Nat Med | גישה רב-מיומיות למיפוי הגידול המשולב

Nat Med | גישה רב-מיומיות למיפוי הגידול המשולב, הנוף החיסוני והמיקרוביאלי של סרטן המעי הגס חושפת את האינטראקציה של המיקרוביומה עם מערכת החיסון
אף על פי שהסמנים הביולוגיים לסרטן המעי הגס הראשוני נחקרו בהרחבה בשנים האחרונות, ההנחיות הקליניות הנוכחיות מסתמכות רק על בימוי של Node-Metastasis של גידולים-לימפה וגילוי של פגמים לתיקון אי-התאמה של DNA (MMR) כדי לקבוע את המלצות הטיפול. החוקרים ציינו חוסר קשר בין תגובות חיסוניות מבוססות ביטוי גנים, פרופילים מיקרוביאליים וסטרומה של גידולים בקבוצת סרטן המעי הגס של גנום סרטן (TCGA) והישרדות מטופלים.

עם התקדמות המחקר, דווח כי המאפיינים הכמותיים של סרטן המעי הגס הראשוני, כולל סרטן התא, החיסוני, הסטרומלי או החיידקי של הסרטן, מתואמים באופן משמעותי עם התוצאות הקליניות, אך עדיין קיימת הבנה מוגבלת כיצד האינטראקציות שלהם משפיעות על תוצאות המטופלים.
כדי לנתח את הקשר בין מורכבות פנוטיפית לתוצאה, צוות חוקרים ממכון SIDRA למחקר רפואי בקטאר פיתח לאחרונה ואישר ציון משולב (Microscore) המזהה קבוצה של חולים עם שיעורי הישרדות טובים על ידי שילוב מאפייני מיקרוביומה וקבועי דחייה חיסונית (ICR). הצוות ביצע ניתוח גנומי מקיף של דגימות קפואות טריות מ -348 חולים עם סרטן המעי הגס הראשוני, כולל רצף RNA של גידולים ותואמים רקמת המעי הגס הבריאה, רצף אקסום שלם, קולטן תאי T עמוק ואפיין 16S של גן RRNA חיידקי, בתוספת רצף גנום שלם לגידול כדי שהאפיינים את המיקרוביאום. המחקר פורסם ברפואת טבע כ"גידול משולב, אטלס חיסון ומיקרוביומה של סרטן המעי הגס ".

מאמר שפורסם ברפואת טבע

סקירה כללית של AC-ICAM

החוקרים השתמשו בפלטפורמה גנומית אורתוגונלית כדי לנתח דגימות גידול קפואות טריות והתאמה רקמת המעי הגס הסמוכה (זוגות נורמליים של גידולים) מחולים עם אבחנה היסטולוגית של סרטן המעי הגס ללא טיפול מערכתי. בהתבסס על רצף אקסום שלם (WES), בקרת איכות נתוני RNA-SEQ וסינון קריטריוני הכללה, נתונים גנומיים של 348 חולים נשמרו והשתמשו בניתוח במורד הזרם עם מעקב חציוני של 4.6 שנים. צוות המחקר כינה משאב זה SIDRA-LUMC AC-ICAM: מפה ומדריך לאינטראקציות מיקרוביומה של סרטן-סרטן (איור 1).

סיווג מולקולרי באמצעות ICR

צוות המחקר ביצע מערך מודולרי של סמנים גנטיים חיסוניים לחיסון חיסוני מתמשך, המכונה קבוע החיסון של דחייה (ICR), צוות המחקר מיטב את ה- ICR על ידי עיבויו ללוח של 20 גנים המכסה סוגים שונים של סרטן, כולל מלנומה, סרטן שלפוחית ​​השתן וסרטן שד. ICR נקשר גם לתגובה אימונותרפית במגוון סוגי סרטן, כולל סרטן שד.

ראשית, החוקרים אישרו את חתימת ה- ICR של קבוצת ה- AC-ICAM, תוך שימוש בגישה סיווג משותפת מבוססת גנים ICR כדי לסווג את הקבוצה לשלושה סוגים/תת-סוגים חיסוניים: ICR גבוה (גידולים חמים), ICR בינוני ו- ICR נמוך (גידולים קרים) (איור 1B). החוקרים איפיינו את הנטייה החיסונית הקשורה לתת-סוגים מולקולריים קונצנזוסיים (CMS), סיווג מבוסס טרנסקריפטום של סרטן המעי הגס. קטגוריות ה- CMS כללו CMS1/חיסון, CMS2/Canonical, CMS3/מטבולית ו- CMS4/mesenchymal. הניתוח הראה כי ציוני ה- ICR היו בקורלציה שלילית עם מסלולי תאי סרטן מסוימים בכל תת-סוגי ה- CMS, וקורלציות חיוביות עם מסלולי חיסון וסטרומה נצפו רק בגידולי CMS4.

בכל ה- CMS, שפע תת המשנה של תאי הרוצח הטבעי (NK) ותאי T היה הגבוה ביותר בסוגי תת -חיסוניים גבוהים של ICR, עם שונות רבה יותר בקבוצות משנה אחרות של לויקוציטים (איור 1C). תת -סוגים חיסוניים של ICR היו בעלי OS ו- PFS שונים, עם עלייה מתקדמת של ICR מהגבוה (איור 1D), מעידה על התפקיד של ה- ICR.

