نات ميد | نهج متعدد الأوميات لرسم خريطة الورم المتكامل

مجلة الطب الطبيعي | يكشف نهج متعدد الأوميات لرسم خريطة متكاملة للورم والجهاز المناعي والميكروبات في سرطان القولون والمستقيم عن تفاعل الميكروبيوم مع الجهاز المناعي
على الرغم من الدراسات المكثفة التي أُجريت على المؤشرات الحيوية لسرطان القولون الأولي في السنوات الأخيرة، فإن الإرشادات السريرية الحالية تعتمد فقط على تصنيف الورم والعقد اللمفاوية والنقائل، والكشف عن عيوب إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR) أو عدم استقرار الميكروساتلايت (MSI) (بالإضافة إلى الفحوصات المرضية القياسية) لتحديد توصيات العلاج. وقد لاحظ الباحثون عدم وجود ارتباط بين الاستجابات المناعية القائمة على التعبير الجيني، والملامح الميكروبية، ونسيج الورم في مجموعة بيانات أطلس جينوم السرطان (TCGA) لسرطان القولون والمستقيم، وبقاء المرضى على قيد الحياة.

مع تقدم الأبحاث، تم الإبلاغ عن أن الخصائص الكمية لسرطان القولون والمستقيم الأولي، بما في ذلك طبيعة السرطان الخلوية أو المناعية أو اللحمية أو الميكروبية، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالنتائج السريرية، ولكن لا يزال هناك فهم محدود لكيفية تأثير تفاعلاتها على نتائج المرضى.
لتحليل العلاقة بين التعقيد الظاهري ومآل المرض، قام فريق من الباحثين في معهد سدرة للأبحاث الطبية في قطر مؤخرًا بتطوير والتحقق من صحة مؤشر متكامل (mICRoScore) يُحدد مجموعة من المرضى ذوي معدلات البقاء على قيد الحياة الجيدة، وذلك من خلال الجمع بين خصائص الميكروبيوم وثوابت الرفض المناعي (ICR). أجرى الفريق تحليلًا جينوميًا شاملًا لعينات مجمدة حديثًا من 348 مريضًا مصابًا بسرطان القولون والمستقيم الأولي، شمل تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) للأورام وأنسجة القولون والمستقيم السليمة المطابقة، وتسلسل الإكسوم الكامل، والتسلسل العميق لمستقبلات الخلايا التائية وجين الحمض النووي الريبوزي البكتيري 16S، بالإضافة إلى تسلسل جينوم الورم الكامل لتوصيف الميكروبيوم بشكل أدق. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Medicine بعنوان "أطلس متكامل للورم والمناعة والميكروبيوم في سرطان القولون".

مقال منشور في مجلة نيتشر ميديسين

نظرة عامة على AC-ICAM

استخدم الباحثون منصة جينومية متخصصة لتحليل عينات أورام مجمدة حديثًا وأنسجة قولون سليمة مجاورة (أزواج الورم والنسيج الطبيعي) من مرضى تم تشخيص إصابتهم بسرطان القولون نسيجيًا دون تلقي علاج جهازي. وبناءً على تسلسل الإكسوم الكامل (WES) ومراقبة جودة بيانات تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA-seq) ومعايير الإدراج، تم الاحتفاظ بالبيانات الجينومية لـ 348 مريضًا واستخدامها في التحليل اللاحق بمتوسط ​​متابعة 4.6 سنوات. أطلق فريق البحث على هذا المورد اسم Sidra-LUMC AC-ICAM: خريطة ودليل لتفاعلات المناعة والسرطان والميكروبيوم (الشكل 1).

التصنيف الجزيئي باستخدام ICR

قام فريق البحث، من خلال تحديد مجموعة معيارية من المؤشرات الجينية المناعية للمراقبة المناعية المستمرة للسرطان، والتي تُعرف باسم ثابت الرفض المناعي (ICR)، بتحسين هذا الثابت عن طريق دمجه في لوحة تضم 20 جينًا تغطي أنواعًا مختلفة من السرطان، بما في ذلك سرطان الجلد وسرطان المثانة وسرطان الثدي. وقد رُبط ثابت الرفض المناعي أيضًا بالاستجابة للعلاج المناعي في أنواع مختلفة من السرطان، بما في ذلك سرطان الثدي.

