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Nat Med |Uma abordagem multi-ômica para mapear o tumor integrado, a paisagem imune e microbiana 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 se baseiam apenas no estadiamento de metástases de linfonodos tumorais 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 Cancer Genome Atlas (TCGA) e a sobrevida do paciente.
À medida que a pesquisa progrediu, foi relatado que as características quantitativas do câncer colorretal primário, incluindo a natureza celular, imune, estromal ou microbiana do câncer, correlacionam-se significativamente com os resultados clínicos, mas ainda há uma compreensão limitada de como suas interações afetam os resultados do paciente .
Para dissecar a relação entre a complexidade fenotípica e o resultado, uma equipe de pesquisadores do Sidra Institute of Medical Research, 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 imune 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 compatível, sequenciamento completo do exoma, receptor de células T profundas e sequenciamento do gene rRNA bacteriano 16S, complementado por todo o tumor sequenciamento do genoma para caracterizar ainda mais o microbioma.O estudo foi publicado na Nature Medicine como “Um atlas integrado de tumor, imunidade 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 tecidos adjacentes saudáveis do cólon (pares tumor-normais) de pacientes com diagnóstico histológico de câncer de cólon sem terapia sistêmica.Com base no sequenciamento de exoma total (WES), controle de qualidade de dados de RNA-seq e triagem de critérios de inclusão, os dados genômicos de 348 pacientes foram retidos e usados para análise a jusante com um acompanhamento médio de 4,6 anos.A equipe de pesquisa nomeou este recurso Sidra-LUMC AC-ICAM: um mapa e um guia para interações do microbioma do câncer imunológico (Figura 1).
Classificação molecular usando ICR
Capturando um conjunto modular de marcadores genéticos imunológicos para imunovigilância contínua do câncer, chamada de constante imune de rejeição (ICR), a equipe de pesquisa otimizou o ICR condensando-o em um painel de 20 genes que abrange diferentes tipos de câncer, incluindo melanoma, câncer de bexiga e câncer de mama.A ICR também tem sido associada à resposta à imunoterapia em uma variedade de tipos de câncer, incluindo câncer de mama.
Primeiro, os pesquisadores validaram a assinatura ICR da coorte AC-ICAM, usando uma abordagem de coclassificação baseada em genes ICR para classificar a coorte em três grupos/subtipos imunológicos: ICR alto (tumores quentes), ICR médio e ICR baixo (frio tumores) (Figura 1b).Os pesquisadores caracterizaram a propensão imunológica associada aos subtipos moleculares de consenso (CMS), uma classificação baseada em transcriptoma do câncer de cólon.as categorias de CMS incluíram CMS1/imune, CMS2/canônico, CMS3/metabólico e CMS4/mesenquimal.A análise mostrou que os escores de ICR foram negativamente correlacionados 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 células natural killer (NK) e subconjuntos de células T foi maior em subtipos imunes altos de ICR, com maior variabilidade em outros subconjuntos de leucócitos (Figura 1c). Os subtipos imunes de ICR tiveram OS e PFS diferentes, 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 de genes relacionados ao sistema imunológico, subtipos imunológicos e moleculares e sobrevivência.
ICR captura células T enriquecidas por tumor e amplificadas clonalmente
Apenas uma minoria de células T infiltradas no tecido tumoral foi relatada como sendo específica para antígenos tumorais (menos de 10%).Portanto, a maioria das células T intratumorais são referidas como células T testemunhas (células T testemunhas).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 grupos ICR (classificação geral e CMS), a maior clonalidade de SEQ TCRs imunes foi observada nos grupos ICR-alto e subtipo CMS CMS1/imune (Figura 2c), com a maior proporção de tumores ICR-alto.Usando todo o transcriptoma (18.270 genes), seis genes ICR (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA e CXCL10) estavam entre os dez principais genes positivamente associados à clonalidade SEQ imune de TCR (Figura 2d).A clonalidade de ImmunoSEQ TCR correlacionou-se mais fortemente com a maioria dos genes ICR do que as correlações observadas usando marcadores CD8+ responsivos a tumores (Figura 2f e 2g).Em conclusão, a análise acima sugere que a assinatura ICR capta a presença de células T amplificadas clonalmente enriquecidas pelo tumor e pode explicar suas implicações prognósticas.
Figura 2. Métricas de TCR e correlação com genes imunorrelacionados, subtipos imunes e moleculares.
Composição do microbioma em tecidos saudáveis e com câncer de cólon
Os pesquisadores realizaram o sequenciamento de 16S rRNA usando DNA extraído de tumor compatível e tecido saudável do cólon de 246 pacientes (Figura 3a).Para validação, os pesquisadores analisaram adicionalmente os dados de sequenciamento do gene 16S rRNA de 42 amostras adicionais de tumores que não tinham DNA normal compatível disponível para análise.Primeiro, os pesquisadores compararam a abundância relativa da flora entre tumores compatíveis e tecido saudável do cólon.Clostridium perfringens aumentou significativamente 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 tumor e amostras saudáveis, e uma redução modesta na diversidade microbiana foi observada em tumores com ICR alto em relação aos tumores com ICR baixo.
Para detectar associações clinicamente relevantes entre perfis microbianos e resultados clínicos, os pesquisadores visaram usar dados de sequenciamento do gene 16S rRNA para identificar características do microbioma que prevêem 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 baixa pontuação de MBR (MBR <0, baixo MBR) foi associada a um risco significativamente menor de morte (85%).Os pesquisadores confirmaram a associação entre baixo MBR (risco) e OS prolongado em duas coortes validadas independentemente (ICAM42 e TCGA-COAD).(Figura 3) O estudo mostrou uma forte correlação entre os cocos endogástricos e os escores de 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 usada neste estudo permite a detecção e análise completas 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 tecidos tumorais e saudáveis revelou que o efeito prognóstico do ICR pode ser devido à sua capacidade de capturar clones de células T enriquecidos com tumores e possivelmente antígenos específicos de tumores.
Ao analisar a composição do microbioma do tumor usando o 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 essa assinatura tenha sido derivada de amostras de tumor, houve uma forte correlação entre colorretal saudável e escore de risco de tumor MBR, sugerindo que essa assinatura pode capturar a composição do microbioma intestinal dos pacientes.Ao combinar os escores ICR e MBR, foi possível identificar e validar um biomarcador estudantil multi-ômico que prediz a sobrevida em pacientes com câncer de cólon.O conjunto de dados multi-ômico do estudo fornece um recurso para entender melhor a biologia do câncer de cólon e ajudar a descobrir abordagens terapêuticas personalizadas.
Horário da postagem: 15 de junho de 2023