Nat Med | Cách tiếp cận đa trường học để lập bản đồ khối u tích hợp

Nat Med | Một cách tiếp cận đa trường học để ánh xạ khối u tích hợp, cảnh quan miễn dịch và vi sinh vật 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 ấn sinh học đối với 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 chuyển hóa nút-LYMPH của khối u và phát hiện các khiếm khuyết sửa chữa không khớp DNA (MMR) hoặc không ổn định vi mô (MSI) (ngoài xét nghiệm bệnh lý tiêu chuẩn) để xác định đề xuất điều trị. Các nhà nghiên cứu đã lưu ý thiếu sự liên kết giữa các phản ứng miễn dịch dựa trên biểu hiện gen, hồ sơ vi sinh vật và stroma khối u trong đoàn hệ ung thư đại trực tràng ATLAS ATLAS (TCGA) và sự sống sót của bệnh nhân.

Khi nghiên cứu đã tiến triển, các đặc điểm định lượng của ung thư đại trực tràng nguyên phát, bao gồm tính chất tế bào ung thư, miễn dịch, mô hình hoặc vi sinh vật của ung thư, đã được báo cáo có mối tương quan đáng kể với kết quả lâm sàng, nhưng vẫn có sự hiểu biết hạn chế về cách tương tác của họ ảnh hưởng đến kết quả của bệnh nhân.
Để phân tích mối quan hệ giữa sự phức tạp và kết quả của kiểu hình, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện nghiên cứu y học SIDRA ở Qatar gần đây đã phát triển và xác nhận điểm số tích hợp (kính hiển vi) xác định một nhóm bệnh nhân có tỷ lệ sống sót tốt bằng cách kết hợp các đặc điểm của microbiome và các hằng số từ chối miễn dịch (ICR). Nhóm nghiên cứu đã thực hiện một phân tích bộ gen toàn diện về các mẫu đông lạnh mới từ 348 bệnh nhân bị ung thư đại trực tràng chính, bao gồm trình tự RNA của các khối u và các mô đại trực tràng khỏe mạnh phù hợp, toàn bộ trình tự exome, thụ thể tế bào T sâu và trình tự gen RRNA 16S. Nghiên cứu được công bố trong Nature Medicine với tư cách là một khối u tích hợp, miễn dịch và microbiome của ung thư ruột kết.

Bài báo được xuất bản trong Y học Tự nhiên

Tổng quan AC-ICAM

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

Phân loại phân tử bằng ICR

Việc nắm bắt một bộ mô-đun các dấu hiệu di truyền miễn dịch đối với khả năng điều trị miễn dịch ung thư liên tục, được gọi là hằng số miễn dịch từ chối (ICR), nhóm nghiên cứu đã tối ưu hóa ICR bằng cách ngưng tụ nó thành một bảng điều khiển 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 đã 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/phân nhóm miễn dịch: ICR cao (khối u nóng), ICR trung bình và ICR thấp (khối u lạnh) (Hình 1B). Các nhà nghiên cứu đặc trưng cho xu hướng miễn dịch liên quan đến các phân tử phân tử đồng thuận (CMS), một phân loại dựa trên bảng điểm của ung thư ruột kết. Các loại 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 một số con đường tế bào ung thư trong tất cả các phân nhóm CMS và mối tương quan tích cực với các con đường ức chế miễn dịch và liên quan đến stromal chỉ được quan sát thấy trong các khối u CMS4.

Trong tất cả các CMS, sự phong phú của các tập hợp tế bào và tế bào T tự nhiên (NK) là cao nhất trong các phân nhóm miễn dịch cao ICR, với sự thay đổi lớn hơn trong các tập hợp bạch cầu khác (Hình 1C). Các phân nhóm miễn dịch.