איור 1. איור 1. תכנון מחקר AC-ICAM, חתימת גנים הקשורה לחיסון, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים והישרדות.
ICR לוכד תאי T מועשרים על גידולים ומוגברים באופן קלונלי
דווח כי רק מיעוט של תאי T המסתננים לרקמת הגידול הם ספציפיים לאנטיגנים של גידולים (פחות מ -10%). לפיכך, מרבית תאי ה- T התוך-גידולים מכונים תאי T עוברי אורח (תאי T של עוברי אורח). המתאם החזק ביותר עם מספר תאי ה- T המקובלים עם TCRs פרודוקטיביים נצפה בתאי סטרומה ולוקוציטים תת-אוכלוסיות (זוהו על ידי RNA-Seq), אשר ניתן להשתמש בהן כדי להעריך תת-אוכלוסיות תאי T (איור 2 א). באשכולות ה- ICR (סיווג CMS בסך הכל), נצפתה השיבוט הגבוה ביותר של TCRs SEQ חיסוני בקבוצות CMS1/CMS של CMS (איור 2 ג), עם החלק הגבוה ביותר של גידולים גבוהים של ICR. באמצעות כל התעתיק (18,270 גנים), שישה גנים ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ו- CXCL10) היו בין עשרת הגנים המובילים הקשורים לחיוב עם שיבוט ה- SEQ של TCR (איור 2D). Clonality Immunoseq TCR מתואם חזק יותר עם מרבית הגנים של ICR מאשר המתאם שנצפה באמצעות סמני CD8+ מגיבים לגידול (איור 2F ו- 2G). לסיכום, הניתוח לעיל מציע כי חתימת ה- ICR לוכדת את נוכחותם של תאי T מועשרים בגידול, מוגברים באופן קלונלי ועשויה להסביר את השלכותיו הפרוגנוסטיות.

איור 2 איור 2. מדדי TCR ומתאם עם גנים הקשורים לחיסון, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים.
הרכב מיקרוביומה ברקמות סרטן בריא ומעי הגס
החוקרים ביצעו רצף rRNA של 16S באמצעות DNA שהופק מגידול תואם ורקמת מעי גס בריאה של 246 חולים (איור 3 א). לצורך אימות, החוקרים ניתחו בנוסף את נתוני רצף הגנים rRNA של 16S מ- 42 דגימות גידול נוספות שלא התאימו ל- DNA רגיל זמין לניתוח. ראשית, החוקרים השוו את השפע היחסי של הפלורה בין גידולים תואמים לרקמת המעי הגס הבריאה. Clostridium Perfringens הוגדל באופן משמעותי בגידולים בהשוואה לדגימות הבריאות (איור 3A-3D). לא נמצא הבדל משמעותי במגוון האלפא (גיוון ושפע של מינים במדגם בודד) בין גידול לדגימות בריאות, והפחתה צנועה במגוון החיידקים נצפתה בגידולים גבוהים של ICR ביחס לגידולים נמוכים ב- ICR.
כדי לאתר קשרים רלוונטיים קלינית בין פרופילים מיקרוביאליים לתוצאות קליניות, החוקרים נועדו להשתמש בנתוני רצף גנים rRNA 16S כדי לזהות תכונות מיקרוביומה המנבאות הישרדות. ב- AC-ICAM246, החוקרים ניהלו מודל רגרסיה של מערכת ההפעלה COX שבחר 41 תכונות עם מקדמים שאינם אפס (הקשורים לסיכון תמותה דיפרנציאלי), המכונה מסווגי MBR (איור 3F).
בקבוצת אימונים זו (ICAM246), ציון MBR נמוך (MBR <0, MBR נמוך) היה קשור לסיכון נמוך משמעותית למוות (85%). החוקרים אישרו את הקשר בין MBR נמוך (סיכון) למערכת הפעלה ממושכת בשתי קבוצות מאומתות באופן עצמאי (ICAM42 ו- TCGA-Coad). (איור 3) המחקר הראה מתאם חזק בין ציוני קוקסי ו- MBR אנדוגסטריים, שהיו דומים בגידול וברקמת המעי הגס הבריאה.

איור 3 איור 3. מיקרוביומה בגידול וברקמות בריאות והקשר עם ICR והישרדות מטופלים.
מַסְקָנָה
הגישה המולטי-אומיקס המשמשת במחקר זה מאפשרת גילוי וניתוח מעמיק של החתימה המולקולרית של התגובה החיסונית בסרטן המעי הגס ומגלה את האינטראקציה בין המיקרוביומה למערכת החיסון. רצף TCR עמוק של גידולים ורקמות בריאות חשף כי ההשפעה הפרוגנוסטית של ICR עשויה לנבוע מיכולתו לתפוס שיבוטים לתאי T ספציפיים לגידול ואולי גם אנטיגן.

על ידי ניתוח הרכב מיקרוביומה של גידולים באמצעות רצף גנים rRNA 16S בדגימות AC-ICAM, הצוות זיהה חתימת מיקרוביומה (ציון סיכון MBR) עם ערך פרוגנוסטי חזק. למרות שחתימה זו נגזרה מדגימות הגידול, היה מתאם חזק בין קולקטום בריא לציון הסיכון MBR של הגידול, מה שמרמז כי חתימה זו עשויה לתפוס את הרכב המיקרוביומה של הבטן של חולים. על ידי שילוב של ציוני ה- ICR ו- MBR, ניתן היה לזהות ולאמת סמן ביולוגי של סטודנטים רב-אמורים המנבא את ההישרדות בחולים עם סרטן המעי הגס. מערך הנתונים הרב-אומי של המחקר מספק משאב להבנה טובה יותר של הביולוגיה של סרטן המעי הגס ולסייע לגלות גישות טיפוליות מותאמות אישית.

הַפנָיָה:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei et al. אטלס גידול משולב, חיסון ומיקרוביומה של סרטן המעי הגס. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).