseren en aangrenzend gezond colonweefsel (tumor-normale paren) te matchen van patiënten met een histologische diagnose van colonkanker zonder systemische therapie.Op basis van whole-exome sequencing (WES), kwaliteitscontrole van RNA-seq-gegevens en screening op inclusiecriteria, werden genomische gegevens van 348 patiënten bewaard en gebruikt voor downstream-analyse met een mediane follow-up van 4,6 jaar.Het onderzoeksteam noemde deze bron Sidra-LUMC AC-ICAM: A map and guide to immune-cancer-microbiome interactions (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, optimaliseerde het onderzoeksteam de ICR door deze te condenseren tot een panel van 20 genen dat verschillende soorten kanker omvat, waaronder melanoom, blaaskanker en borstkanker.ICR is ook in verband gebracht met immunotherapierespons bij verschillende soorten kanker, waaronder borstkanker.
Eerst valideerden de onderzoekers de ICR-handtekening van het AC-ICAM-cohort, met behulp van een op ICR-genen gebaseerde co-classificatiebenadering om het cohort te classificeren in drie clusters/immune subtypes: hoge ICR (hete tumoren), gemiddelde ICR en lage ICR (koude tumoren). tumoren) (Figuur 1b).Onderzoekers karakteriseerden de immuunneiging geassocieerd met consensus moleculaire subtypes (CMS), een op transcriptoom gebaseerde classificatie van darmkanker.de CMS-categorieën omvatten CMS1/immuun, CMS2/canoniek, 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 stroma-gerelateerde routes werden alleen waargenomen in CMS4-tumoren.
In alle CMS was de overvloed aan subsets van natural killer-cellen (NK) en T-cellen het hoogst in ICR-subtypen met een hoog immuunsysteem, met een grotere variabiliteit in andere subsets van leukocyten (Figuur 1c). ICR-immuunsubtypen hadden verschillende OS en PFS, met een progressieve toename in ICR van laag naar hoog (figuur 1d), waarmee de prognostische rol van ICR bij colorectale kanker wordt gevalideerd.
Figuur 1. AC-ICAM-onderzoeksontwerp, immuungerelateerde genesignatuur, immuun- en moleculaire subtypes en overleving.
ICR vangt met tumor verrijkte, klonaal geamplificeerde T-cellen op
Van slechts een minderheid van de T-cellen die tumorweefsel infiltreren is gerapporteerd dat ze specifiek zijn voor tumorantigenen (minder dan 10%).Daarom wordt naar de meeste intra-tumor T-cellen verwezen als omstander-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 T-celsubpopulaties te schatten (Figuur 2a).In de ICR-clusters (algemene en CMS-classificatie) werd de hoogste klonaliteit van immuun-SEQ-TCR's waargenomen in de ICR-hoge en CMS-subtype CMS1 / immuungroepen (Figuur 2c), met het hoogste percentage ICR-hoge tumoren.Met behulp van het hele transcriptoom (18.270 genen) behoorden zes ICR-genen (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA en CXCL10) tot de top tien genen die positief geassocieerd waren met TCR-immuun SEQ-klonaliteit (Figuur 2d).ImmunoSEQ TCR-klonaliteit correleerde sterker met de meeste ICR-genen dan de correlaties die werden waargenomen met behulp van op tumor reagerende CD8 + -markers (Figuur 2f en 2g).Concluderend suggereert de bovenstaande analyse dat de ICR-signatuur de aanwezigheid van met tumor verrijkte, klonaal geamplificeerde T-cellen vastlegt en de prognostische implicaties ervan kan verklaren.
Figuur 2. TCR-statistieken en correlatie met immuungerelateerde genen, immuun- en moleculaire subtypen.
Samenstelling van het microbioom in gezonde en karteldarmkankerweefsels
De onderzoekers voerden 16S rRNA-sequencing uit met behulp van DNA dat was geëxtraheerd uit gematchte tumor en gezond colonweefsel van 246 patiënten (Figuur 3a).Voor validatie analyseerden de onderzoekers bovendien 16S rRNA-gensequencinggegevens van nog eens 42 tumormonsters die niet overeenkwamen met normaal DNA dat beschikbaar was voor analyse.Eerst vergeleken de onderzoekers de relatieve overvloed aan flora tussen gematchte tumoren en gezond colonweefsel.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 aan soorten in een enkel monster) tussen tumor- en gezonde monsters, en een bescheiden vermindering van de microbiële diversiteit werd waargenomen in ICR-hoge tumoren ten opzichte van ICR-lage tumoren.
Om klinisch relevante associaties tussen microbiële profielen en klinische uitkomsten te detecteren, wilden de onderzoekers 16S rRNA-gensequencinggegevens 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 differentieel sterfterisico), MBR-classificaties genoemd (figuur 3f).
In dit trainingscohort (ICAM246) was een lage MBR-score (MBR<0, lage MBR) geassocieerd met een significant lager risico op overlijden (85%).Onderzoekers bevestigden de associatie tussen lage MBR (risico) en langdurige OS in twee onafhankelijk gevalideerde cohorten (ICAM42 en TCGA-COAD).(Figuur 3) De studie toonde een sterke correlatie tussen endogastrische kokken en MBR-scores, die vergelijkbaar waren in tumor- en gezond colonweefsel.
Figuur 3. Microbioom in tumor en gezonde weefsels en de relatie met ICR en patiëntoverleving.
Conclusie
De multi-omics-benadering die in deze studie wordt gebruikt, maakt 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 mogelijk te danken is aan het vermogen om tumorverrijkte en mogelijk tumorantigeen-specifieke T-celklonen te vangen.
Door de samenstelling van het tumormicrobioom te analyseren met behulp van 16S rRNA-gensequencing in AC-ICAM-monsters, identificeerde het team een microbioomsignatuur (MBR-risicoscore) met een sterke prognostische waarde.Hoewel deze signatuur was afgeleid van tumormonsters, was er een sterke correlatie tussen een gezond colorectum en de MBR-risicoscore voor tumoren, wat suggereert dat deze signatuur de samenstelling van het darmmicrobioom van patiënten kan vastleggen.Door de ICR- en MBR-scores te combineren, was het mogelijk om een multi-omische studentenbiomarker te identificeren en te valideren die overleving voorspelt bij patiënten met darmkanker.De multi-omische dataset van de studie biedt een hulpmiddel om de biologie van darmkanker beter te begrijpen en om gepersonaliseerde therapeutische benaderingen te helpen ontdekken.
Posttijd: 15 juni 2023