Nat med | Dull aml-omics o fapio'r tiwmor integredig

Nat med | Mae dull aml-omics o fapio tirwedd tiwmor integredig, imiwnedd a microbaidd canser y colon a'r rhefr yn datgelu rhyngweithiad y microbiome â'r system imiwnedd
Er bod biofarcwyr ar gyfer canser y colon cynradd wedi cael eu hastudio'n helaeth yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae canllawiau clinigol cyfredol yn dibynnu ar ddim ond ar lwyfannu a chanfod diffygion camgymhariad DNA (MMR) neu ganfod nodau trwsio camgymhariad DNA (MMR) neu ansefydlogrwydd microsatellite (MSI) (yn ychwanegol at brofion patholeg safonol) i bennu. Mae ymchwilwyr wedi nodi diffyg cysylltiad rhwng ymatebion imiwnedd ar sail mynegiant genynnau, proffiliau microbaidd, a stroma tiwmor yn y garfan canser colorectol atlas canser Genom (TCGA) a goroesiad cleifion.

Wrth i ymchwil fynd yn ei flaen, adroddwyd bod nodweddion meintiol canser colorectol cynradd, gan gynnwys natur gellog canser, imiwn, stromal neu ficrobaidd y canser, yn cydberthyn yn sylweddol â chanlyniadau clinigol, ond mae dealltwriaeth gyfyngedig o hyd o sut mae eu rhyngweithiadau yn effeithio ar ganlyniadau cleifion.
Er mwyn dyrannu'r berthynas rhwng cymhlethdod a chanlyniad ffenotypig, datblygodd a dilysodd tîm o ymchwilwyr o Sefydliad Ymchwil Feddygol Sidra yn Qatar sgôr integredig (microscore) sy'n nodi grŵp o gleifion â chyfraddau goroesi da trwy gyfuno nodweddion microbiome a chysonion gwrthod imiwnedd (ICR). Perfformiodd y tîm ddadansoddiad genomig cynhwysfawr o samplau wedi'u rhewi ffres gan 348 o gleifion â chanser colorectol cynradd, gan gynnwys dilyniant RNA o diwmorau a chyfateb meinwe colorectol iach, dilyniant exome cyfan, derbynnydd celloedd-T dwfn a nodweddion bacteriol 16S yn sesiwn miceri. Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn Nature Medicine fel “tiwmor integredig, atlas imiwnedd a microbiome o ganser y colon”.

Erthygl a gyhoeddwyd yn Nature Medicine

Trosolwg AC-ICAM

Defnyddiodd ymchwilwyr blatfform genomig orthogonal i ddadansoddi samplau tiwmor wedi'u rhewi'n ffres a chyfateb meinwe colon iach cyfagos (parau tiwmor-normal) gan gleifion â diagnosis histologig o ganser y colon heb therapi systemig. Yn seiliedig ar ddilyniant cyfan-exome (WES), rheolaeth ansawdd data RNA-seq, a sgrinio meini prawf cynhwysiant, cadwyd data genomig gan 348 o gleifion ar gyfer dadansoddiad i lawr yr afon gyda chanolrif dilynol o 4.6 blynedd. Fe enwodd y tîm ymchwil yr adnodd hwn Sidra-Lumc AC-ICAM: map a chanllaw i ryngweithio imiwnedd-canser-microbiome (Ffigur 1).

Dosbarthiad moleciwlaidd gan ddefnyddio ICR

Gan ddal set fodiwlaidd o farcwyr genetig imiwnedd ar gyfer imiwneiddio canser parhaus, a elwir yn gysonyn imiwnedd gwrthod (ICR), optimeiddiodd y tîm ymchwil yr ICR trwy ei gyddwyso i mewn i banel 20-genyn yn ymwneud â gwahanol fathau o ganser, gan gynnwys melanoma, canser y bledren, a chanser y fron. Mae ICR hefyd wedi bod yn gysylltiedig ag ymateb imiwnotherapi mewn amrywiaeth o fathau o ganser, gan gynnwys canser y fron.

