中文网站
Nat Med | O abordare multi-omică pentru cartografierea peisajului integrat tumoral, imunitar și microbian al cancerului colorectal dezvăluie interacțiunea microbiomului cu sistemul imunitar
Deși biomarkerii pentru cancerul de colon primar au fost studiați pe larg în ultimii ani, ghidurile clinice actuale se bazează doar pe stadializarea tumorii-ganglionilor limfatici-metastaze și detectarea defectelor de reparare a nepotrivirilor ADN (MMR) sau a instabilității microsateliților (MSI) (pe lângă testele patologice standard) pentru a determina recomandări de tratament. Cercetătorii au observat o lipsă de asociere între răspunsurile imune bazate pe expresia genelor, profilurile microbiene și stroma tumorală în cohorta de cancer colorectal din Atlasul Genomului Cancerului (TCGA) și supraviețuirea pacienților.
Pe măsură ce cercetările au progresat, s-a raportat că caracteristicile cantitative ale cancerului colorectal primar, inclusiv natura celulară, imună, stromală sau microbiană a cancerului, se corelează semnificativ cu rezultatele clinice, însă există încă o înțelegere limitată a modului în care interacțiunile lor afectează rezultatele pacienților.
Pentru a analiza relația dintre complexitatea fenotipică și rezultat, o echipă de cercetători de la Institutul de Cercetări Medicale Sidra din Qatar a dezvoltat și validat recent un scor integrat (mICRoScore) care identifică un grup de pacienți cu rate bune de supraviețuire prin combinarea caracteristicilor microbiomului și a constantelor de respingere imună (ICR). Echipa a efectuat o analiză genomică cuprinzătoare a probelor proaspete congelate de la 348 de pacienți cu cancer colorectal primar, inclusiv secvențierea ARN-ului tumorilor și a țesutului colorectal sănătos corespunzător, secvențierea întregului exom, secvențierea profundă a receptorului celulelor T și a genei ARNr bacteriene 16S, suplimentată de secvențierea întregului genom tumoral pentru a caracteriza în continuare microbiomul. Studiul a fost publicat în Nature Medicine sub titlul „Un atlas integrat al tumorii, imunității și microbiomului cancerului de colon”.
Articol publicat în Nature Medicine
Prezentare generală a AC-ICAM
Cercetătorii au utilizat o platformă genomică ortogonală pentru a analiza probe tumorale proaspete congelate și au corelat țesut de colon sănătos adiacent (perechi tumoră-normal) de la pacienți cu diagnostic histologic de cancer de colon fără terapie sistemică. Pe baza secvențierii întregului exom (WES), controlului calității datelor RNA-seq și screening-ului criteriilor de includere, datele genomice de la 348 de pacienți au fost păstrate și utilizate pentru analize ulterioare, cu o urmărire mediană de 4,6 ani. Echipa de cercetare a numit această resursă Sidra-LUMC AC-ICAM: O hartă și un ghid pentru interacțiunile imun-cancer-microbiom (Figura 1).
Clasificarea moleculară folosind ICR
Capturând un set modular de markeri genetici imuni pentru imunosupravegherea continuă a cancerului, numită constanta imună de rejecție (ICR), echipa de cercetare a optimizat ICR-ul prin condensarea acestuia într-un panou de 20 de gene care acoperă diferite tipuri de cancer, inclusiv melanomul, cancerul de vezică urinară și cancerul de sân. ICR a fost, de asemenea, asociat cu răspunsul la imunoterapie într-o varietate de tipuri de cancer, inclusiv cancerul de sân.
În primul rând, cercetătorii au validat semnătura ICR a cohortei AC-ICAM, utilizând o abordare de co-clasificare bazată pe gene ICR pentru a clasifica cohorta în trei clustere/subtipuri imune: ICR ridicat (tumori fierbinți), ICR mediu și ICR scăzut (tumori reci) (Figura 1b). Cercetătorii au caracterizat propensiunea imună asociată cu subtipurile moleculare consensuale (CMS), o clasificare a cancerului de colon bazată pe transcriptom. Categoriile CMS au inclus CMS1/imun, CMS2/canonic, CMS3/metabolic și CMS4/mezenchimal. Analiza a arătat că scorurile ICR au fost corelate negativ cu anumite căi ale celulelor canceroase în toate subtipurile CMS, iar corelațiile pozitive cu căile imunosupresoare și legate de stromă au fost observate numai în tumorile CMS4.
În toate CMS-urile, abundența subseturilor de celule natural killer (NK) și celule T a fost cea mai mare în subtipurile cu imunitate ridicată ICR, cu o variabilitate mai mare în alte subseturi de leucocite (Figura 1c). Subtipurile imune ICR au avut OS și PFS diferite, cu o creștere progresivă a ICR de la scăzut la ridicat (Figura 1d), validând rolul prognostic al ICR în cancerul colorectal.
Figura 1. Designul studiului AC-ICAM, semnătura genetică imunologică, subtipurile imune și moleculare și supraviețuirea.