في البداية، تحقق الباحثون من صحة بصمة ICR لمجموعة AC-ICAM، باستخدام منهجية التصنيف المشترك القائمة على جينات ICR لتصنيف المجموعة إلى ثلاث مجموعات/أنماط مناعية فرعية: ICR مرتفع (أورام ساخنة)، وICR متوسط، وICR منخفض (أورام باردة) (الشكل 1ب). وقد حدد الباحثون الاستعداد المناعي المرتبط بالأنماط الجزيئية المتفق عليها (CMS)، وهو تصنيف لسرطان القولون قائم على النسخ الجيني. وشملت فئات CMS: CMS1/مناعي، وCMS2/تقليدي، وCMS3/استقلابي، وCMS4/متوسطي. وأظهر التحليل أن درجات ICR كانت مرتبطة سلبًا ببعض مسارات الخلايا السرطانية في جميع الأنماط الفرعية لـ CMS، بينما لوحظت ارتباطات إيجابية مع المسارات المثبطة للمناعة والمتعلقة بالنسيج الضام فقط في أورام CMS4.

في جميع أنواع سرطان القولون والمستقيم، كان وفرة الخلايا القاتلة الطبيعية (NK) ومجموعات الخلايا التائية أعلى ما يمكن في الأنواع الفرعية المناعية ذات ICR العالية، مع تباين أكبر في مجموعات الكريات البيضاء الأخرى (الشكل 1ج). كان للأنواع الفرعية المناعية ICR معدلات بقاء إجمالية (OS) ومعدلات بقاء خالية من التقدم (PFS) مختلفة، مع زيادة تدريجية في ICR من منخفض إلى مرتفع (الشكل 1د)، مما يؤكد الدور التنبؤي لـ ICR في سرطان القولون والمستقيم.

الشكل 1. تصميم دراسة AC-ICAM، والتوقيع الجيني المتعلق بالمناعة، والأنواع الفرعية المناعية والجزيئية والبقاء على قيد الحياة.
يلتقط ICR الخلايا التائية الغنية بالأورام والمضخمة استنساخياً
أُفيد أن نسبة ضئيلة فقط من الخلايا التائية المتسللة إلى نسيج الورم متخصصة بمستضدات الورم (أقل من 10%). ولذلك، يُشار إلى غالبية الخلايا التائية داخل الورم باسم الخلايا التائية المجاورة. وقد لوحظ أقوى ارتباط بعدد الخلايا التائية التقليدية ذات مستقبلات الخلايا التائية المنتجة في مجموعات فرعية من الخلايا السدوية والخلايا الليمفاوية (تم الكشف عنها بواسطة تسلسل الحمض النووي الريبوزي)، والتي يمكن استخدامها لتقدير المجموعات الفرعية للخلايا التائية (الشكل 2أ). في مجموعات ICR (التصنيف العام وتصنيف CMS)، لوحظ أعلى مستوى من استنساخ مستقبلات الخلايا التائية المناعية SEQ في مجموعتي ICR-high وCMS1/immune (الشكل 2ج)، مع أعلى نسبة من أورام ICR-high. باستخدام كامل النسخ الجيني (18270 جينًا)، كانت ستة جينات من جينات ICR (IFNG، وSTAT1، وIRF1، وCCL5، وGZMA، وCXCL10) من بين الجينات العشرة الأولى المرتبطة إيجابيًا بنمط استنساخ TCR المناعي (الشكل 2د). وارتبط نمط استنساخ TCR المناعي ارتباطًا أقوى بمعظم جينات ICR مقارنةً بالارتباطات الملاحظة باستخدام مؤشرات CD8+ المستجيبة للورم (الشكلان 2و و2ز). وختامًا، يشير التحليل السابق إلى أن بصمة ICR تعكس وجود خلايا تائية متضخمة استنساخيًا وغنية بالورم، وقد تفسر دلالاتها التنبؤية.

