نات ميد | نهج متعدد الأوميات لرسم خرائط الورم المتكامل

نات ميد | يكشف النهج متعدد الأوميات لرسم خرائط الورم المتكامل والمشهد المناعي والميكروبي لسرطان القولون والمستقيم عن تفاعل الميكروبيوم مع الجهاز المناعي
على الرغم من أن المؤشرات الحيوية لسرطان القولون الأولي قد تمت دراستها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة، فإن الإرشادات السريرية الحالية تعتمد فقط على تحديد مرحلة الورم والعقدة الليمفاوية النقيلية واكتشاف عيوب إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR) أو عدم استقرار الأقمار الصناعية الدقيقة (MSI) (بالإضافة إلى اختبارات علم الأمراض القياسية) ) لتحديد توصيات العلاج. لاحظ الباحثون عدم وجود ارتباط بين الاستجابات المناعية القائمة على التعبير الجيني، والملامح الميكروبية، وسدى الورم في مجموعة سرطان القولون والمستقيم في أطلس جينوم السرطان (TCGA) وبقاء المريض 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 بشكل كبير بالنتائج السريرية، ولكن لا يزال هناك فهم محدود لكيفية تأثير تفاعلاتها على نتائج المرضى. .
لتشريح العلاقة بين التعقيد المظهري والنتيجة، قام فريق من الباحثين من معهد السدرة للبحوث الطبية في قطر مؤخرًا بتطوير والتحقق من صحة نتيجة متكاملة (mICRoScore) تحدد مجموعة من المرضى الذين يتمتعون بمعدلات بقاء جيدة من خلال الجمع بين خصائص الميكروبيوم والرفض المناعي. الثوابت (ICR). أجرى الفريق تحليلًا جينيًا شاملاً للعينات الطازجة المجمدة من 348 مريضًا مصابًا بسرطان القولون والمستقيم الأولي، بما في ذلك تسلسل الحمض النووي الريبوزي (RNA) للأورام وأنسجة القولون والمستقيم السليمة المتطابقة، وتسلسل الإكسوم الكامل، ومستقبل الخلايا التائية العميقة، وتسلسل جينات الرنا الريباسي البكتيري 16S، مكملاً بورم كامل. تسلسل الجينوم لمزيد من توصيف الميكروبيوم. نُشرت الدراسة في مجلة Nature Medicine تحت عنوان "أطلس متكامل للورم والمناعة والميكروبيوم لسرطان القولون".

مقالة منشورة في مجلة طب الطبيعة

نظرة عامة على AC-ICAM

استخدم الباحثون منصة جينومية متعامدة لتحليل عينات الأورام المجمدة الطازجة ومطابقة أنسجة القولون السليمة المجاورة (أزواج الورم الطبيعية) من المرضى الذين لديهم تشخيص نسيجي لسرطان القولون دون علاج جهازي. استنادًا إلى تسلسل الإكسوم الكامل (WES)، ومراقبة جودة بيانات RNA-seq، وفحص معايير الاشتمال، تم الاحتفاظ بالبيانات الجينومية من 348 مريضًا واستخدامها للتحليل النهائي مع متابعة متوسطة تبلغ 4.6 سنوات. أطلق فريق البحث على هذا المورد اسم Sidra-LUMC AC-ICAM: خريطة ودليل للتفاعلات بين الميكروبات المناعية والسرطان (الشكل 1).

التصنيف الجزيئي باستخدام ICR

من خلال التقاط مجموعة معيارية من العلامات الجينية المناعية للمراقبة المناعية المستمرة للسرطان، تسمى الثابت المناعي للرفض (ICR)، قام فريق البحث بتحسين ICR عن طريق تكثيفه في لوحة مكونة من 20 جينًا تغطي أنواع السرطان المختلفة، بما في ذلك سرطان الجلد وسرطان المثانة وسرطان الجلد. سرطان الثدي. كما ارتبط ICR أيضًا باستجابة العلاج المناعي في مجموعة متنوعة من أنواع السرطان، بما في ذلك سرطان الثدي.