ICR captează celule T îmbogățite cu tumori, amplificate clonal
Doar o minoritate de celule T care infiltrează țesutul tumoral au fost raportate ca fiind specifice pentru antigenele tumorale (mai puțin de 10%). Prin urmare, majoritatea celulelor T intra-tumorale sunt denumite celule T bystander (celule T bystander). Cea mai puternică corelație cu numărul de celule T convenționale cu TCR productive a fost observată în subpopulațiile de celule stromale și leucocite (detectate prin RNA-seq), care pot fi utilizate pentru a estima subpopulațiile de celule T (Figura 2a). În clusterele ICR (clasificare generală și CMS), cea mai mare clonalitate a TCR-urilor imune SEQ a fost observată în grupurile ICR-high și CMS subtip CMS1/imun (Figura 2c), cu cea mai mare proporție de tumori ICR-high. Folosind întregul transcriptom (18.270 de gene), șase gene ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA și CXCL10) s-au numărat printre primele zece gene asociate pozitiv cu clonalitatea imună SEQ TCR (Figura 2d). Clonalitatea TCR ImmunoSEQ a fost corelată mai puternic cu majoritatea genelor ICR decât corelațiile observate utilizând markeri CD8+ sensibili la tumoră (Figura 2f și 2g). În concluzie, analiza de mai sus sugerează că semnătura ICR surprinde prezența celulelor T îmbogățite cu tumoră, amplificate clonal și ar putea explica implicațiile sale prognostice.
Figura 2. Metrici TCR și corelația cu genele legate de imunitate, subtipurile imune și moleculare.
Compoziția microbiomului în țesuturile sănătoase și în cele canceroase de colon
Cercetătorii au efectuat secvențierea ARNr 16S folosind ADN extras din țesut tumoral compatibil și țesut de colon sănătos de la 246 de pacienți (Figura 3a). Pentru validare, cercetătorii au analizat suplimentar datele de secvențiere a genei ARNr 16S de la încă 42 de probe tumorale care nu aveau ADN normal compatibil disponibil pentru analiză. Mai întâi, cercetătorii au comparat abundența relativă a florei între tumorile compatibile și țesutul de colon sănătos. Clostridium perfringens a fost semnificativ crescut în tumori în comparație cu probele sănătoase (Figura 3a-3d). Nu a existat nicio diferență semnificativă în diversitatea alfa (diversitatea și abundența speciilor într-o singură probă) între probele tumorale și cele sănătoase și s-a observat o reducere modestă a diversității microbiene în tumorile cu ICR ridicat în comparație cu tumorile cu ICR scăzut.
Pentru a detecta asocieri relevante clinic între profilurile microbiene și rezultatele clinice, cercetătorii au urmărit să utilizeze datele de secvențiere a genei ARNr 16S pentru a identifica caracteristicile microbiomului care prezic supraviețuirea. La AC-ICAM246, cercetătorii au rulat un model de regresie OS Cox care a selectat 41 de caracteristici cu coeficienți diferiți de zero (asociați cu riscul diferențial de mortalitate), numiți clasificatori MBR (Figura 3f).
În această cohortă de antrenament (ICAM246), un scor MBR scăzut (MBR<0, MBR scăzut) a fost asociat cu un risc semnificativ mai mic de deces (85%). Cercetătorii au confirmat asocierea dintre MBR scăzut (risc) și OS prelungită în două cohorte validate independent (ICAM42 și TCGA-COAD). (Figura 3) Studiul a arătat o corelație puternică între cocii endogastrici și scorurile MBR, care au fost similare în țesutul tumoral și în țesutul colonului sănătos.
Figura 3. Microbiomul în țesuturile tumorale și sănătoase și relația cu ICR și supraviețuirea pacientului.
Concluzie
Abordarea multi-omică utilizată în acest studiu permite detectarea și analiza amănunțită a semnăturii moleculare a răspunsului imun în cancerul colorectal și dezvăluie interacțiunea dintre microbiom și sistemul imunitar. Secvențierea TCR profundă a țesuturilor tumorale și sănătoase a relevat că efectul prognostic al ICR se poate datora capacității sale de a capta clone de celule T îmbogățite cu tumori și, eventual, specifice antigenului tumoral.
Prin analizarea compoziției microbiomului tumoral utilizând secvențierea genei ARNr 16S în probele AC-ICAM, echipa a identificat o semnătură a microbiomului (scorul de risc MBR) cu o valoare prognostică puternică. Deși această semnătură a fost derivată din probe tumorale, a existat o corelație puternică între colorectul sănătos și scorul de risc MBR tumoral, sugerând că această semnătură ar putea surprinde compoziția microbiomului intestinal al pacienților. Prin combinarea scorurilor ICR și MBR, a fost posibilă identificarea și validarea unui biomarker student multi-omic care prezice supraviețuirea la pacienții cu cancer de colon. Setul de date multi-omic al studiului oferă o resursă pentru o mai bună înțelegere a biologiei cancerului de colon și pentru a ajuta la descoperirea de abordări terapeutice personalizate.
Data publicării: 15 iunie 2023
Setări de confidențialitate