Nat Med | ინტეგრირებული სიმსივნის რუკების შედგენის მულტი-ომიკური მიდგომა

Nat Med | კოლორექტალური კიბოს ინტეგრირებული სიმსივნური, იმუნური და მიკრობული ლანდშაფტის რუკების შედგენის მულტი-ომიკური მიდგომა ავლენს მიკრობიომის ურთიერთქმედებას იმუნურ სისტემასთან.
მიუხედავად იმისა, რომ ბოლო წლებში მსხვილი ნაწლავის პირველადი კიბოს ბიომარკერები ფართოდ იქნა შესწავლილი, მიმდინარე კლინიკური გაიდლაინები მკურნალობის რეკომენდაციების დასადგენად მხოლოდ სიმსივნე-ლიმფური კვანძის მეტასტაზების სტადირებას და დნმ-ის შეუსაბამობის შეკეთების (MMR) დეფექტების ან მიკროსატელიტური არასტაბილურობის (MSI) გამოვლენას ეყრდნობა (სტანდარტული პათოლოგიური ტესტირების გარდა). მკვლევარებმა აღნიშნეს კავშირის არარსებობა გენის ექსპრესიაზე დაფუძნებულ იმუნურ პასუხებს, მიკრობულ პროფილებსა და სიმსივნის სტრომას შორის კიბოს გენომის ატლასის (TCGA) კოლორექტალური კიბოს კოჰორტაში და პაციენტის გადარჩენას შორის.

კვლევის პროგრესირებასთან ერთად, პირველადი კოლორექტალური კიბოს რაოდენობრივი მახასიათებლები, მათ შორის კიბოს უჯრედული, იმუნური, სტრომული ან მიკრობული ბუნება, მნიშვნელოვნად კორელაციაშია კლინიკურ შედეგებთან, თუმცა, ჯერ კიდევ შეზღუდულია იმის გაგება, თუ როგორ მოქმედებს მათი ურთიერთქმედება პაციენტის შედეგებზე.
ფენოტიპურ სირთულესა და შედეგს შორის კავშირის გასარკვევად, კატარის სამედიცინო კვლევების სიდრას ინსტიტუტის მკვლევართა ჯგუფმა ცოტა ხნის წინ შეიმუშავა და დაადასტურა ინტეგრირებული ქულა (mICRoScore), რომელიც განსაზღვრავს პაციენტთა ჯგუფს კარგი გადარჩენის მაჩვენებლით, მიკრობიომის მახასიათებლებისა და იმუნური უარყოფის მუდმივების (ICR) კომბინაციით. ჯგუფმა ჩაატარა პირველადი კოლორექტალური კიბოს მქონე 348 პაციენტის ახლად გაყინული ნიმუშების ყოვლისმომცველი გენომური ანალიზი, მათ შორის სიმსივნეების რნმ-ის სეკვენირება და ჯანსაღი კოლორექტალური ქსოვილის შესაბამისობა, მთელი ეგზომის სეკვენირება, ღრმა T-უჯრედული რეცეპტორის და 16S ბაქტერიული rRNA გენის სეკვენირება, რასაც დაემატა მთელი სიმსივნის გენომის სეკვენირება მიკრობიომის შემდგომი დასახასიათებლად. კვლევა გამოქვეყნდა Nature Medicine-ში, როგორც „მსხვილი ნაწლავის კიბოს ინტეგრირებული სიმსივნის, იმუნური და მიკრობიომის ატლასი“.

