نات ميد |نهج متعدد omics لرسم خرائط الورم المتكامل

نات ميد |نهج متعدد omics لرسم خرائط متكاملة للورم ، مناعة وجراثيم لسرطان القولون والمستقيم يكشف عن تفاعل الميكروبيوم مع جهاز المناعة
على الرغم من أن المؤشرات الحيوية لسرطان القولون الأولي قد تمت دراستها على نطاق واسع في السنوات الأخيرة ، إلا أن الإرشادات السريرية الحالية تعتمد فقط على مراحل ورم خبيث في العقدة الليمفاوية الورمية واكتشاف عيوب إصلاح عدم تطابق الحمض النووي (MMR) أو عدم استقرار الأقمار الصناعية الدقيقة (MSI) (بالإضافة إلى اختبار علم الأمراض القياسي ) لتحديد توصيات العلاج.لاحظ الباحثون عدم وجود ارتباط بين الاستجابات المناعية القائمة على التعبير الجيني ، والملامح الميكروبية ، وسدى الورم في مجموعة سرطان القولون والمستقيم وأطلس السرطان (TCGA) وبقاء المريض.

مع تقدم البحث ، تم الإبلاغ عن أن الخصائص الكمية لسرطان القولون والمستقيم الأولي ، بما في ذلك الطبيعة السرطانية الخلوية أو المناعية أو اللحمية أو الميكروبية للسرطان ، مرتبطة بشكل كبير بالنتائج السريرية ، ولكن لا يزال هناك فهم محدود لكيفية تأثير تفاعلاتها على نتائج المرضى .
لتشريح العلاقة بين تعقيد النمط الظاهري والنتيجة ، قام فريق من الباحثين من معهد السدرة للأبحاث الطبية في قطر مؤخرًا بتطوير والتحقق من صحة درجة 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 شاملًا للعينات المجمدة الطازجة من 348 مريضًا مصابًا بسرطان القولون والمستقيم الأولي ، بما في ذلك تسلسل الحمض النووي الريبي للأورام وأنسجة القولون والمستقيم السليمة المتطابقة ، وتسلسل الإكسوم الكامل ، ومستقبلات الخلايا التائية العميقة ، وتسلسل الجين الرنا الريباسي البكتيري 16S ، مكملًا بورم كامل. تسلسل الجينوم لمزيد من توصيف الميكروبيوم.نُشرت الدراسة في مجلة Nature Medicine باسم "أطلس متكامل للورم والمناعة والميكروبيوم لسرطان القولون".

مقالة منشورة في Nature Medicine

نظرة عامة على AC-ICAM

استخدم الباحثون منصة جينومية متعامدة لتحليل عينات الورم المجمدة الطازجة وأنسجة القولون السليمة المتطابقة (أزواج الورم الطبيعية) من المرضى الذين يعانون من التشخيص النسيجي لسرطان القولون دون علاج جهازي.استنادًا إلى التسلسل الكامل للإكسوم (WES) ، ومراقبة جودة بيانات RNA-seq ، وفحص معايير التضمين ، تم الاحتفاظ بالبيانات الجينية من 348 مريضًا واستخدامها لتحليل المصب مع متابعة متوسطة تبلغ 4.6 سنوات.أطلق فريق البحث على هذا المورد Sidra-LUMC AC-ICAM: خريطة ودليل لتفاعلات الميكروبيوم وسرطان المناعة (الشكل 1).

التصنيف الجزيئي باستخدام ICR

من خلال التقاط مجموعة معيارية من الواسمات 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 أنواعًا مختلفة من السرطان ، بما في ذلك الورم الميلانيني وسرطان المثانة و سرطان الثدي.ارتبط ICR أيضًا باستجابة العلاج المناعي في مجموعة متنوعة من أنواع السرطان ، بما في ذلك سرطان الثدي.

أولاً ، تحقق الباحثون 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 (أورام ساخنة) ، ICR متوسط ​​، ICR منخفض (بارد) الأورام) (الشكل 1 ب).وصف الباحثون الميل المناعي المرتبط بالأنواع الفرعية الجزيئية المتوافقة (CMS) ، وهو تصنيف قائم على الترنسكربيتوم لسرطان القولون.اشتملت فئات CMS على CMS1 / المناعة ، CMS2 / الكنسي ، CMS3 / التمثيل الغذائي و CMS4 / الوسيطة.أظهر التحليل أن نتائج ICR كانت مرتبطة سلبًا بمسارات خلايا سرطانية معينة في جميع الأنواع الفرعية لـ CMS ، ولوحظت ارتباطات إيجابية مع المسالك المثبطة للمناعة والمسارات المرتبطة بالانسجة فقط في أورام CMS4.

