Nat Med | Mult-omika aliro al mapado de la integra tumoro

Nat Med | Mult-omika aliro por mapi la integran tumoran, imunan kaj mikroban pejzaĝon de kolorekta kancero malkaŝas la interagadon de la mikrobiomo kun la imunsistemo.
Kvankam biosignoj por primara kojlokancero estis amplekse studitaj en la lastaj jaroj, nunaj klinikaj gvidlinioj dependas nur de tumoro-limfganglio-metastaza stadiigo kaj detekto de DNA-misagordriparaj (MMR) difektoj aŭ mikrosatelita malstabileco (MSI) (aldone al norma patologia testado) por determini kuracrekomendojn. Esploristoj rimarkis mankon de asocio inter genekspresio-bazitaj imunreagoj, mikrobaj profiloj kaj tumorstromo en la kolorekta kancera kohorto de la Cancer Genome Atlas (TCGA) kaj pacienta supervivo.

Dum esplorado progresis, kvantaj karakterizaĵoj de primara kolorekta kancero, inkluzive de kancera ĉela, imuna, stroma aŭ mikroba naturo de la kancero, laŭ raportoj signife korelacias kun klinikaj rezultoj, sed ankoraŭ ekzistas limigita kompreno pri kiel iliaj interagoj influas pacientajn rezultojn.
Por analizi la rilaton inter fenotipa komplekseco kaj rezulto, teamo de esploristoj de la Sidra Instituto de Medicina Esploro en Kataro ĵus evoluigis kaj validigis integran poentaron (mICRoScore), kiu identigas grupon de pacientoj kun bonaj postvivoprocentoj kombinante mikrobiomajn karakterizaĵojn kaj imunajn malakceptokonstantojn (ICR). La teamo plenumis ampleksan genoman analizon de freŝe frostaj specimenoj de 348 pacientoj kun primara kolorekta kancero, inkluzive de RNA-sekvencado de tumoroj kaj kongrua sana kolorekta histo, tuta eksoma sekvencado, profunda T-ĉela receptoro kaj 16S bakteria rRNA gensekvencado, kompletigita per tuta tumora genoma sekvencado por plue karakterizi la mikrobiomon. La studo estis publikigita en Nature Medicine kiel "Integra tumora, imuna kaj mikrobioma atlaso de kojlokancero".

Artikolo publikigita en Nature Medicine

Superrigardo de AC-ICAM

Esploristoj uzis ortogonalan genoman platformon por analizi freŝajn frostajn tumorprovaĵojn kaj kongruigis apudan sanan kojlan histon (tumoro-normalaj paroj) de pacientoj kun histologia diagnozo de kojla kancero sen sistema terapio. Surbaze de tuta-eksoma sekvencado (WES), RNA-seq-datuma kvalito-kontrolo, kaj inkludkriterioj, genomaj datumoj de 348 pacientoj estis konservitaj kaj uzitaj por posta analizo kun mediana sekvado de 4.6 jaroj. La esplorteamo nomis ĉi tiun rimedon Sidra-LUMC AC-ICAM: Mapo kaj gvidilo al imun-kancero-mikrobiomaj interagoj (Figuro 1).

Molekula klasifiko uzante ICR

Kaptante modulan aron de imunaj genetikaj indikiloj por kontinua kancer-imunomaŭveillance, nomata la imuna konstanto de malakcepto (ICR), la esplorteamo optimumigis la ICR-on densigante ĝin en 20-genan panelon kovrantan malsamajn kancertipojn, inkluzive de melanomo, vezika kancero kaj mama kancero. ICR ankaŭ estis asociita kun imunoterapia respondo en diversaj kancertipoj, inkluzive de mama kancero.

Unue, la esploristoj validigis la ICR-signaturon de la AC-ICAM-kohorto, uzante ICR-gen-bazitan kun-klasifikan aliron por klasifiki la kohorton en tri grupojn/imunajn subtipojn: alta ICR (varmaj tumoroj), meza ICR kaj malalta ICR (malvarmaj tumoroj) (Figuro 1b). Esploristoj karakterizis la imunan emon asociitan kun konsentaj molekulaj subtipoj (CMS), transkriptom-bazita klasifiko de kojlokancero. La CMS-kategorioj inkluzivis CMS1/imuna, CMS2/kanonika, CMS3/metabola kaj CMS4/mezenkima. Analizo montris, ke ICR-poentaroj estis negative korelaciitaj kun certaj kancerĉelaj vojoj en ĉiuj CMS-subtipoj, kaj pozitivaj korelacioj kun imunosupresivaj kaj stromal-rilataj vojoj estis observitaj nur en CMS4-tumoroj.

En ĉiuj CMS, la abundo de naturaj mortigaj (NK) ĉeloj kaj T-ĉelaj subaroj estis plej alta en ICR-altaj imunaj subtipoj, kun pli granda ŝanĝebleco en aliaj leŭkocitaj subaroj (Figuro 1c). ICR-imunaj subtipoj havis malsaman OS kaj PFS, kun progresema pliiĝo en ICR de malalta al alta (Figuro 1d), validigante la prognozan rolon de ICR en kolorekta kancero.