სტატია გამოქვეყნდა ჟურნალ „Nature Medicine“-ში

AC-ICAM-ის მიმოხილვა

მკვლევრებმა გამოიყენეს ორთოგონალური გენომური პლატფორმა ახლად გაყინული სიმსივნის ნიმუშების გასაანალიზებლად და შეადარეს მიმდებარე ჯანსაღი მსხვილი ნაწლავის ქსოვილი (სიმსივნე-ნორმის წყვილები) პაციენტებისგან, რომლებსაც სისტემური თერაპიის გარეშე დაუსვეს მსხვილი ნაწლავის კიბოს ჰისტოლოგიური დიაგნოზი. მთელი ეგზომის სეკვენირების (WES), RNA-seq მონაცემების ხარისხის კონტროლისა და ჩართვის კრიტერიუმების სკრინინგის საფუძველზე, 348 პაციენტის გენომური მონაცემები შეინახეს და გამოიყენეს შემდგომი ანალიზისთვის, საშუალო დაკვირვების ხანგრძლივობით 4.6 წელი. კვლევის ჯგუფმა ამ რესურსს უწოდა Sidra-LUMC AC-ICAM: იმუნო-კიბო-მიკრობიომის ურთიერთქმედების რუკა და სახელმძღვანელო (სურათი 1).

მოლეკულური კლასიფიკაცია ICR-ის გამოყენებით

უწყვეტი კიბოს იმუნომეთვალყურეობისთვის იმუნური გენეტიკური მარკერების მოდულური ნაკრების აღებით, რომელსაც უარყოფის იმუნური კონსტანტა (ICR) ეწოდება, კვლევითმა ჯგუფმა ICR ოპტიმიზაცია მოახდინა მისი 20-გენური პანელის კონდენსაციით, რომელიც მოიცავს სხვადასხვა ტიპის კიბოს, მათ შორის მელანომას, შარდის ბუშტის კიბოს და სარძევე ჯირკვლის კიბოს. ICR ასევე დაკავშირებულია იმუნოთერაპიის რეაგირებასთან სხვადასხვა ტიპის კიბოს, მათ შორის სარძევე ჯირკვლის კიბოს დროს.

პირველ რიგში, მკვლევრებმა დაადასტურეს AC-ICAM კოჰორტის ICR ხელმოწერა, ICR გენზე დაფუძნებული თანაკლასიფიკაციის მიდგომის გამოყენებით, რათა კოჰორტა სამ კლასტერად/იმუნურ ქვეტიპად კლასიფიცირებულიყო: მაღალი ICR (ცხელი სიმსივნეები), საშუალო ICR და დაბალი ICR (ცივი სიმსივნეები) (სურათი 1ბ). მკვლევრებმა დაახასიათეს იმუნური მიდრეკილება, რომელიც დაკავშირებულია კონსენსუსის მოლეკულურ ქვეტიპებთან (CMS), რაც მსხვილი ნაწლავის კიბოს ტრანსკრიპტომებზე დაფუძნებულ კლასიფიკაციას წარმოადგენს. CMS კატეგორიები მოიცავდა CMS1/იმუნურს, CMS2/კანონიკურს, CMS3/მეტაბოლურს და CMS4/მეზენქიმურს. ანალიზმა აჩვენა, რომ ICR ქულები უარყოფითად კორელაციაში იყო გარკვეულ კიბოს უჯრედების გზებთან CMS-ის ყველა ქვეტიპში, ხოლო დადებითი კორელაცია იმუნოსუპრესიულ და სტრომულ გზებთან დაფიქსირდა მხოლოდ CMS4 სიმსივნეებში.

ყველა CMS-ში, ბუნებრივი კილერის (NK) უჯრედების და T უჯრედების ქვეჯგუფების სიმრავლე ყველაზე მაღალი იყო ICR მაღალი იმუნური ქვეტიპებში, უფრო დიდი ცვალებადობით სხვა ლეიკოციტების ქვეჯგუფებში (სურათი 1გ). ICR იმუნურ ქვეტიპებს ჰქონდათ განსხვავებული საერთო გადარჩენა და პროგრესირებადი გადარჩენა, ICR-ის პროგრესული ზრდით დაბალიდან მაღალამდე (სურათი 1დ), რაც ადასტურებს ICR-ის პროგნოზულ როლს მსხვილი ნაწლავის კიბოს დროს.