الشكل 2. مقاييس مستقبلات الخلايا التائية وارتباطها بالجينات المتعلقة بالمناعة، والأنواع الفرعية المناعية والجزيئية.
تكوين الميكروبيوم في الأنسجة السليمة وأنسجة سرطان القولون
أجرى الباحثون تسلسل الحمض النووي الريبوزي 16S باستخدام الحمض النووي المستخلص من أنسجة القولون السليمة والورمية المتطابقة لدى 246 مريضًا (الشكل 3أ). وللتحقق من صحة النتائج، حلل الباحثون أيضًا بيانات تسلسل جين الحمض النووي الريبوزي 16S من 42 عينة ورمية إضافية لم يتوفر لها حمض نووي طبيعي مطابق للتحليل. في البداية، قارن الباحثون الوفرة النسبية للبكتيريا بين الأورام المتطابقة وأنسجة القولون السليمة. وقد لوحظ ارتفاع ملحوظ في بكتيريا كلوستريديوم بيرفرنجنز في الأورام مقارنةً بالعينات السليمة (الشكل 3أ-3د). لم يكن هناك فرق يُعتد به إحصائيًا في التنوع الألفا (تنوع ووفرة الأنواع في عينة واحدة) بين عينات الأورام والعينات السليمة، ولوحظ انخفاض طفيف في التنوع الميكروبي في الأورام ذات مؤشر ICR المرتفع مقارنةً بالأورام ذات مؤشر ICR المنخفض.
للكشف عن الارتباطات ذات الأهمية السريرية بين خصائص الميكروبات والنتائج السريرية، سعى الباحثون إلى استخدام بيانات تسلسل جين 16S rRNA لتحديد سمات الميكروبيوم التي تتنبأ بالبقاء على قيد الحياة. في مركز AC-ICAM246، أجرى الباحثون نموذج انحدار كوكس للبقاء على قيد الحياة، والذي اختار 41 سمة ذات معاملات غير صفرية (مرتبطة باختلاف خطر الوفاة)، تُسمى مصنفات MBR (الشكل 3f).
في هذه المجموعة التدريبية (ICAM246)، ارتبط انخفاض مؤشر MBR (MBR<0، انخفاض MBR) بانخفاض ملحوظ في خطر الوفاة (85%). وقد أكد الباحثون العلاقة بين انخفاض مؤشر MBR (الخطر) وتحسن معدل البقاء على قيد الحياة في مجموعتين تم التحقق من صحتهما بشكل مستقل (ICAM42 وTCGA-COAD). (الشكل 3) أظهرت الدراسة وجود ارتباط قوي بين المكورات المعوية ومؤشرات MBR، والتي كانت متقاربة في أنسجة القولون الورمية والسليمة.

الشكل 3. الميكروبيوم في الأورام والأنسجة السليمة وعلاقته بـ ICR وبقاء المريض على قيد الحياة.
خاتمة
يُمكّن النهج متعدد الأوميات المُستخدم في هذه الدراسة من الكشف والتحليل الدقيقين للبصمة الجزيئية للاستجابة المناعية في سرطان القولون والمستقيم، ويكشف عن التفاعل بين الميكروبيوم والجهاز المناعي. وقد أظهر التسلسل العميق لمستقبلات الخلايا التائية (TCR) في الأنسجة الورمية والسليمة أن التأثير التنبؤي لـ ICR قد يعود إلى قدرته على التقاط مستنسخات الخلايا التائية الغنية بالورم، وربما تلك الخاصة بمستضدات الورم.

من خلال تحليل تركيبة الميكروبيوم الورمي باستخدام تسلسل جين 16S rRNA في عينات AC-ICAM، حدد الفريق بصمة ميكروبية (مؤشر خطر MBR) ذات قيمة تنبؤية عالية. على الرغم من أن هذه البصمة مستمدة من عينات ورمية، فقد وُجد ارتباط قوي بين القولون والمستقيم السليم ومؤشر خطر MBR الورمي، مما يشير إلى أن هذه البصمة قد تعكس تركيبة ميكروبيوم الأمعاء لدى المرضى. وبدمج مؤشري ICR وMBR، أمكن تحديد والتحقق من صحة مؤشر حيوي متعدد الأوميات يتنبأ ببقاء مرضى سرطان القولون على قيد الحياة. توفر مجموعة بيانات الدراسة متعددة الأوميات موردًا لفهم بيولوجيا سرطان القولون بشكل أفضل والمساعدة في اكتشاف أساليب علاجية شخصية.

مرجع:
رولاندز، جيه، كوبين، بي جي كيه، أحمد، إي آي وآخرون. أطلس متكامل للورم والمناعة والميكروبيوم لسرطان القولون. نات ميد 29، 1273–1286 (2023).