נאט מד | גישה מולטי-אומיקה למיפוי הגידול המשולב

נאט מד | גישה מולטי-אומיקה למיפוי הנוף המשולב של הגידול, החיסון והמיקרוביאלי של סרטן המעי הגס חושפת את האינטראקציה של המיקרוביום עם מערכת החיסון
למרות שסמנים ביולוגיים לסרטן המעי הגס ראשוני נחקרו בהרחבה בשנים האחרונות, ההנחיות הקליניות הנוכחיות מסתמכות רק על שלב גידול-בלוטות לימפה-גרורות וזיהוי של פגמים ב-DNA Mismatch Repair (MMR) או אי-יציבות מיקרו-לוויין (MSI) (בנוסף לבדיקות פתולוגיה סטנדרטיות ) כדי לקבוע המלצות לטיפול. חוקרים ציינו חוסר קשר בין תגובות חיסוניות המבוססות על ביטוי גנים, פרופילים מיקרוביאליים וסטרומה של הגידול בקבוצת סרטן המעי הגס והחלחולת (Cancer Genome Atlas (TCGA) לבין הישרדות החולה.

ככל שהמחקר התקדם, דווחו כי מאפיינים כמותיים של סרטן המעי הגס ראשוני, כולל אופי סרטן תאי, חיסוני, סטרומלי או מיקרוביאלי של הסרטן, מתואמים באופן משמעותי עם התוצאות הקליניות, אך עדיין קיימת הבנה מוגבלת כיצד האינטראקציות שלהם משפיעות על תוצאות המטופל. .
כדי לנתח את הקשר בין מורכבות פנוטיפית לתוצאה, צוות חוקרים ממכון סידרה למחקר רפואי בקטאר פיתח לאחרונה ואימת ציון משולב (mICRoScore) המזהה קבוצת חולים עם שיעורי הישרדות טובים על ידי שילוב של מאפייני מיקרוביום ודחייה חיסונית קבועים (ICR). הצוות ביצע ניתוח גנומי מקיף של דגימות קפואות טריות מ-348 חולים עם סרטן המעי הגס ראשוני, כולל רצף RNA של גידולים ורקמות מעי גס בריאה, רצף אקסום שלם, קולטן תאי T עמוק ורצף גן rRNA חיידקי 16S, בתוספת גידול שלם. רצף גנום כדי לאפיין עוד יותר את המיקרוביום. המחקר פורסם ב-Nature Medicine כ"אטלס גידול משולב, חיסון ומיקרוביום של סרטן המעי הגס".

מאמר פורסם ב- Nature Medicine

סקירה כללית של AC-ICAM

החוקרים השתמשו בפלטפורמה גנומית אורתוגונלית כדי לנתח דגימות גידול קפואות טריות והתאמת רקמת המעי הגס בריאה סמוכה (זוגות נורמליים של גידולים) מחולים עם אבחנה היסטולוגית של סרטן המעי הגס ללא טיפול מערכתי. בהתבסס על רצף אקסומים שלמים (WES), בקרת איכות נתונים של RNA-seq וסקר קריטריוני הכללה, נשמרו נתונים גנומיים מ-348 חולים ושימשו לניתוח במורד הזרם עם מעקב חציוני של 4.6 שנים. צוות המחקר קרא למשאב זה Sidra-LUMC AC-ICAM: מפה ומדריך לאינטראקציות בין סרטן חיסון-מיקרוביום (איור 1).

סיווג מולקולרי באמצעות ICR

תוך לכידת סט מודולרי של סמנים גנטיים חיסוניים למעקב חיסוני מתמשך של סרטן, הנקרא הקבוע החיסוני של דחייה (ICR), צוות המחקר ייעל את ה-ICR על ידי עיבויו לפאנל של 20 גנים המכסה סוגי סרטן שונים, כולל מלנומה, סרטן שלפוחית ​​השתן, ו סרטן השד. ICR נקשר גם לתגובת אימונותרפיה במגוון סוגי סרטן, כולל סרטן השד.

ראשית, החוקרים אימתו את חתימת ה-ICR של קבוצת AC-ICAM, תוך שימוש בגישת סיווג משותף מבוסס-גנים ICR כדי לסווג את העוקבה לשלושה אשכולות/תתי-סוגים חיסוניים: ICR גבוה (גידולים חמים), ICR בינוני ו-ICR נמוך (קר גידולים) (איור 1ב). חוקרים אפיינו את הנטייה החיסונית הקשורה בתתי סוגים מולקולריים של קונצנזוס (CMS), סיווג מבוסס תעתיקים של סרטן המעי הגס. קטגוריות ה-CMS כללו CMS1/אימונית, CMS2/קנונית, CMS3/מטבולית ו-CMS4/mesenchymal. ניתוח הראה כי ציוני ICR היו בקורלציה שלילית עם מסלולים מסוימים של תאים סרטניים בכל תת-הסוגים של CMS, ומתאמים חיוביים עם מסלולים מדכא חיסון ומסלולים הקשורים לסטרומה נצפו רק בגידולי CMS4.

בכל ה-CMS, השפע של תאי הרוצח הטבעי (NK) ותת-תאי ה-T היה הגבוה ביותר בתתי-סוגים חיסוניים גבוהים של ICR, עם שונות גדולה יותר בתת-קבוצות אחרות של לויקוציטים (איור 1c). לתת-סוגי חיסון של ICR היו שונים במערכת ההפעלה וב-PFS, עם עלייה מתקדמת. ב-ICR מנמוך לגבוה (איור 1ד), המאמת את התפקיד הפרוגנוסטי של ICR בסרטן המעי הגס.