في جميع أنواع 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). 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 ، توقيع الجين المرتبط بالمناعة ، الأنواع الفرعية المناعية والجزيئية والبقاء على قيد الحياة.
يلتقط ICR الخلايا التائية المخصبة بالورم والمضخمة نسليًا
تم الإبلاغ عن أن أقلية فقط من الخلايا التائية التي تتسلل إلى أنسجة الورم تكون مخصصة لمستضدات الورم (أقل من 10٪).لذلك ، يُشار إلى غالبية الخلايا التائية داخل الورم باسم الخلايا التائية المارة (الخلايا التائية المارة).ولوحظ أقوى ارتباط مع عدد الخلايا التائية التقليدية مع TCRs المنتجة في الخلايا اللحمية والمجموعات السكانية الفرعية للكريات البيض (التي تم الكشف عنها بواسطة RNA-seq) ، والتي يمكن استخدامها لتقدير المجموعات السكانية الفرعية للخلايا التائية (الشكل 2 أ).في مجموعات ICR (التصنيف العام وتصنيف CMS) ، لوحظ أعلى استنساخ لـ SEQ TCRs المناعي في المجموعات المناعية عالية ICR و CMS CMS1 / المجموعات المناعية (الشكل 2 ج) ، مع أعلى نسبة من الأورام عالية ICR.باستخدام النسخة الكاملة (18،270 جينًا) ، كانت ستة جينات ICR (IFNG و STAT1 و IRF1 و CCL5 و GZMA و CXCL10) من بين الجينات العشرة الأولى المرتبطة بشكل إيجابي باستنساخ تسلسل SEQ المناعي لـ TCR (الشكل 2 د).ارتبط 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 خلايا T المخصبة بالورم والمضخمة نسليًا وقد يفسر آثارها التنبؤية.

الشكل 2. مقاييس TCR والارتباط مع الجينات المرتبطة بالمناعة والأنواع الفرعية المناعية والجزيئية.
تكوين الميكروبيوم في الأنسجة السليمة وسرطان القولون
أجرى الباحثون تسلسل 16S rRNA باستخدام الحمض النووي المستخرج من الورم المتطابق وأنسجة القولون السليمة من 246 مريضًا (الشكل 3 أ).للتحقق من صحة البيانات ، قام الباحثون أيضًا بتحليل بيانات تسلسل الجينات 16S rRNA من 42 عينة ورم إضافية لم تتطابق مع الحمض النووي الطبيعي المتاح للتحليل.أولاً ، قارن الباحثون الوفرة النسبية للنباتات بين الأورام المتطابقة وأنسجة القولون السليمة.زادت Clostridium perfringens بشكل كبير في الأورام مقارنة بالعينات الصحية (الشكل 3 أ-3d).لم يكن هناك فرق كبير في تنوع ألفا (تنوع ووفرة الأنواع في عينة واحدة) بين عينات الورم والعينات الصحية ، ولوحظ انخفاض متواضع في التنوع الميكروبي في الأورام عالية ICR بالنسبة للأورام المنخفضة ICR.
للكشف عن الارتباطات ذات الصلة سريريًا بين الملامح الميكروبية والنتائج السريرية ، يهدف الباحثون إلى استخدام بيانات تسلسل الجينات 16S rRNA لتحديد ميزات الميكروبيوم التي تتنبأ بالبقاء على قيد الحياة.في AC-ICAM246 ، قام الباحثون بتشغيل نموذج انحدار OS Cox الذي اختار 41 ميزة مع معاملات غير صفرية (مرتبطة بمخاطر الوفيات التفاضلية) ، تسمى مصنفات MBR (الشكل 3f).
في هذا الفوج التدريبي (ICAM246) ، ارتبطت درجة MBR المنخفضة (MBR <0 ، انخفاض MBR) بانخفاض ملحوظ في مخاطر الوفاة (85٪).أكد الباحثون الارتباط بين انخفاض MBR (خطر) ونظام التشغيل المطول في مجموعتين تم التحقق من صحتها بشكل مستقل (ICAM42 و TCGA-COAD).(الشكل 3) أظهرت الدراسة وجود علاقة قوية بين المكورات المعوية ودرجات MBR ، والتي كانت متشابهة في الورم وأنسجة القولون السليمة.

الشكل 3. الميكروبيوم في الأورام والأنسجة السليمة والعلاقة مع ICR وبقاء المريض.
خاتمة
يتيح نهج متعدد omics المستخدم في هذه الدراسة الكشف والتحليل الدقيقين للبصمة الجزيئية للاستجابة المناعية في سرطان القولون والمستقيم ويكشف عن التفاعل بين الميكروبيوم والجهاز المناعي.كشف التسلسل العميق لـ TCR للورم والأنسجة السليمة أن التأثير النذير لـ ICR قد يكون بسبب قدرته على التقاط استنساخ الخلايا التائية المخصب بالورم وربما الورم الخاص بمستضد معين.

من خلال تحليل تكوين ميكروبيوم الورم باستخدام تسلسل الجين 16S rRNA في عينات AC-ICAM ، حدد الفريق توقيع ميكروبيوم (درجة مخاطر MBR) مع قيمة تنبؤية قوية.على الرغم من أن هذا التوقيع مشتق من عينات الورم ، إلا أنه كان هناك ارتباط قوي بين القولون والمستقيم الصحي ودرجة مخاطر الورم MBR ، مما يشير إلى أن هذا التوقيع قد يلتقط تركيبة ميكروبيوم الأمعاء للمرضى.من خلال الجمع بين درجات ICR و MBR ، كان من الممكن تحديد والتحقق من صحة المرقم الحيوي للطلاب متعدد الاتجاهات الذي يتنبأ بالبقاء على قيد الحياة في مرضى سرطان القولون.توفر مجموعة البيانات متعددة الفروع للدراسة موردًا لفهم بيولوجيا سرطان القولون بشكل أفضل والمساعدة في اكتشاف الأساليب العلاجية الشخصية.

مرجع:
Roelands ، J. ، Kuppen ، PJK ، Ahmed ، EI et al.ورم متكامل وأطلس مناعي وميكروبيوم لسرطان القولون.نات ميد 29 ، 1273-1286 (2023).