Figuro 1. Dezajno de la studo AC-ICAM, imunrilata gena signaturo, imunaj kaj molekulaj subtipoj kaj postvivado.
ICR kaptas tumor-riĉigitajn, klone plifortigitajn T-ĉelojn
Nur malplimulto de T-ĉeloj infiltrantaj tumoran histon estas raportitaj kiel specifaj por tumoraj antigenoj (malpli ol 10%). Tial, la plimulto de intra-tumoraj T-ĉeloj estas nomataj apudaj T-ĉeloj (ĉeestaj T-ĉeloj). La plej forta korelacio kun la nombro de konvenciaj T-ĉeloj kun produktivaj TCR-oj estis observita en stromaj ĉelaj kaj leŭkocitaj subpopulacioj (detektitaj per RNA-sekvencado), kiuj povas esti uzataj por taksi T-ĉelajn subpopulaciojn (Figuro 2a). En la ICR-aretoj (ĝenerala kaj CMS-klasifiko), la plej alta kloneco de imunaj SEQ TCR-oj estis observita en la ICR-altaj kaj CMS-subtipo CMS1/imunaj grupoj (Figuro 2c), kun la plej alta proporcio de ICR-altaj tumoroj. Uzante la tutan transkriptomon (18 270 genoj), ses ICR-genoj (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, kaj CXCL10) estis inter la dek plej bonaj genoj pozitive asociitaj kun TCR-imuna SEQ-kloneco (Figuro 2d). La kloneco de ImmunoSEQ TCR korelaciis pli forte kun plej multaj ICR-genoj ol la korelacioj observitaj uzante tumor-respondemajn CD8+-signojn (Figuro 2f kaj 2g). Konklude, la supra analizo sugestas, ke la ICR-signaturo kaptas la ĉeeston de tumor-riĉigitaj, klone plifortigitaj T-ĉeloj kaj povus klarigi ĝiajn prognozajn implicojn.

Figuro 2. TCR-metrikoj kaj korelacio kun imunrilataj genoj, imunaj kaj molekulaj subtipoj.
Mikrobioma konsisto en sanaj kaj kojlokanceraj histoj
La esploristoj plenumis 16S rRNA sekvencadon uzante DNA-on ekstraktitan el kongrua tumoro kaj sana kojla histo de 246 pacientoj (Figuro 3a). Por validigo, la esploristoj plie analizis datumojn pri 16S rRNA-gensekvencado de pliaj 42 tumorspecimenoj, kiuj ne havis kongruan normalan DNA-on disponeblan por analizo. Unue, la esploristoj komparis la relativan abundon de flaŭro inter kongruaj tumoroj kaj sana kojla histo. Clostridium perfringens estis signife pliigita en la tumoroj kompare kun la sanaj specimenoj (Figuro 3a-3d). Ne estis signifa diferenco en alfa-diverseco (diverseco kaj abundo de specioj en ununura specimeno) inter tumoraj kaj sanaj specimenoj, kaj modesta redukto en mikroba diverseco estis observita en tumoroj kun ICR-altaj relative al tumoroj kun ICR-malaltaj.
Por detekti klinike gravajn asociojn inter mikrobaj profiloj kaj klinikaj rezultoj, la esploristoj celis uzi datumojn pri sekvencado de 16S rRNA-genoj por identigi mikrobiomajn trajtojn, kiuj antaŭdiras supervivon. Ĉe AC-ICAM246, la esploristoj funkciigis OS Cox-regresmodelon, kiu selektis 41 trajtojn kun ne-nulaj koeficientoj (asociitaj kun diferenciga mortecrisko), nomataj MBR-klasifikiloj (Figuro 3f).
En ĉi tiu trejna kohorto (ICAM246), malalta MBR-poentaro (MBR<0, malalta MBR) estis asociita kun signife pli malalta risko de morto (85%). Esploristoj konfirmis la asocion inter malalta MBR (risko) kaj plilongigita OS en du sendepende validigitaj kohortoj (ICAM42 kaj TCGA-COAD). (Figuro 3) La studo montris fortan korelacion inter endogastraj kokusoj kaj MBR-poentaroj, kiuj estis similaj en tumora kaj sana kojla histo.

Figuro 3. Mikrobiomo en tumoraj kaj sanaj histoj kaj la rilato kun ICR kaj pacienta supervivo.
Konkludo
La mult-omika aliro uzita en ĉi tiu studo ebligas detalan detekton kaj analizon de la molekula signaturo de la imunreago en kolorekta kancero kaj rivelas la interagadon inter la mikrobiomo kaj la imunsistemo. Profunda TCR-sekvencado de tumoraj kaj sanaj histoj rivelis, ke la prognoza efiko de ICR eble ŝuldiĝas al ĝia kapablo kapti tumor-riĉigitajn kaj eble tumor-antigen-specifajn T-ĉelajn klonojn.

Analizante la konsiston de la tumora mikrobiomo uzante 16S rRNA-gensekvencadon en AC-ICAM-specimenoj, la teamo identigis mikrobioman signaturon (MBR-riskopoentaro) kun forta prognoza valoro. Kvankam ĉi tiu signaturo devenis de tumorspecimenoj, ekzistis forta korelacio inter sana kolorekto kaj tumora MBR-riskopoentaro, sugestante, ke ĉi tiu signaturo povus kapti la konsiston de la intesta mikrobiomo de pacientoj. Kombinante la ICR- kaj MBR-poentarojn, eblis identigi kaj validigi mult-omikan studentan biomarkilon, kiu antaŭdiras supervivon ĉe pacientoj kun kojlokancero. La mult-omika datumbazo de la studo provizas rimedon por pli bone kompreni la biologion de kojlokancero kaj helpi malkovri personigitajn terapiajn alirojn.

Referenco:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI et al. Integra tumoro, imuna kaj mikrobioma atlaso de kojlokancero. Nat Med 29, 1273-1286 (2023).