Nat Med | Một cách tiếp cận đa omics để lập bản đồ khối u tích hợp

Nat Med | Một cách tiếp cận đa omics để lập bản đồ khối u tích hợp, bối cảnh miễn dịch và vi khuẩn của ung thư đại trực tràng cho thấy sự tương tác của hệ vi sinh vật với hệ thống miễn dịch
Mặc dù các dấu hiệu sinh học cho bệnh ung thư ruột kết nguyên phát đã được nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây, các hướng dẫn lâm sàng hiện tại chỉ dựa vào giai đoạn di căn của khối u-hạch bạch huyết và phát hiện các khiếm khuyết sửa chữa không khớp DNA (MMR) hoặc sự mất ổn định vi vệ tinh (MSI) (ngoài xét nghiệm bệnh lý tiêu chuẩn). ) để xác định các khuyến nghị điều trị. Các nhà nghiên cứu đã ghi nhận sự thiếu liên quan giữa các phản ứng miễn dịch dựa trên biểu hiện gen, hồ sơ vi khuẩn và mô đệm khối u trong đoàn hệ ung thư đại trực tràng Cancer Genome Atlas (TCGA) và khả năng sống sót của bệnh nhân.

Khi nghiên cứu tiến triển, các đặc điểm định lượng của ung thư đại trực tràng nguyên phát, bao gồm bản chất tế bào ung thư, miễn dịch, mô đệm hoặc vi khuẩn của ung thư, đã được báo cáo là có mối tương quan đáng kể với kết quả lâm sàng, nhưng vẫn còn hạn chế hiểu biết về sự tương tác của chúng ảnh hưởng đến kết quả của bệnh nhân như thế nào. .
Để phân tích mối quan hệ giữa độ phức tạp về kiểu hình và kết quả, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu y tế Sidra ở Qatar gần đây đã phát triển và xác nhận một điểm tích hợp (mICRoScore) xác định một nhóm bệnh nhân có tỷ lệ sống sót tốt bằng cách kết hợp các đặc điểm của hệ vi sinh vật và sự đào thải miễn dịch. hằng số (ICR). Nhóm nghiên cứu đã thực hiện phân tích toàn diện bộ gen của các mẫu tươi đông lạnh từ 348 bệnh nhân mắc bệnh ung thư đại trực tràng nguyên phát, bao gồm giải trình tự RNA của khối u và mô đại trực tràng khỏe mạnh phù hợp, giải trình tự toàn bộ exome, thụ thể tế bào T sâu và giải trình tự gen rRNA của vi khuẩn 16S, được bổ sung bởi toàn bộ khối u. giải trình tự bộ gen để mô tả thêm đặc điểm của hệ vi sinh vật. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature Medicine với tên gọi “Một bản đồ khối u, miễn dịch và hệ vi sinh vật tích hợp của ung thư ruột kết”.

Bài báo đăng trên tạp chí Y học Tự nhiên

Tổng quan về AC-ICAM

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng nền tảng gen trực giao để phân tích các mẫu khối u đông lạnh mới và kết hợp mô đại tràng khỏe mạnh lân cận (cặp khối u-bình thường) từ các bệnh nhân được chẩn đoán mô học là ung thư ruột kết mà không cần điều trị toàn thân. Dựa trên giải trình tự toàn bộ exome (WES), kiểm soát chất lượng dữ liệu RNA-seq và sàng lọc tiêu chí đưa vào, dữ liệu bộ gen từ 348 bệnh nhân được giữ lại và sử dụng để phân tích tiếp theo với thời gian theo dõi trung bình là 4,6 năm. Nhóm nghiên cứu đặt tên tài nguyên này là Sidra-LUMC AC-ICAM: Bản đồ và hướng dẫn về các tương tác miễn dịch-ung thư-hệ vi sinh vật (Hình 1).

