中文网站
Nat Med | Ang isang multi-omics na diskarte sa pagma-map sa pinagsamang tumor, immune at microbial na tanawin ng colorectal cancer ay nagpapakita ng pakikipag-ugnayan ng microbiome sa immune system
Bagama't ang mga biomarker para sa pangunahing colon cancer ay malawakang pinag-aralan sa mga nakaraang taon, ang kasalukuyang mga klinikal na alituntunin ay umaasa lamang sa tumor-lymph node-metastasis staging at pagtuklas ng mga depekto sa DNA mismatch repair (MMR) o microsatellite instability (MSI) (bilang karagdagan sa karaniwang pagsusuri sa patolohiya. ) upang matukoy ang mga rekomendasyon sa paggamot. Napansin ng mga mananaliksik ang kakulangan ng kaugnayan sa pagitan ng mga tugon sa immune na nakabatay sa expression ng gene, mga profile ng microbial, at stroma ng tumor sa cancer Genome Atlas (TCGA) colorectal cancer cohort at kaligtasan ng pasyente.
Habang umuunlad ang pananaliksik, ang mga quantitative na katangian ng pangunahing colorectal na cancer, kabilang ang cancer cellular, immune, stromal, o microbial na kalikasan ng cancer, ay naiulat na makabuluhang nauugnay sa mga klinikal na resulta, ngunit mayroon pa ring limitadong pag-unawa kung paano nakakaapekto ang kanilang mga pakikipag-ugnayan sa mga resulta ng pasyente. .
Upang matukoy ang kaugnayan sa pagitan ng pagiging kumplikado at kinalabasan ng phenotypic, isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Sidra Institute of Medical Research sa Qatar kamakailan ay bumuo at nagpatunay ng isang pinagsamang marka (mICRoScore) na tumutukoy sa isang pangkat ng mga pasyente na may mahusay na mga rate ng kaligtasan sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga katangian ng microbiome at pagtanggi sa immune. mga pare-pareho (ICR). Ang koponan ay nagsagawa ng isang komprehensibong pagsusuri ng genomic ng mga sariwang frozen na sample mula sa 348 mga pasyente na may pangunahing colorectal na kanser, kabilang ang RNA sequencing ng mga tumor at tumugma sa malusog na colorectal tissue, buong exome sequencing, malalim na T-cell receptor at 16S bacterial rRNA gene sequencing, na pupunan ng buong tumor genome sequencing upang higit na makilala ang microbiome. Ang pag-aaral ay na-publish sa Nature Medicine bilang "Isang pinagsamang tumor, immune at microbiome atlas ng colon cancer".
Artikulo na inilathala sa Nature Medicine
Pangkalahatang-ideya ng AC-ICAM
Gumamit ang mga mananaliksik ng orthogonal genomic platform upang pag-aralan ang mga sariwang frozen na sample ng tumor at itugma ang katabing malusog na colon tissue (tumor-normal na mga pares) mula sa mga pasyenteng may histologic na diagnosis ng colon cancer na walang systemic therapy. Batay sa whole-exome sequencing (WES), RNA-seq data quality control, at inclusion criteria screening, ang genomic data mula sa 348 na pasyente ay pinanatili at ginamit para sa downstream analysis na may median na follow-up na 4.6 na taon. Pinangalanan ng pangkat ng pananaliksik ang mapagkukunang ito na Sidra-LUMC AC-ICAM: Isang mapa at gabay sa mga pakikipag-ugnayan ng immune-cancer-microbiome (Larawan 1).
Pag-uuri ng molekular gamit ang ICR
Ang pagkuha ng modular set ng immune genetic marker para sa tuluy-tuloy na cancer immunosurveillance, na tinatawag na immune constant of rejection (ICR), na-optimize ng research team ang ICR sa pamamagitan ng pag-condensate nito sa isang 20-gene panel na sumasaklaw sa iba't ibang uri ng cancer, kabilang ang melanoma, bladder cancer, at cancer sa suso. Naiugnay din ang ICR sa pagtugon sa immunotherapy sa iba't ibang uri ng kanser, kabilang ang kanser sa suso.
