中文网站
Nat Med | גישת מולטי-אומיקס למיפוי הנוף המשולב של הגידול, המערכת החיסונית והמיקרוביאלי בסרטן המעי הגס חושפת את האינטראקציה של המיקרוביום עם מערכת החיסון
למרות שסמנים ביולוגיים לסרטן המעי הגס הראשוני נחקרו בהרחבה בשנים האחרונות, ההנחיות הקליניות הנוכחיות מסתמכות רק על דירוג גרורות בגידול ובבלוטות הלימפה וגילוי פגמי תיקון אי-התאמה ב-DNA (MMR) או חוסר יציבות מיקרוסקוטלית (MSI) (בנוסף לבדיקות פתולוגיה סטנדרטיות) כדי לקבוע המלצות טיפול. חוקרים ציינו חוסר קשר בין תגובות חיסוניות המבוססות על ביטוי גנים, פרופילים מיקרוביאליים וסטרומה של הגידול בקבוצת סרטן המעי הגס של אטלס הגנום של הסרטן (TCGA) לבין הישרדות החולים.
עם התקדמות המחקר, דווח כי מאפיינים כמותיים של סרטן המעי הגס הראשוני, כולל האופי התאי, החיסוני, הסטרומלי או המיקרוביאלי של הסרטן, קשורים באופן משמעותי לתוצאות קליניות, אך עדיין קיימת הבנה מוגבלת לגבי האופן שבו האינטראקציות ביניהם משפיעות על תוצאות המטופלים.
כדי לנתח את הקשר בין מורכבות פנוטיפית לתוצאה, צוות חוקרים ממכון סידרה למחקר רפואי בקטאר פיתח ואימת לאחרונה ציון משולב (mICRoScore) המזהה קבוצת חולים עם שיעורי הישרדות טובים על ידי שילוב מאפייני מיקרוביום וקבועי דחייה חיסוניים (ICR). הצוות ביצע ניתוח גנומי מקיף של דגימות קפואות טריות מ-348 חולים עם סרטן המעי הגס הראשוני, כולל ריצוף RNA של גידולים ורקמת מעי גס בריאה תואמת, ריצוף אקסום שלם, ריצוף גנים של קולטן תאי T עמוק וריצוף גנים של rRNA חיידקי 16S, בתוספת ריצוף גנום שלם של הגידול כדי לאפיין עוד יותר את המיקרוביום. המחקר פורסם ב-Nature Medicine כ"אטלס משולב של גידול, מערכת חיסון ומיקרוביום של סרטן המעי הגס".
מאמר שפורסם ב-Nature Medicine
סקירה כללית של AC-ICAM
חוקרים השתמשו בפלטפורמה גנומית אורתוגונלית כדי לנתח דגימות גידול טריות קפואות והתאימו רקמת מעי גס בריאה סמוכה (זוגות גידול-תקינים) מחולים עם אבחנה היסטולוגית של סרטן המעי הגס ללא טיפול סיסטמי. בהתבסס על ריצוף אקסום שלם (WES), בקרת איכות נתוני RNA-seq וסינון קריטריוני הכללה, נתונים גנומיים מ-348 חולים נשמרו ושימשו לניתוח במורד הזרם עם מעקב חציוני של 4.6 שנים. צוות המחקר כינה משאב זה Sidra-LUMC AC-ICAM: מפה ומדריך לאינטראקציות בין חיסוני לסרטן המיקרוביום (איור 1).
סיווג מולקולרי באמצעות ICR
צוות המחקר לכידת סט מודולרי של סמנים גנטיים חיסוניים לצורך מעקב חיסוני רציף של סרטן, הנקרא קבוע הדחייה החיסוני (ICR), וביצעה אופטימיזציה של ה-ICR על ידי דחיסתו לפאנל בן 20 גנים המכסה סוגי סרטן שונים, כולל מלנומה, סרטן שלפוחית השתן וסרטן השד. ICR נקשר גם לתגובה לאימונותרפיה במגוון סוגי סרטן, כולל סרטן השד.