Phân loại phân tử bằng ICR

Bằng cách thu thập một bộ mô-đun các dấu hiệu di truyền miễn dịch để theo dõi miễn dịch ung thư liên tục, được gọi là hằng số đào thải miễn dịch (ICR), nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa ICR bằng cách cô đặc nó thành một bảng 20 gen bao gồm các loại ung thư khác nhau, bao gồm khối u ác tính, ung thư bàng quang và ung thư vú. ICR cũng có liên quan đến đáp ứng liệu pháp miễn dịch ở nhiều loại ung thư, bao gồm cả ung thư vú.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu xác nhận chữ ký ICR của đoàn hệ AC-ICAM, sử dụng phương pháp đồng phân loại dựa trên gen ICR để phân loại đoàn hệ thành ba cụm/loại phụ miễn dịch: ICR cao (khối u nóng), ICR trung bình và ICR thấp (lạnh). khối u) (Hình 1b). Các nhà nghiên cứu đã mô tả xu hướng miễn dịch liên quan đến các phân nhóm phân tử đồng thuận (CMS), một phân loại ung thư ruột kết dựa trên bảng điểm. các danh mục CMS bao gồm CMS1/miễn dịch, CMS2/canonical, CMS3/chuyển hóa và CMS4/trung mô. Phân tích cho thấy điểm ICR có mối tương quan nghịch với các con đường tế bào ung thư nhất định trong tất cả các phân nhóm CMS và mối tương quan tích cực với các con đường liên quan đến ức chế miễn dịch và liên quan đến mô đệm chỉ được quan sát thấy trong các khối u CMS4.

Trong tất cả các CMS, sự phong phú của các tập hợp tế bào tiêu diệt tự nhiên (NK) và tế bào T là cao nhất ở các phân nhóm miễn dịch cao ICR, với sự biến đổi lớn hơn trong các tập hợp con bạch cầu khác (Hình 1c). Các phân nhóm miễn dịch ICR có hệ điều hành và PFS khác nhau, với mức tăng dần trong ICR từ thấp đến cao (Hình 1d), xác nhận vai trò tiên lượng của ICR trong ung thư đại trực tràng.

Hình 1. Thiết kế nghiên cứu AC-ICAM, dấu hiệu gen liên quan đến miễn dịch, các phân nhóm miễn dịch và phân tử và khả năng sống sót.
ICR thu thập các tế bào T được khuếch đại vô tính, được làm giàu bằng khối u
Chỉ một số ít tế bào T xâm nhập vào mô khối u được báo cáo là đặc hiệu với kháng nguyên khối u (dưới 10%). Do đó, phần lớn các tế bào T bên trong khối u được gọi là tế bào T bên ngoài (tế bào T bên ngoài). Mối tương quan mạnh nhất với số lượng tế bào T thông thường có TCR sản xuất đã được quan sát thấy trong các quần thể tế bào cơ địa và bạch cầu (được phát hiện bởi RNA-seq), có thể được sử dụng để ước tính các quần thể tế bào T (Hình 2a). Trong các cụm ICR (phân loại tổng thể và CMS), dòng vô tính cao nhất của các TCR SEQ miễn dịch đã được quan sát thấy trong phân nhóm CMS1/nhóm miễn dịch có ICR cao và CMS (Hình 2c), với tỷ lệ khối u cao ICR cao nhất. Sử dụng toàn bộ bản phiên mã (18.270 gen), sáu gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA và CXCL10) nằm trong số mười gen hàng đầu có liên quan tích cực với dòng vô tính SEQ miễn dịch TCR (Hình 2d). Dòng vô tính của ImmunoSEQ TCR tương quan mạnh hơn với hầu hết các gen ICR so với mối tương quan được quan sát bằng cách sử dụng các dấu hiệu CD8+ đáp ứng với khối u (Hình 2f và 2g). Tóm lại, phân tích trên cho thấy rằng chữ ký ICR nắm bắt được sự hiện diện của các tế bào T được khuếch đại vô tính, được làm giàu bằng khối u và có thể giải thích ý nghĩa tiên lượng của nó.