Una, pinatunayan ng mga mananaliksik ang pirma ng ICR ng AC-ICAM cohort, gamit ang isang ICR gene-based na co-classification approach para i-classify ang cohort sa tatlong clusters/immune subtypes: high ICR (hot tumors), medium ICR at low ICR (cold). mga bukol) (Larawan 1b). Nailalarawan ng mga mananaliksik ang immune propensity na nauugnay sa consensus molecular subtypes (CMS), isang transcriptome-based na pag-uuri ng colon cancer. kasama sa mga kategorya ng CMS ang CMS1/immune, CMS2/canonical, CMS3/metabolic at CMS4/mesenchymal. Ipinakita ng pagsusuri na ang mga marka ng ICR ay negatibong nakakaugnay sa ilang mga path ng selula ng kanser sa lahat ng mga subtype ng CMS, at ang mga positibong ugnayan sa mga immunosuppressive at stromal na mga landas na nauugnay ay naobserbahan lamang sa mga CMS4 na tumor.
Sa lahat ng CMS, ang kasaganaan ng natural killer (NK) cell at T cell subset ay pinakamataas sa ICR high immune subtypes, na may higit na pagkakaiba-iba sa iba pang leukocyte subsets (Figure 1c). Ang ICR immune subtypes ay may iba't ibang OS at PFS, na may progresibong pagtaas sa ICR mula mababa hanggang mataas (Larawan 1d), na nagpapatunay sa prognostic na papel ng ICR sa colorectal cancer.
Figure 1. Disenyo ng pag-aaral ng AC-ICAM, lagda ng gene na nauugnay sa immune, mga subtype ng immune at molekular at kaligtasan.
Kinukuha ng ICR ang pinayaman na tumor, pinalakas ng clonally na mga T cells
Isang minorya lamang ng mga T cells na pumapasok sa tumor tissue ang naiulat na partikular para sa mga antigen ng tumor (mas mababa sa 10%). Samakatuwid, ang karamihan sa mga intra-tumor T cells ay tinutukoy bilang mga bystander T cells (bystander T cells). Ang pinakamalakas na ugnayan sa bilang ng mga maginoo na T cells na may mga produktibong TCR ay na-obserbahan sa stromal cell at leukocyte subpopulasyon (natukoy ng RNA-seq), na maaaring magamit upang matantya ang mga subpopulasyon ng T cell (Larawan 2a). Sa mga kumpol ng ICR (pangkalahatan at pag-uuri ng CMS), ang pinakamataas na clonality ng immune SEQ TCRs ay na-obserbahan sa ICR-high at CMS subtype CMS1/immune group (Larawan 2c), na may pinakamataas na proporsyon ng ICR-high na mga bukol. Gamit ang buong transcriptome (18,270 genes), anim na ICR genes (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, at CXCL10) ay kabilang sa nangungunang sampung gen na positibong nauugnay sa TCR immune SEQ clonality (Larawan 2d). Ang immunoSEQ TCR clonality ay mas malakas na nakakaugnay sa karamihan ng mga ICR gen kaysa sa mga ugnayan na naobserbahan gamit ang tumor-responsive CD8+ marker (Larawan 2f at 2g). Sa konklusyon, ang pagsusuri sa itaas ay nagmumungkahi na ang ICR signature ay nakukuha ang pagkakaroon ng tumor-enriched, clonally amplified T cells at maaaring ipaliwanag ang mga prognostic na implikasyon nito.
Figure 2. Mga sukatan ng TCR at ugnayan sa mga gene na nauugnay sa immune, immune at molekular na subtype.