ראשית, החוקרים אימתו את חתימת ה-ICR של קבוצת AC-ICAM, תוך שימוש בגישת סיווג משותף מבוססת גנים של ICR כדי לסווג את הקבוצה לשלושה אשכולות/תת-סוגים חיסוניים: ICR גבוה (גידולים חמים), ICR בינוני ו-ICR נמוך (גידולים קרים) (איור 1ב'). החוקרים אפיינו את הנטייה החיסונית הקשורה לתת-סוגים מולקולריים קונצנזוסיים (CMS), סיווג מבוסס טרנסקריפטום של סרטן המעי הגס. קטגוריות ה-CMS כללו CMS1/חיסוני, CMS2/קנוני, CMS3/מטבולי ו-CMS4/מזנכימלי. ניתוח הראה כי ציוני ICR היו בקורלציה שלילית עם מסלולים מסוימים של תאי סרטן בכל תת-הסוגים של CMS, וקורלציות חיוביות עם מסלולים מדכאי חיסון וקשורים לסטרומה נצפו רק בגידולי CMS4.
בכל סוגי ה-CMS, שפע תת-קבוצות תאי הרוצח הטבעי (NK) ותאי T היה הגבוה ביותר בתת-סוגים בעלי מערכת חיסון גבוהה של ICR, עם שונות גדולה יותר בתת-קבוצות לויקוציטים אחרות (איור 1ג). לתת-סוגי מערכת החיסון של ICR היו OS ו-PFS שונים, עם עלייה הדרגתית ב-ICR מנמוך לגבוה (איור 1ד), דבר המאשר את התפקיד הפרוגנוסטי של ICR בסרטן המעי הגס.
איור 1. תכנון מחקר AC-ICAM, חתימת גן הקשורה לחיזוק המערכת החיסונית, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים והישרדות.
ICR לוכד תאי T מועשרים בגידולים, מוגברים באופן קלונלי
רק מיעוט של תאי T החודרים לרקמת גידול דווח כי הם ספציפיים לאנטיגנים של הגידול (פחות מ-10%). לכן, רוב תאי ה-T התוך-גידוליים מכונים תאי T עוברי אורח (bystander T cells). המתאם החזק ביותר עם מספר תאי ה-T הקונבנציונליים עם TCRs פרודוקטיביים נצפתה בתת-אוכלוסיות של תאי סטרומה ולויקוציטים (שזוהו על ידי RNA-seq), שניתן להשתמש בהם כדי להעריך תת-אוכלוסיות של תאי T (איור 2א'). באשכולות ICR (סיווג כללי וסיווג CMS), הקלונליות הגבוהה ביותר של TCRs SEQ חיסוניים נצפתה בקבוצות ICR-high ותת-סוג CMS CMS1/immune (איור 2ג'), עם השיעור הגבוה ביותר של גידולים ICR-high. באמצעות הטרנסקריפטום כולו (18,270 גנים), שישה גנים של ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ו-CXCL10) היו בין עשרת הגנים המובילים הקשורים באופן חיובי לשיונליות SEQ חיסונית של TCR (איור 2ד'). קלונליות ImmunoSEQ TCR נמצאה בקורלציה חזקה יותר עם רוב גני ICR מאשר המתאמים שנצפו באמצעות סמני CD8+ המגיבים לגידול (איור 2f ו-2g). לסיכום, הניתוח לעיל מצביע על כך שחתימת ה-ICR לוכדת את נוכחותם של תאי T מועשרים בגידול, מוגברים קלונלית, ועשויה להסביר את השלכותיה הפרוגנוסטיות.
איור 2. מדדי TCR וקורלציה עם גנים הקשורים למערכת החיסון, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים.