أولاً، قام الباحثون بالتحقق من صحة توقيع ICR لمجموعة AC-ICAM، باستخدام نهج التصنيف المشترك القائم على الجينات ICR لتصنيف المجموعة إلى ثلاث مجموعات/أنواع فرعية مناعية: ICR مرتفع (الأورام الساخنة)، و ICR متوسط، و ICR منخفض (بارد) الأورام) (الشكل 1 ب). حدد الباحثون الميل المناعي المرتبط بالأنواع الفرعية الجزيئية المتفق عليها (CMS)، وهو تصنيف قائم على النسخ لسرطان القولون. تضمنت فئات CMS CMS1/immune وCMS2/canonical وCMS3/استقلابي وCMS4/mesenchymal. أظهر التحليل أن درجات ICR كانت مرتبطة سلبًا ببعض مسارات الخلايا السرطانية في جميع الأنواع الفرعية لـ CMS، ولوحظت الارتباطات الإيجابية مع المسارات المثبطة للمناعة والمسارات المرتبطة باللحمية فقط في أورام CMS4.

في جميع CMS، كانت وفرة الخلايا القاتلة الطبيعية (NK) ومجموعات فرعية من الخلايا التائية أعلى في الأنواع الفرعية المناعية العالية ICR، مع تباين أكبر في مجموعات فرعية أخرى من الكريات البيض (الشكل 1 ج). كان لدى الأنواع الفرعية المناعية ICR نظام تشغيل و PFS مختلف، مع زيادة تدريجية في ICR من الأقل إلى الأعلى (الشكل 1 د)، التحقق من صحة الدور النذير لـ ICR في سرطان القولون والمستقيم.

الشكل 1. تصميم دراسة AC-ICAM، والتوقيع الجيني المرتبط بالمناعة، والأنواع الفرعية المناعية والجزيئية والبقاء على قيد الحياة.
يلتقط ICR الخلايا التائية المخصبة بالورم والمضخمة استنساخيًا
تم الإبلاغ عن أن أقلية فقط من الخلايا التائية التي تتسلل إلى أنسجة الورم تكون محددة لمستضدات الورم (أقل من 10٪). لذلك، يُشار إلى غالبية الخلايا التائية داخل الورم بالخلايا التائية المتفرجة (الخلايا التائية المتفرجة). وقد لوحظ أقوى ارتباط مع عدد الخلايا التائية التقليدية ذات TCRs المنتجة في الخلايا اللحمية والمجموعات السكانية الفرعية للكريات البيض (الكشف عنها بواسطة RNA-seq)، والتي يمكن استخدامها لتقدير المجموعات السكانية الفرعية للخلايا التائية (الشكل 2 أ). في مجموعات ICR (التصنيف الشامل وتصنيف CMS) ، لوحظت أعلى استنساخ للـ TCRs المناعية SEQ في مجموعات ICR-high و CMS الفرعية CMS1 / المناعية (الشكل 2 ج) ، مع أعلى نسبة من الأورام عالية ICR. باستخدام النسخة الكاملة (18270 جينًا) ، كانت ستة جينات ICR (IFNG و STAT1 و IRF1 و CCL5 و GZMA و CXCL10) من بين الجينات العشرة الأوائل المرتبطة بشكل إيجابي باستنساخ TCR المناعي SEQ (الشكل 2 د). ترتبط استنساخ ImmunoSEQ TCR بقوة أكبر مع معظم جينات ICR من الارتباطات التي لوحظت باستخدام علامات CD8 + المستجيبة للورم (الشكل 2f و 2g). في الختام، يشير التحليل أعلاه إلى أن توقيع ICR يلتقط وجود الخلايا التائية المخصبة بالورم والمضخمة استنساخيًا وقد يفسر آثارها النذير.