Hình 1. Thiết kế nghiên cứu AC-ICAM, chữ ký gen liên quan đến miễn dịch, các phân nhóm miễn dịch và phân tử.
ICR nắm bắt các tế bào T làm giàu khối u, được khuếch đại vô tính
Chỉ có một số ít các tế bào T xâm nhập vào mô khối u đã được báo cáo là đặc hiệu cho các kháng nguyên khối u (dưới 10%). Do đó, phần lớn các tế bào T trong khối u được gọi là các tế bào T người ngoài cuộc (các tế bào T của người ngoài cuộc). Mối tương quan mạnh nhất với số lượng tế bào T thông thường có TCR sản xuất được quan sát thấy trong các quần thể tế bào cơ 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), tính vô tính cao nhất của SEQ TCR miễn dịch đã được quan sát thấy trong các nhóm CMS1/miễn dịch CMS1/CMS (Hình 2), với tỷ lệ cao nhất của các khối u cao ICR. Sử dụng toàn bộ phiên mã (18.270 gen), sáu gen ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA và CXCL10) nằm trong số mười gen hàng đầu được liên kết tích cực với tính vô tính SEQ miễn dịch TCR (Hình 2D). Sự vô tính của Immunoseq TCR tương quan mạnh mẽ hơn với hầu hết các gen ICR so với các tương quan được quan sát bằng cách sử dụng các dấu hiệu CD8+ đáp ứng khối u (Hình 2F và 2G). Tóm lại, phân tích ở trên cho thấy chữ ký ICR nắm bắt sự hiện diện của các tế bào T được làm giàu khối u, được khuếch đại vô tính và có thể giải thích ý nghĩa tiên lượng của nó.

Hình 2. Các số liệu TCR và mối tương quan với các gen liên quan đến miễn dịch, các phân tử miễn dịch và phân tử.
Thành phần microbiome trong các mô ung thư khỏe mạnh và ruột kết
Các nhà nghiên cứu đã thực hiện 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 nhận, các nhà nghiên cứu đã phân tích thêm dữ liệu giải trình tự gen 16S rRNA từ 42 mẫu khối u không phù hợp với DNA bình thường để phân tích. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã 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 đã tăng đáng kể trong các khối u so với các mẫu khỏe mạnh (Hình 3A-3D). Không có sự khác biệt đáng kể về sự đa dạng alpha (sự đa dạng và sự phong phú của các loài trong một mẫu duy nhất) giữa các mẫu khối u và các mẫu khỏe mạnh, và sự giảm đa dạng của vi sinh vật đã được quan sát thấy trong các khối u cao ICR so với khối u thấp ICR.
Để phát hiện các mối liên quan liên quan đến lâm sàng giữa các hồ sơ vi sinh vật 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 microbiome dự đoán sự sống sót. Tại AC-ICAM246, các nhà nghiên cứu đã điều hành mô hình hồi quy OS Cox đã chọn 41 tính năng với các hệ số khác không (liên quan đến nguy cơ tử vong khác biệt), được gọi là 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 HĐH kéo dài trong hai đoàn hệ được xác nhận độc lập (ICAM42 và TCGA-COAD). .

Hình 3. Microbiome trong khối u và các mô khỏe mạnh và mối quan hệ với ICR và sự sống sót của bệnh nhân.
Phần kết luận
Phương pháp đa thành phố được sử dụng trong nghiên cứu này cho phép phát hiện và phân tích kỹ lưỡng chữ ký 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. Trình tự TCR sâu của khối u và các mô khỏe mạnh cho thấy hiệu ứng tiên lượng của ICR có thể là do khả năng thu hút khối u và có thể làm giàu khối u tế bào T đặc hiệu với khối u.

Bằng cách phân tích thành phần microbiome khối u bằng cách sử dụng trình tự gen 16S rRNA trong các mẫu AC-ICAM, nhóm đã xác định chữ ký microbiome (điểm rủi ro MBR) với giá trị tiên lượng mạnh. Mặc dù chữ ký này có nguồn gốc từ các mẫu khối u, nhưng có một mối tương quan mạnh mẽ giữa điểm tương đương với sức khỏe và điểm số MBR khối u, cho thấy rằng chữ ký này có thể nắm bắt được thành phần microbiome ruột của bệnh nhân. Bằng cách kết hợp điểm số ICR và MBR, có thể xác định và xác nhận một dấu ấn sinh học của nhiều sinh viên dự đoán sự sống sót ở bệnh nhân ung thư ruột kết. Bộ dữ liệu đa trung tâm 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 et al. Một khối u tích hợp, miễn dịch và microbiome của ung thư ruột kết. Nat Med 29, 1273 Từ1286 (2023).