Hình 2. Số liệu TCR và mối tương quan với các gen liên quan đến miễn dịch, các phân nhóm miễn dịch và phân tử.
Thành phần vi sinh vật trong các mô khỏe mạnh và ung thư ruột kết
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện giải trình tự 16S rRNA bằng cách sử dụng DNA được chiết xuất từ ​​​​khối u phù hợp và mô đại tràng khỏe mạnh từ 246 bệnh nhân (Hình 3a). Để xác thực, các nhà nghiên cứu đã phân tích bổ sung dữ liệu giải trình tự gen 16S rRNA từ thêm 42 mẫu khối u không khớp với DNA bình thường có sẵn để phân tích. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu so sánh sự phong phú tương đối của hệ thực vật giữa các khối u phù hợp và mô đại tràng khỏe mạnh. Clostridium perfringens tăng đáng kể ở các khối u so với các mẫu khỏe mạnh (Hình 3a-3d). Không có sự khác biệt đáng kể về tính đa dạng alpha (sự đa dạng và phong phú của các loài trong một mẫu) giữa khối u và mẫu khỏe mạnh, và sự giảm nhẹ về đa dạng vi khuẩn đã được quan sát thấy ở các khối u có ICR cao so với các khối u có ICR thấp.
Để phát hiện mối liên quan có liên quan đến lâm sàng giữa cấu hình vi khuẩn và kết quả lâm sàng, các nhà nghiên cứu nhằm mục đích sử dụng dữ liệu giải trình tự gen 16S rRNA để xác định các đặc điểm của hệ vi sinh vật dự đoán khả năng sống sót. Tại AC-ICAM246, các nhà nghiên cứu đã chạy mô hình hồi quy OS Cox trong đó chọn 41 đặc điểm có hệ số khác 0 (liên quan đến rủi ro tử vong khác biệt), được gọi là bộ phân loại MBR (Hình 3f).
Trong đoàn hệ đào tạo này (ICAM246), điểm MBR thấp (MBR<0, MBR thấp) có liên quan đến nguy cơ tử vong thấp hơn đáng kể (85%). Các nhà nghiên cứu đã xác nhận mối liên quan giữa MBR thấp (rủi ro) và hệ điều hành kéo dài trong hai đoàn hệ được xác thực độc lập (ICAM42 và TCGA-COAD). (Hình 3) Nghiên cứu cho thấy mối tương quan chặt chẽ giữa điểm cầu khuẩn nội dạ dày và điểm MBR, tương tự ở khối u và mô đại tràng khỏe mạnh.

Hình 3. Hệ vi sinh vật trong khối u và các mô khỏe mạnh cũng như mối quan hệ với ICR và khả năng sống sót của bệnh nhân.
Phần kết luận
Phương pháp tiếp cận đa omics được sử dụng trong nghiên cứu này cho phép phát hiện và phân tích kỹ lưỡng dấu hiệu phân tử của phản ứng miễn dịch trong ung thư đại trực tràng và cho thấy sự tương tác giữa hệ vi sinh vật và hệ thống miễn dịch. Giải trình tự TCR sâu của khối u và các mô khỏe mạnh cho thấy tác dụng tiên lượng của ICR có thể là do khả năng bắt giữ các dòng vô tính tế bào T đặc hiệu với kháng nguyên khối u và có thể làm giàu khối u.

Bằng cách phân tích thành phần hệ vi sinh vật khối u bằng cách sử dụng trình tự gen 16S rRNA trong các mẫu AC-ICAM, nhóm nghiên cứu đã xác định được dấu hiệu của hệ vi sinh vật (điểm rủi ro MBR) có giá trị tiên lượng cao. Mặc dù dấu hiệu này được lấy từ các mẫu khối u, nhưng có mối tương quan chặt chẽ giữa điểm rủi ro MBR của khối u và đại trực tràng khỏe mạnh, cho thấy rằng dấu hiệu này có thể nắm bắt được thành phần hệ vi sinh vật đường ruột của bệnh nhân. Bằng cách kết hợp điểm ICR và MBR, có thể xác định và xác nhận dấu ấn sinh học đa omic dự đoán khả năng sống sót ở bệnh nhân ung thư ruột kết. Bộ dữ liệu đa omic của nghiên cứu cung cấp một nguồn tài nguyên để hiểu rõ hơn về sinh học ung thư ruột kết và giúp khám phá các phương pháp trị liệu được cá nhân hóa.

Thẩm quyền giải quyết:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI và cộng sự. Một khối u tích hợp, bản đồ miễn dịch và hệ vi sinh vật của ung thư ruột kết. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).