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Nat Med | Uma abordagem multiômica para mapear o cenário integrado tumoral, imunológico e microbiano do câncer colorretal revela a interação do microbioma com o sistema imunológico
Embora os biomarcadores para câncer de cólon primário tenham sido estudados extensivamente nos últimos anos, as diretrizes clínicas atuais baseiam-se apenas no estadiamento tumor-linfonodal-metástase e na detecção de defeitos de reparo de incompatibilidade de DNA (MMR) ou instabilidade de microssatélites (MSI) (além dos testes patológicos padrão ) para determinar recomendações de tratamento. Os pesquisadores notaram uma falta de associação entre respostas imunes baseadas na expressão gênica, perfis microbianos e estroma tumoral na coorte de câncer colorretal do Atlas do Genoma do Câncer (TCGA) e na sobrevivência dos pacientes.
À medida que a pesquisa progrediu, foi relatado que as características quantitativas do câncer colorretal primário, incluindo a natureza celular, imunológica, estromal ou microbiana do câncer, se correlacionam significativamente com os resultados clínicos, mas ainda há uma compreensão limitada de como suas interações afetam os resultados dos pacientes. .
Para dissecar a relação entre complexidade fenotípica e resultado, uma equipe de pesquisadores do Instituto Sidra de Pesquisa Médica, no Catar, desenvolveu e validou recentemente uma pontuação integrada (mICRoScore) que identifica um grupo de pacientes com boas taxas de sobrevivência, combinando características do microbioma e rejeição imunológica. constantes (ICR). A equipe realizou uma análise genômica abrangente de amostras frescas congeladas de 348 pacientes com câncer colorretal primário, incluindo sequenciamento de RNA de tumores e tecido colorretal saudável correspondente, sequenciamento completo do exoma, receptor profundo de células T e sequenciamento do gene rRNA bacteriano 16S, complementado por tumor inteiro sequenciamento do genoma para caracterizar ainda mais o microbioma. O estudo foi publicado na Nature Medicine como “Um atlas integrado de tumor, sistema imunológico e microbioma do câncer de cólon”.
Artigo publicado na Nature Medicine
Visão geral do AC-ICAM
Os pesquisadores usaram uma plataforma genômica ortogonal para analisar amostras frescas de tumores congelados e combinar tecido de cólon saudável adjacente (pares tumor-normal) de pacientes com diagnóstico histológico de câncer de cólon sem terapia sistêmica. Com base no sequenciamento completo do exoma (WES), no controle de qualidade dos dados de RNA-seq e na triagem dos critérios de inclusão, os dados genômicos de 348 pacientes foram retidos e usados para análise posterior com um acompanhamento médio de 4,6 anos. A equipe de pesquisa chamou este recurso de Sidra-LUMC AC-ICAM: Um mapa e guia para interações imuno-câncer-microbioma (Figura 1).
Classificação molecular usando ICR
Capturando um conjunto modular de marcadores genéticos imunológicos para imunovigilância contínua do câncer, chamado de constante imunológica de rejeição (ICR), a equipe de pesquisa otimizou o ICR condensando-o em um painel de 20 genes cobrindo diferentes tipos de câncer, incluindo melanoma, câncer de bexiga e câncer de mama. A ICR também tem sido associada à resposta à imunoterapia em vários tipos de câncer, incluindo o câncer de mama.
Primeiro, os pesquisadores validaram a assinatura ICR da coorte AC-ICAM, usando uma abordagem de co-classificação baseada no gene ICR para classificar a coorte em três grupos/subtipos imunológicos: ICR alto (tumores quentes), ICR médio e ICR baixo (tumores frios). tumores) (Figura 1b). Os pesquisadores caracterizaram a propensão imunológica associada aos subtipos moleculares de consenso (CMS), uma classificação de câncer de cólon baseada no transcriptoma. as categorias CMS incluíram CMS1/imune, CMS2/canônico, CMS3/metabólico e CMS4/mesenquimal. A análise mostrou que os escores de ICR foram correlacionados negativamente com certas vias de células cancerígenas em todos os subtipos de CMS, e correlações positivas com vias imunossupressoras e relacionadas ao estroma foram observadas apenas em tumores CMS4.
Em todos os CMS, a abundância de subconjuntos de células natural killer (NK) e células T foi maior em subtipos de alta imunidade de ICR, com maior variabilidade em outros subconjuntos de leucócitos (Figura 1c). Os subtipos imunes de ICR tiveram diferentes OS e PFS, com um aumento progressivo no ICR de baixo para alto (Figura 1d), validando o papel prognóstico do ICR no câncer colorretal.
Figura 1. Desenho do estudo AC-ICAM, assinatura genética relacionada ao sistema imunológico, subtipos imunológicos e moleculares e sobrevivência.