הרכב המיקרוביום ברקמות בריאות וסרטן המעי הגס
החוקרים ביצעו ריצוף 16S rRNA באמצעות DNA שחולץ מגידול תואם ומרקמת מעי גס בריאה מ-246 חולים (איור 3א'). לצורך אימות, החוקרים ניתחו בנוסף נתוני ריצוף גנים של 16S rRNA מ-42 דגימות גידול נוספות שלא היה בהן DNA תקין תואם זמין לניתוח. ראשית, החוקרים השוו את השפע היחסי של הפלורה בין גידולים תואמים לרקמת מעי גס בריאה. נוכחות של Clostridium perfringens הייתה מוגברת משמעותית בגידולים בהשוואה לדגימות הבריאות (איור 3א'-3ד'). לא היה הבדל משמעותי בגיוון אלפא (גיוון ושפע מינים בדגימה בודדת) בין דגימות גידול לדגימות בריאות, ונצפתה ירידה צנועה בגיוון המיקרוביאלי בגידולים עם ICR גבוה יחסית לגידולים עם ICR נמוך.
כדי לזהות קשרים קליניים רלוונטיים בין פרופילים מיקרוביאליים לתוצאות קליניות, החוקרים ניסו להשתמש בנתוני ריצוף גנים של 16S rRNA כדי לזהות מאפיינים של המיקרוביום שחוזים הישרדות. ב-AC-ICAM246, החוקרים הריצו מודל רגרסיה OS Cox שבחר 41 מאפיינים עם מקדמים שאינם אפס (הקשורים לסיכון תמותה דיפרנציאלי), הנקראים מסווגי MBR (איור 3f).
בקבוצת אימון זו (ICAM246), ציון MBR נמוך (MBR<0, MBR נמוך) היה קשור לסיכון נמוך משמעותית למוות (85%). החוקרים אישרו את הקשר בין MBR נמוך (סיכון) לבין שרידות כללית ממושכת בשתי קבוצות שאומתו באופן עצמאי (ICAM42 ו-TCGA-COAD). (איור 3) המחקר הראה מתאם חזק בין ציוני קוקוס אנדוגסטרי לבין ציון MBR, שהיו דומים ברקמת גידול וברקמת מעי גס בריאה.
איור 3. מיקרוביום בגידול וברקמות בריאות והקשר בין ICR לבין הישרדות המטופל.
מַסְקָנָה
גישת המולטי-אומיקס ששימשה במחקר זה מאפשרת גילוי וניתוח יסודיים של החתימה המולקולרית של התגובה החיסונית בסרטן המעי הגס וחושפת את האינטראקציה בין המיקרוביום למערכת החיסון. ריצוף TCR עמוק של גידול ורקמות בריאות גילה כי ההשפעה הפרוגנוסטית של ICR עשויה לנבוע מיכולתו ללכוד שיבוטים של תאי T מועשרים בגידול ואולי גם ספציפיים לאנטיגן הגידול.
על ידי ניתוח הרכב המיקרוביום של הגידול באמצעות ריצוף גנים של 16S rRNA בדגימות AC-ICAM, הצוות זיהה חתימת מיקרוביום (ציון סיכון MBR) בעלת ערך פרוגנוסטי חזק. למרות שחתימה זו נגזרה מדגימות גידול, נמצא מתאם חזק בין מעי גס בריא לציון הסיכון MBR של הגידול, דבר המצביע על כך שחתימה זו עשויה ללכוד את הרכב המיקרוביום של המעי של החולים. על ידי שילוב ציוני ICR ו-MBR, ניתן היה לזהות ולאמת סמן ביולוגי רב-אומי של סטודנט, אשר מנבא הישרדות בחולים עם סרטן המעי הגס. מערך הנתונים הרב-אומי של המחקר מספק משאב להבנה טובה יותר של הביולוגיה של סרטן המעי הגס ולסיוע בגילוי גישות טיפוליות מותאמות אישית.
זמן פרסום: 15 ביוני 2023
הגדרות פרטיות