Yn gyntaf, dilysodd yr ymchwilwyr lofnod ICR y garfan AC-ICAM, gan ddefnyddio dull cyd-ddosbarthu ar sail genynnau ICR i ddosbarthu'r garfan yn dri chlwstwr/isdeip imiwnedd: ICR uchel (tiwmorau poeth), ICR canolig ac ICR isel (tiwmorau oer) (Ffigur 1B). Roedd ymchwilwyr yn nodweddu'r tueddiad imiwnedd sy'n gysylltiedig ag isdeipiau moleciwlaidd consensws (CMS), dosbarthiad wedi'i seilio ar drawsgrifiad o ganser y colon. Roedd y categorïau CMS yn cynnwys CMS1/imiwnedd, CMS2/Canonaidd, CMS3/Metabolaidd a CMS4/Mesenchymal. Dangosodd dadansoddiad fod cydberthynas negyddol rhwng sgoriau ICR â rhai llwybrau celloedd canser ym mhob isdeip CMS, a gwelwyd cydberthynas gadarnhaol â llwybrau gwrthimiwnedd a chysylltiedig â stromal yn unig mewn tiwmorau CMS4.

Ym mhob CM, roedd digonedd o is -setiau celloedd celloedd a T Killer Naturiol (NK) ar ei uchaf yn isdeipiau imiwnedd uchel ICR, gyda mwy o amrywioldeb mewn is -setiau leukocyte eraill (Ffigur 1C). Roedd gan isdeipiau imiwnedd ECR wahanol OS a PFs, gyda chynnydd blaengar yn yr ICR o ganser uchel (Ffigur 1D).

Ffigur 1. Dyluniad astudiaeth AC-ICAM, llofnod genynnau sy'n gysylltiedig ag imiwnedd, isdeipiau imiwnedd a moleciwlaidd a goroesiad.
Mae ICR yn dal celloedd T wedi'u cyfoethogi gan diwmor, wedi'u chwyddo'n glonigol
Dim ond lleiafrif o gelloedd T sy'n ymdreiddio i feinwe tiwmor yr adroddwyd eu bod yn benodol ar gyfer antigenau tiwmor (llai na 10%). Felly, cyfeirir at fwyafrif y celloedd T o fewn tiwmor fel celloedd T gwrthwynebydd (celloedd T gwrthwynebydd). Gwelwyd y gydberthynas gryfaf â nifer y celloedd T confensiynol â TCRs cynhyrchiol mewn is-boblogaethau celloedd stromal a leukocyte (a ganfuwyd gan RNA-seq), y gellir ei ddefnyddio i amcangyfrif is-boblogaethau celloedd T (Ffigur 2A). Yn y clystyrau ICR (dosbarthiad cyffredinol a CMS), gwelwyd y clonality uchaf o TCRs SEQ imiwnedd yn yr isdeip ICR-Uchel ac CMS CMS1/grwpiau imiwnedd (Ffigur 2C), gyda'r gyfran uchaf o diwmorau ICR-uchel. Gan ddefnyddio'r trawsgrifiad cyfan (18,270 o enynnau), roedd chwe genyn ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA, a CXCL10) ymhlith y deg genyn uchaf sydd â chysylltiad cadarnhaol â chlonality SEQ imiwnedd TCR (Ffigur 2D). Roedd cydberthynas rhwng clonality immunoseq TCR yn gryfach â'r mwyafrif o enynnau ICR na'r cydberthynasau a welwyd gan ddefnyddio marcwyr CD8+ sy'n ymateb i diwmor (Ffigur 2F a 2G). I gloi, mae'r dadansoddiad uchod yn awgrymu bod y llofnod ICR yn cyfleu presenoldeb celloedd T wedi'u hychwanegu â thiwmor, wedi'u chwyddo'n glonigol ac y gall esbonio ei oblygiadau prognostig.