ICR captura células T amplificadas clonalmente e enriquecidas com tumor
Foi relatado que apenas uma minoria de células T que infiltram o tecido tumoral são específicas para antígenos tumorais (menos de 10%). Portanto, a maioria das células T intratumorais são referidas como células T espectadoras (células T espectadoras). A correlação mais forte com o número de células T convencionais com TCRs produtivos foi observada em subpopulações de células estromais e leucócitos (detectadas por RNA-seq), que podem ser usadas para estimar subpopulações de células T (Figura 2a). Nos clusters de ICR (classificação geral e CMS), a maior clonalidade de TCRs SEQ imunes foi observada nos grupos ICR alto e subtipo CMS CMS1 / imune (Figura 2c), com a maior proporção de tumores com alto ICR. Usando todo o transcriptoma (18.270 genes), seis genes ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA e CXCL10) estavam entre os dez principais genes associados positivamente à clonalidade SEQ imune de TCR (Figura 2d). A clonalidade do ImmunoSEQ TCR correlacionou-se mais fortemente com a maioria dos genes ICR do que as correlações observadas utilizando marcadores CD8 + responsivos ao tumor (Figura 2f e 2g). Em conclusão, a análise acima sugere que a assinatura ICR captura a presença de células T amplificadas clonalmente e enriquecidas com tumor e pode explicar suas implicações prognósticas.
Figura 2. Métricas de TCR e correlação com genes relacionados ao sistema imunológico, subtipos imunológicos e moleculares.
Composição do microbioma em tecidos saudáveis e com câncer de cólon
Os pesquisadores realizaram o sequenciamento do 16S rRNA usando DNA extraído de tumor compatível e tecido saudável do cólon de 246 pacientes (Figura 3a). Para validação, os pesquisadores analisaram adicionalmente dados de sequenciamento do gene 16S rRNA de 42 amostras adicionais de tumores que não tinham DNA normal correspondente disponível para análise. Primeiro, os pesquisadores compararam a abundância relativa da flora entre tumores correspondentes e tecido saudável do cólon. Clostridium perfringens foi significativamente aumentado nos tumores em comparação com as amostras saudáveis (Figura 3a-3d). Não houve diferença significativa na diversidade alfa (diversidade e abundância de espécies em uma única amostra) entre amostras tumorais e saudáveis, e uma redução modesta na diversidade microbiana foi observada em tumores com alto ICR em relação aos tumores com baixo ICR.
Para detectar associações clinicamente relevantes entre perfis microbianos e resultados clínicos, os pesquisadores pretendiam usar dados de sequenciamento do gene 16S rRNA para identificar características do microbioma que predizem a sobrevivência. No AC-ICAM246, os pesquisadores executaram um modelo de regressão OS Cox que selecionou 41 características com coeficientes diferentes de zero (associados ao risco diferencial de mortalidade), chamados classificadores MBR (Figura 3f).
Nesta coorte de treinamento (ICAM246), uma pontuação MBR baixa (MBR<0, MBR baixa) foi associada a um risco significativamente menor de morte (85%). Os pesquisadores confirmaram a associação entre baixo MBR (risco) e OS prolongada em duas coortes validadas independentemente (ICAM42 e TCGA-COAD). (Figura 3) O estudo mostrou uma forte correlação entre cocos endogástricos e escores MBR, que foram semelhantes no tumor e no tecido saudável do cólon.
Figura 3. Microbioma em tumores e tecidos saudáveis e a relação com ICR e sobrevida do paciente.
Conclusão
A abordagem multi-ômica utilizada neste estudo permite a detecção e análise minuciosas da assinatura molecular da resposta imune no câncer colorretal e revela a interação entre o microbioma e o sistema imunológico. O sequenciamento profundo de TCR de tumores e tecidos saudáveis revelou que o efeito prognóstico do ICR pode ser devido à sua capacidade de capturar clones de células T enriquecidas com tumor e possivelmente específicas de antígeno tumoral.
Ao analisar a composição do microbioma tumoral usando sequenciamento do gene 16S rRNA em amostras AC-ICAM, a equipe identificou uma assinatura do microbioma (pontuação de risco MBR) com forte valor prognóstico. Embora esta assinatura tenha sido derivada de amostras de tumores, houve uma forte correlação entre o colorretal saudável e a pontuação de risco de MBR tumoral, sugerindo que esta assinatura pode capturar a composição do microbioma intestinal dos pacientes. Ao combinar as pontuações do ICR e do MBR, foi possível identificar e validar um biomarcador multiômico de estudante que prediz a sobrevivência em pacientes com câncer de cólon. O conjunto de dados multiômico do estudo fornece um recurso para compreender melhor a biologia do câncer de cólon e ajudar a descobrir abordagens terapêuticas personalizadas.
Horário da postagem: 15 de junho de 2023
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