სურათი 1. AC-ICAM კვლევის დიზაინი, იმუნურ სისტემასთან დაკავშირებული გენის ხელმოწერა, იმუნური და მოლეკულური ქვეტიპები და გადარჩენა.
ICR იჭერს სიმსივნით გამდიდრებულ, კლონურად გამრავლებულ T უჯრედებს
სიმსივნურ ქსოვილში ინფილტრირებული T უჯრედების მხოლოდ მცირე ნაწილია სპეციფიკური სიმსივნური ანტიგენების მიმართ (10%-ზე ნაკლები). ამიტომ, სიმსივნისშიდა T უჯრედების უმეტესობას მოიხსენიებენ, როგორც გვერდით მდგომ T უჯრედებს (bystander T უჯრედები). პროდუქტიული TCR-ებით ჩვეულებრივი T უჯრედების რაოდენობასთან ყველაზე ძლიერი კორელაცია დაფიქსირდა სტრომულ უჯრედებსა და ლეიკოციტების სუბპოპულაციებში (გამოვლენილია RNA-seq-ით), რომელთა გამოყენება შესაძლებელია T უჯრედების სუბპოპულაციების შესაფასებლად (სურათი 2ა). ICR კლასტერებში (საერთო და CMS კლასიფიკაცია), იმუნური SEQ TCR-ების ყველაზე მაღალი კლონურობა დაფიქსირდა ICR-მაღალ და CMS ქვეტიპის CMS1/იმუნურ ჯგუფებში (სურათი 2გ), ICR-მაღალი სიმსივნეების ყველაზე მაღალი პროპორციით. მთელი ტრანსკრიპტომის (18,270 გენი) გამოყენებით, ექვსი ICR გენი (IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA და CXCL10) იყო ათ საუკეთესო გენს შორის, რომლებიც დადებითად ასოცირდებოდა TCR იმუნურ SEQ კლონურობასთან (სურათი 2დ). ImmunoSEQ TCR კლონურობა უფრო ძლიერ კორელაციაში იყო ICR გენების უმეტესობასთან, ვიდრე სიმსივნეზე მგრძნობიარე CD8+ მარკერების გამოყენებით დაფიქსირებული კორელაციები (სურათი 2f და 2g). დასკვნის სახით, ზემოთ აღნიშნული ანალიზი მიუთითებს, რომ ICR ხელმოწერა ასახავს სიმსივნით გამდიდრებული, კლონურად გამრავლებული T უჯრედების არსებობას და შეიძლება ახსნას მისი პროგნოზული შედეგები.

სურათი 2. TCR მაჩვენებლები და კორელაცია იმუნურ გენებთან, იმუნურ და მოლეკულურ ქვეტიპებთან.
მიკრობიომის შემადგენლობა ჯანმრთელ და მსხვილი ნაწლავის კიბოს ქსოვილებში
მკვლევრებმა ჩაატარეს 16S rRNA სეკვენირება 246 პაციენტის შესაბამისი სიმსივნისა და ჯანსაღი მსხვილი ნაწლავის ქსოვილიდან ამოღებული დნმ-ის გამოყენებით (სურათი 3ა). ვალიდაციისთვის, მკვლევრებმა დამატებით გააანალიზეს 16S rRNA გენის სეკვენირების მონაცემები დამატებით 42 სიმსივნის ნიმუშიდან, რომლებსაც არ ჰქონდათ ანალიზისთვის ხელმისაწვდომი შესაბამისი ნორმალური დნმ. პირველ რიგში, მკვლევრებმა შეადარეს ფლორის შედარებითი სიმრავლე შესაბამის სიმსივნეებსა და ჯანმრთელ მსხვილი ნაწლავის ქსოვილს შორის. Clostridium perfringens მნიშვნელოვნად გაიზარდა სიმსივნეებში ჯანმრთელ ნიმუშებთან შედარებით (სურათი 3ა-3დ). სიმსივნისა და ჯანმრთელ ნიმუშებს შორის ალფა მრავალფეროვნებაში (სახეობების მრავალფეროვნება და სიმრავლე ერთ ნიმუშში) მნიშვნელოვანი განსხვავება არ დაფიქსირებულა და მიკრობული მრავალფეროვნების უმნიშვნელო შემცირება დაფიქსირდა ICR-მაღალ სიმსივნეებში ICR-დაბალ სიმსივნეებთან შედარებით.
მიკრობულ პროფილებსა და კლინიკურ შედეგებს შორის კლინიკურად მნიშვნელოვანი კავშირის დასადგენად, მკვლევარებმა 16S rRNA გენის სეკვენირების მონაცემების გამოყენება გადარჩენის პროგნოზირებადი მიკრობიომის მახასიათებლების იდენტიფიცირების მიზნით განიხილეს. AC-ICAM246-ში მკვლევარებმა გამოიყენეს OS Cox-ის რეგრესიული მოდელი, რომელმაც შეარჩია 41 მახასიათებელი არანულოვანი კოეფიციენტებით (ასოცირებული დიფერენციალური სიკვდილიანობის რისკთან), რომლებსაც MBR კლასიფიკატორებს უწოდებენ (სურათი 3f).
ამ სასწავლო კოჰორტაში (ICAM246), დაბალი MBR ქულა (MBR<0, დაბალი MBR) დაკავშირებული იყო სიკვდილის მნიშვნელოვნად დაბალ რისკთან (85%). მკვლევარებმა დაადასტურეს კავშირი დაბალ MBR-სა (რისკი) და გახანგრძლივებულ OS-ს შორის ორ დამოუკიდებლად დამოწმებულ კოჰორტაში (ICAM42 და TCGA-COAD). (სურათი 3) კვლევამ აჩვენა ძლიერი კორელაცია ენდოგასტრულ კოკებსა და MBR ქულას შორის, რომლებიც მსგავსი იყო სიმსივნისა და ჯანსაღი მსხვილი ნაწლავის ქსოვილში.