Komposisyon ng microbiome sa malusog at colon cancer tissues
Ang mga mananaliksik ay nagsagawa ng 16S rRNA sequencing gamit ang DNA na nakuha mula sa katugmang tumor at malusog na colon tissue mula sa 246 na mga pasyente (Larawan 3a). Para sa pagpapatunay, sinuri din ng mga mananaliksik ang 16S rRNA gene sequencing data mula sa karagdagang 42 na sample ng tumor na hindi tumugma sa normal na DNA na magagamit para sa pagsusuri. Una, inihambing ng mga mananaliksik ang kamag-anak na kasaganaan ng mga flora sa pagitan ng mga katugmang tumor at malusog na tisyu ng colon. Ang Clostridium perfringens ay makabuluhang nadagdagan sa mga bukol kumpara sa malusog na mga sample (Larawan 3a-3d). Walang makabuluhang pagkakaiba sa pagkakaiba-iba ng alpha (pagkakaiba-iba at kasaganaan ng mga species sa isang solong sample) sa pagitan ng mga tumor at malusog na mga sample, at isang katamtamang pagbawas sa pagkakaiba-iba ng microbial ay na-obserbahan sa mga tumor na may mataas na ICR na may kaugnayan sa ICR-mababang mga bukol.
Upang makita ang mga klinikal na nauugnay na asosasyon sa pagitan ng mga profile ng microbial at mga klinikal na resulta, nilalayon ng mga mananaliksik na gumamit ng data ng pagkakasunud-sunod ng gene ng 16S rRNA upang matukoy ang mga tampok ng microbiome na hinuhulaan ang kaligtasan. Sa AC-ICAM246, ang mga mananaliksik ay nagpatakbo ng isang OS Cox regression model na pumili ng 41 feature na may non-zero coefficients (na nauugnay sa differential mortality risk), na tinatawag na MBR classifiers (Figure 3f).
Sa cohort ng pagsasanay na ito (ICAM246), ang isang mababang marka ng MBR (MBR <0, mababang MBR) ay nauugnay sa isang makabuluhang mas mababang panganib ng kamatayan (85%). Kinumpirma ng mga mananaliksik ang kaugnayan sa pagitan ng mababang MBR (panganib) at matagal na OS sa dalawang independiyenteng napatunayang cohorts (ICAM42 at TCGA-COAD). (Larawan 3) Ang pag-aaral ay nagpakita ng isang malakas na ugnayan sa pagitan ng endogastric cocci at mga marka ng MBR, na magkapareho sa tumor at malusog na colon tissue.
Figure 3. Microbiome sa tumor at malusog na mga tisyu at ang kaugnayan sa ICR at kaligtasan ng pasyente.
Konklusyon
Ang multi-omics na diskarte na ginamit sa pag-aaral na ito ay nagbibigay-daan sa masusing pagtuklas at pagsusuri ng molecular signature ng immune response sa colorectal cancer at ipinapakita ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng microbiome at ng immune system. Ang malalim na pagkakasunud-sunod ng TCR ng tumor at malusog na mga tisyu ay nagsiwalat na ang prognostic na epekto ng ICR ay maaaring dahil sa kakayahang makuha ang tumor-enriched at posibleng tumor antigen-specific T cell clones.
Sa pamamagitan ng pagsusuri sa komposisyon ng tumor microbiome gamit ang 16S rRNA gene sequencing sa mga sample ng AC-ICAM, natukoy ng team ang isang microbiome signature (MBR risk score) na may malakas na prognostic value. Bagaman ang lagda na ito ay nagmula sa mga sample ng tumor, mayroong isang malakas na ugnayan sa pagitan ng malusog na colorectum at marka ng peligro ng tumor MBR, na nagmumungkahi na ang lagda na ito ay maaaring makuha ang komposisyon ng gut microbiome ng mga pasyente. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng mga marka ng ICR at MBR, posible na matukoy at mapatunayan ang isang multi-omic na biomarker ng mag-aaral na hinuhulaan ang kaligtasan ng mga pasyente na may colon cancer. Ang multi-omic dataset ng pag-aaral ay nagbibigay ng resource para mas maunawaan ang colon cancer biology at makatulong na tumuklas ng mga personalized na therapeutic approach.
Oras ng post: Hun-15-2023
Mga setting ng privacy