Ffigur 2. Metrigau TCR a chydberthynas â genynnau sy'n gysylltiedig ag imiwnedd, isdeipiau imiwnedd a moleciwlaidd.
Cyfansoddiad microbiome mewn meinweoedd canser iach a cholon
Perfformiodd yr ymchwilwyr ddilyniant rRNA 16S gan ddefnyddio DNA a dynnwyd o diwmor paru a meinwe colon iach gan 246 o gleifion (Ffigur 3A). Ar gyfer dilysu, dadansoddodd yr ymchwilwyr hefyd ddata dilyniannu genynnau rRNA 16S o 42 sampl tiwmor ychwanegol nad oedd ganddynt DNA arferol ar gael i'w ddadansoddi. Yn gyntaf, cymharodd yr ymchwilwyr ddigonedd cymharol fflora rhwng tiwmorau wedi'u paru a meinwe colon iach. Cynyddwyd clostridium perfringens yn sylweddol yn y tiwmorau o'i gymharu â'r samplau iach (Ffigur 3A-3D). Nid oedd gwahaniaeth arwyddocaol mewn amrywiaeth alffa (amrywiaeth a digonedd o rywogaethau mewn un sampl) rhwng tiwmor a samplau iach, a gwelwyd gostyngiad cymedrol mewn amrywiaeth microbaidd mewn tiwmorau ICR-uchel o'i gymharu â thiwmorau ICR-isel.
Er mwyn canfod cysylltiadau clinigol berthnasol rhwng proffiliau microbaidd a chanlyniadau clinigol, nod yr ymchwilwyr oedd defnyddio data dilyniannu genynnau rRNA 16S i nodi nodweddion microbiome sy'n rhagweld goroesiad. Yn AC-ICAM246, cynhaliodd yr ymchwilwyr fodel atchweliad OS Cox a ddewisodd 41 nodwedd gyda chyfernodau nad ydynt yn sero (yn gysylltiedig â risg marwolaeth wahaniaethol), o'r enw dosbarthwyr MBR (Ffigur 3F).
Yn y garfan hyfforddi hon (ICAM246), roedd sgôr MBR isel (MBR <0, MBR isel) yn gysylltiedig â risg sylweddol is o farwolaeth (85%). Cadarnhaodd ymchwilwyr y cysylltiad rhwng MBR isel (risg) ac OS hir mewn dwy garfan a ddilyswyd yn annibynnol (ICAM42 a TCGA-COAD). (Ffigur 3) Dangosodd yr astudiaeth gydberthynas gref rhwng sgoriau cocci endogastrig a MBR, a oedd yn debyg o ran tiwmor a meinwe colon iach.

Ffigur 3. Microbiome mewn tiwmor a meinweoedd iach a'r berthynas ag ICR a goroesiad cleifion.
Nghasgliad
Mae'r dull aml-omics a ddefnyddir yn yr astudiaeth hon yn galluogi canfod a dadansoddi llofnod moleciwlaidd yr ymateb imiwnedd mewn canser y colon a'r rhefr yn drylwyr ac yn datgelu'r rhyngweithio rhwng y microbiome a'r system imiwnedd. Datgelodd dilyniant TCR dwfn o diwmor a meinweoedd iach y gallai effaith prognostig ICR fod oherwydd ei allu i ddal clonau T celloedd T antigen-benodol i antigen-benodol tiwmor ac o bosibl.

Trwy ddadansoddi cyfansoddiad microbiome tiwmor gan ddefnyddio dilyniant genynnau rRNA 16S mewn samplau AC-ICAM, nododd y tîm lofnod microbiome (sgôr risg MBR) gyda gwerth prognostig cryf. Er bod y llofnod hwn yn deillio o samplau tiwmor, roedd cydberthynas gref rhwng colorectwm iach a sgôr risg MBR tiwmor, gan awgrymu y gallai'r llofnod hwn ddal cyfansoddiad microbiome perfedd cleifion. Trwy gyfuno sgoriau ICR a MBR, roedd yn bosibl nodi a dilysu biomarcwr myfyrwyr aml-omig sy'n rhagweld goroesiad mewn cleifion â chanser y colon. Mae set ddata aml-omig yr astudiaeth yn darparu adnodd i ddeall bioleg canser y colon yn well a helpu i ddarganfod dulliau therapiwtig wedi'u personoli.

Cyfeirnod:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, Ei et al. Atlas tiwmor integredig, imiwnedd a microbiome o ganser y colon. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).