სურათი 3. სიმსივნესა და ჯანმრთელ ქსოვილებში არსებული მიკრობიომი და მისი კავშირი ინტრაკრანიულ რეაქციის სიჩქარესა და პაციენტის გადარჩენასთან.
დასკვნა
კვლევაში გამოყენებული მულტი-ომიკური მიდგომა საშუალებას იძლევა კოლორექტალური კიბოს დროს იმუნური პასუხის მოლეკულური ხელმოწერის საფუძვლიანი აღმოჩენისა და ანალიზის და ავლენს მიკრობიომასა და იმუნურ სისტემას შორის ურთიერთქმედებას. სიმსივნისა და ჯანსაღი ქსოვილების ღრმა TCR სეკვენირებამ აჩვენა, რომ ICR-ის პროგნოზული ეფექტი შეიძლება განპირობებული იყოს სიმსივნით გამდიდრებული და შესაძლოა სიმსივნის ანტიგენ-სპეციფიკური T უჯრედების კლონების დაჭერის უნარით.

AC-ICAM ნიმუშებში 16S rRNA გენის სეკვენირების გამოყენებით სიმსივნის მიკრობიომის შემადგენლობის ანალიზით, გუნდმა გამოავლინა მიკრობიომის ხელმოწერა (MBR რისკის ქულა) ძლიერი პროგნოზული მნიშვნელობით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ხელმოწერა მიღებული იყო სიმსივნის ნიმუშებიდან, ჯანმრთელ კოლორექტალურ ნაწლავსა და სიმსივნის MBR რისკის ქულას შორის ძლიერი კორელაცია არსებობდა, რაც იმაზე მიუთითებს, რომ ეს ხელმოწერა შეიძლება ასახავდეს პაციენტების ნაწლავის მიკრობიომის შემადგენლობას. ICR და MBR ქულების გაერთიანებით შესაძლებელი გახდა მულტიომიკური სტუდენტური ბიომარკერის იდენტიფიცირება და ვალიდაცია, რომელიც პროგნოზირებს გადარჩენის მაჩვენებელს მსხვილი ნაწლავის კიბოთი დაავადებულ პაციენტებში. კვლევის მულტიომიკური მონაცემთა ნაკრები უზრუნველყოფს რესურსს მსხვილი ნაწლავის კიბოს ბიოლოგიის უკეთ გასაგებად და პერსონალიზებული თერაპიული მიდგომების აღმოსაჩენად.

მითითება:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI და სხვ. მსხვილი ნაწლავის კიბოს ინტეგრირებული სიმსივნე, იმუნური და მიკრობიომის ატლასი. Nat Med 29, 1273–1286 (2023).