איור 1. עיצוב מחקר AC-ICAM, חתימת גנים הקשורים למערכת החיסון, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים והישרדות.
ICR לוכד תאי T מועשרים בגידול, מוגברים שיבוטים
רק מיעוט מתאי T החודרים לרקמת הגידול דווחו כספציפיים לאנטיגנים של הגידול (פחות מ-10%). לכן, רוב תאי T תוך גידולי מכונים תאי T מהצד (תאי T מהצד). המתאם החזק ביותר עם מספר תאי T קונבנציונליים עם TCR פרודוקטיביים נצפה בתת אוכלוסיות של תאי סטרומה ולויקוציטים (זוהה על ידי RNA-seq), אשר ניתן להשתמש בהם כדי להעריך תת אוכלוסיות של תאי T (איור 2א). באשכולות ה-ICR (סיווג כולל ו-CMS), נצפתה השיבוט הגבוה ביותר של TCRs חיסוני SEQ בקבוצות תת-סוג CMS1/אימוניות ברמת ICR ו-CMS (איור 2c), עם השיעור הגבוה ביותר של גידולים בעלי רמת ICR גבוהה. באמצעות התעתיק השלם (18,270 גנים), שישה גנים ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA ו-CXCL10) היו בין עשרת הגנים המובילים הקשורים באופן חיובי לשיבוט SEQ חיסוני של TCR (איור 2d). השיבוט של ImmunoSEQ TCR נמצא בקורלציה חזקה יותר עם רוב הגנים של ICR מאשר המתאמים שנצפו באמצעות סמני CD8+ המגיבים לגידול (איור 2f ו-2g). לסיכום, הניתוח שלעיל מצביע על כך שחתימת ה-ICR לוכדת את נוכחותם של תאי T מועשרים בגידול, מוגברים בשיבוט ועשויה להסביר את ההשלכות הפרוגנוסטיות שלו.

איור 2. מדדי TCR ומתאם עם גנים הקשורים למערכת החיסון, תת-סוגים חיסוניים ומולקולריים.
הרכב מיקרוביום ברקמות בריאות וברקמות סרטן המעי הגס
החוקרים ביצעו רצף rRNA של 16S באמצעות DNA שהופק מרקמת גידול תואמת ורקמת מעי גס בריאה מ-246 חולים (איור 3א). לצורך אימות, החוקרים ניתחו בנוסף נתוני רצף גנים של 16S rRNA מ-42 דגימות נוספות של גידולים שלא היו תואמים ל-DNA רגיל זמין לניתוח. ראשית, החוקרים השוו את השפע היחסי של הפלורה בין גידולים תואמים לרקמת המעי הגס בריאה. Clostridium perfringens גדל באופן משמעותי בגידולים בהשוואה לדגימות הבריאות (איור 3a-3d). לא היה הבדל מובהק בגיוון אלפא (גיוון ושכיחות מינים בדגימה בודדת) בין דגימות גידול ודגימות בריאות, ונצפתה הפחתה מתונה במגוון המיקרוביאלי בגידולים בעלי ICR גבוה ביחס לגידולים בעלי ICR נמוך.
כדי לזהות קשרים רלוונטיים מבחינה קלינית בין פרופילים מיקרוביאליים ותוצאות קליניות, החוקרים שאפו להשתמש בנתוני רצף גנים של 16S rRNA כדי לזהות תכונות מיקרוביום המנבאות הישרדות. ב-AC-ICAM246, החוקרים הפעילו מודל רגרסיה של OS Cox שבחר 41 תכונות עם מקדמים שאינם אפס (הקשורים לסיכון תמותה דיפרנציאלי), הנקראים מסווגים MBR (איור 3ו).
בקבוצת אימון זו (ICAM246), ציון MBR נמוך (MBR<0, MBR נמוך) היה קשור לסיכון נמוך משמעותית למוות (85%). חוקרים אישרו את הקשר בין MBR נמוך (סיכון) ומערכת הפעלה ממושכת בשתי קבוצות מאומתות באופן עצמאי (ICAM42 ו-TCGA-COAD). (איור 3) המחקר הראה מתאם חזק בין ציוני cocci אנדוגסטריים וציוני MBR, שהיו דומים בגידול וברקמת המעי הגס בריאה.

איור 3. מיקרוביום בגידול וברקמות בריאות והקשר עם ICR והישרדות המטופל.
מַסְקָנָה
גישת המולטי-אומיקה המשמשת במחקר זה מאפשרת זיהוי 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 שהאפקט הפרוגנוסטי של ICR עשוי לנבוע מיכולתו ללכוד שיבוטים של תאי T מועשרים בגידול ואולי לאנטיגן ספציפי לגידול.

על ידי ניתוח הרכב המיקרוביום של הגידול באמצעות רצף גנים 16S rRNA בדגימות AC-ICAM, הצוות זיהה חתימת מיקרוביום (ניקוד סיכון MBR) עם ערך פרוגנוסטי חזק. למרות שחתימה זו נגזרה מדגימות גידולים, היה מתאם חזק בין מעי גס בריא וציון סיכון MBR של גידול, דבר המצביע על כך שחתימה זו עשויה ללכוד את הרכב המיקרוביום של המעי של החולים. על ידי שילוב של ציוני ICR ו-MBR, ניתן היה לזהות ולאמת סמן ביולוגי רב-אומי של סטודנטים המנבא הישרדות בחולים עם סרטן המעי הגס. מערך הנתונים הרב-אומי של המחקר מספק משאב להבנה טובה יותר של הביולוגיה של סרטן המעי הגס ולסייע בגילוי גישות טיפוליות מותאמות אישית.

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