الشكل 2. مقاييس TCR وارتباطها بالجينات المرتبطة بالمناعة والأنواع الفرعية المناعية والجزيئية.
تكوين الميكروبيوم في الأنسجة السليمة وسرطان القولون
أجرى الباحثون تسلسل الرنا الريباسي 16S باستخدام الحمض النووي المستخرج من الورم المتطابق وأنسجة القولون السليمة من 246 مريضًا (الشكل 3 أ). للتحقق من الصحة، قام الباحثون أيضًا بتحليل بيانات تسلسل جينات الرنا الريباسي 16S من 42 عينة إضافية من الأورام التي لم تتطابق مع الحمض النووي الطبيعي المتاح للتحليل. أولاً، قارن الباحثون الوفرة النسبية للنباتات بين الأورام المتطابقة وأنسجة القولون السليمة. تمت زيادة المطثية الحاطمة بشكل ملحوظ في الأورام مقارنة بالعينات الصحية (الشكل 3 أ-3 د). لم يكن هناك فرق كبير في تنوع ألفا (تنوع ووفرة الأنواع في عينة واحدة) بين الورم والعينات السليمة، ولوحظ انخفاض متواضع في التنوع الميكروبي في الأورام ذات ICR العالية مقارنة بالأورام المنخفضة ICR.
للكشف عن الارتباطات ذات الصلة سريريًا بين الملامح الميكروبية والنتائج السريرية، يهدف الباحثون إلى استخدام بيانات تسلسل جينات الرنا الريباسي 16S لتحديد ميزات الميكروبيوم التي تتنبأ بالبقاء على قيد الحياة. في AC-ICAM246، أجرى الباحثون نموذج انحدار OS Cox الذي اختار 41 ميزة ذات معاملات غير صفرية (مرتبطة بمخاطر الوفيات التفاضلية)، تسمى مصنفات MBR (الشكل 3f).
في مجموعة التدريب هذه (ICAM246)، ارتبطت درجة MBR المنخفضة (MBR <0، MBR منخفضة) بانخفاض خطر الوفاة بشكل ملحوظ (85٪). أكد الباحثون العلاقة بين انخفاض خطر MBR ونظام التشغيل المطول في مجموعتين تم التحقق من صحتهما بشكل مستقل (ICAM42 وTCGA-COAD). (الشكل 3) أظهرت الدراسة وجود علاقة قوية بين المكورات داخل المعدة ونتائج MBR، والتي كانت متشابهة في الورم وأنسجة القولون السليمة.

الشكل 3. الميكروبيوم في الورم والأنسجة السليمة والعلاقة مع ICR وبقاء المريض.
خاتمة
يتيح النهج متعدد الأوميات المستخدم في هذه الدراسة الكشف والتحليل الشاملين للتوقيع الجزيئي للاستجابة المناعية في سرطان القولون والمستقيم ويكشف عن التفاعل بين الميكروبيوم والجهاز المناعي. كشف تسلسل TCR العميق للورم والأنسجة السليمة أن التأثير النذير لـ ICR قد يكون بسبب قدرته على التقاط استنساخ الخلايا التائية المخصبة بالورم وربما الخاصة بمستضد الورم.

من خلال تحليل تكوين ميكروبيوم الورم باستخدام تسلسل جينات الرنا الريباسي 16S في عينات AC-ICAM، حدد الفريق توقيع الميكروبيوم (درجة خطر MBR) ذو قيمة تشخيصية قوية. على الرغم من أن هذا التوقيع مشتق من عينات الورم، إلا أنه كان هناك ارتباط قوي بين القولون السليم ودرجة خطر الورم MBR، مما يشير إلى أن هذا التوقيع قد يلتقط تكوين ميكروبيوم الأمعاء لدى المرضى. من خلال الجمع بين نتائج ICR وMBR، كان من الممكن تحديد والتحقق من صحة العلامات الحيوية للطلاب متعددة الأوميات التي تتنبأ بالبقاء على قيد الحياة لدى مرضى سرطان القولون. توفر مجموعة البيانات متعددة الأوميات الخاصة بالدراسة موردًا لفهم بيولوجيا سرطان القولون بشكل أفضل والمساعدة في اكتشاف الأساليب العلاجية الشخصية.

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