nat med |統合された腫瘍をマッピングするためのマルチオミクスアプローチ

nat med |結腸直腸癌の統合腫瘍、免疫、微生物の景観をマッピングするためのマルチオミクスアプローチは、微生物叢と免疫系との相互作用を明らかにしています
原発性結腸癌のバイオマーカーは近年広範囲に研究されていますが、現在の臨床ガイドラインは、腫瘍リンパ節形成の病期分類とDNAミスマッチ修復（MMR）欠陥またはマイクロサテライト不安定性（MSI）の検出にのみ依存しています（標準的な病理学テストに加えて）治療の推奨を決定します。研究者は、癌ゲノムアトラス（TCGA）結腸直腸癌コホートと患者の生存における遺伝子発現ベースの免疫応答、微生物プロファイル、および腫瘍間質間の関連性の欠如に注目しています。

研究が進むにつれて、癌細胞、免疫、間質、または微生物の性質を含む原発性結腸直腸癌の定量的特性は、臨床結果と有意に相関することが報告されていますが、相互作用が患者の転帰にどのように影響するかについての理解はまだ限られています。
表現型の複雑さと結果の関係を分析するために、カタールのSIDRA医学研究所の研究者チームが最近開発および検証され、マイクロビオームの特性と免疫除去定数（ICR）を組み合わせて生存率が良好な患者のグループを特定する統合スコア（Microscore）を検証しました。チームは、腫瘍のRNAシーケンスや健康な結腸直腸組織、全エクソーム配列決定、深部T細胞受容体、16S細菌のRRNA遺伝子シーケンスを含む、原発性結腸直腸癌の348人の患者からの新鮮な凍結サンプルの包括的なゲノム分析を実施し、全体の腫瘍ゲノムシーケンスを補充してマイクロビオームを特徴づけます。この研究は、Nature Medicineで「統合腫瘍、免疫、微生物叢の結腸癌のアトラス」として掲載されました。

Nature Medicineに掲載された記事

AC-ICAMの概要

研究者は、直交ゲノムプラットフォームを使用して、新鮮な凍結腫瘍サンプルを分析し、全身療法なしで結腸癌の組織学的診断を受けた患者から隣接する健康な結腸組織（腫瘍正規ペア）を一致させました。全エクソームシーケンス（WES）、RNA-SEQデータ品質制御、およびインクルージョン基準スクリーニングに基づいて、348人の患者からのゲノムデータが保持され、4。6年のフォローアップの中央値で下流分析に使用されました。このリソースと名付けられた研究チームは、Sidra-Lumc AC-ICAM：免疫癌 - マイクロバイオームの相互作用のマップとガイド（図1）と名付けられました。

ICRを使用した分子分類

免疫定数の拒絶率（ICR）と呼ばれる連続癌免疫サーベイルの免疫遺伝マーカーのモジュラーセットを捕捉すると、研究チームは、黒色腫、膀胱がん、乳がんなどのさまざまな癌タイプをカバーする20遺伝子パネルに凝縮することにより、ICRを最適化しました。 ICRは、乳がんを含むさまざまな癌タイプの免疫療法反応にも関連しています。

最初に、研究者は、ICR遺伝子ベースの共同分類アプローチを使用して、コホートを3つのクラスター/免疫サブタイプに分類するために、AC-ICAMコホートのICR署名を検証しました：高ICR（高温腫瘍）、中ICRおよび低ICR（冷たい腫瘍）（図1B）。研究者は、結腸癌のトランスクリプトームベースの分類であるコンセンサス分子サブタイプ（CMS）に関連する免疫傾向を特徴づけました。 CMSカテゴリには、CMS1/免疫、CMS2/標準、CMS3/代謝、CMS4/間葉が含まれていました。分析により、ICRスコアはすべてのCMSサブタイプの特定の癌細胞経路と負の相関があり、免疫抑制および間質関連経路との正の相関がCMS4腫瘍でのみ観察されたことが示されました。

すべてのCMSで、ナチュラルキラー（NK）細胞およびT細胞サブセットの存在量は、ICR高免疫サブタイプで最も高く、他の白血球サブセットの変動性が高くなりました（図1C）。

図1。AC-ICAM研究デザイン、免疫関連遺伝子シグネチャ、免疫および分子サブタイプおよび生存。
ICRは、腫瘍に豊富なクローン増幅されたT細胞を捕獲します
腫瘍組織に浸透する少数のT細胞のみが、腫瘍抗原に特異的であると報告されています（10％未満）。したがって、腫瘍内T細胞の大部分は、バイスタンダーT細胞（バイスタンダーT細胞）と呼ばれます。生産性TCRとの従来のT細胞の数との最も強い相関は、間質細胞および白血球亜集団（RNA-Seqで検出）で観察され、T細胞の亜集団を推定するために使用できます（図2A）。 ICRクラスター（全体およびCMS分類）では、ICR-High腫瘍の割合が最も高いICR-HIGHおよびCMSサブタイプCMS1/免疫基（図2C）で免疫SIQ TCRの最高クローン性が観察されました。トランスクリプトーム全体（18,270遺伝子）を使用して、6つのICR遺伝子（IFNG、STAT1、IRF1、CCL5、GZMA、およびCXCL10）は、TCR免疫SQクローン性に積極的に関連する上位10遺伝子の1つでした（図2D）。免疫症TCRクローン性は、腫瘍応答性CD8+マーカーを使用して観察された相関よりも、ほとんどのICR遺伝子とより強く相関していました（図2Fおよび2G）。結論として、上記の分析は、ICRシグネチャが腫瘍濃縮のクローン増幅T細胞の存在をキャプチャし、その予後の意味を説明する可能性があることを示唆しています。

図2。TCRメトリックと免疫関連遺伝子、免疫および分子サブタイプとの相関。
健康および結腸癌組織における微生物叢組成
研究者は、246人の患者から一致した腫瘍と健康な結腸組織から抽出されたDNAを使用して、16S RRNAシーケンスを実施しました（図3A）。検証のために、研究者はさらに、分析に利用できる通常のDNAと一致していなかった追加の42の腫瘍サンプルからの16S RRNA遺伝子シーケンスデータをさらに分析しました。第一に、研究者は、一致した腫瘍と健康な結腸組織の間の植物相の相対的な存在量を比較しました。 Clostridium Perfringensは、健康なサンプルと比較して腫瘍で有意に増加しました（図3A-3D）。腫瘍と健康なサンプルの間でアルファの多様性（単一のサンプルの種の多様性と存在量）に有意な差はなく、ICR-Low腫瘍と比較してICR高腫瘍で微生物の多様性のわずかな減少が観察されました。
微生物プロファイルと臨床結果の間の臨床的に関連する関連性を検出するために、研究者は16S RRNA遺伝子シーケンスデータを使用して、生存を予測するマイクロビオームの特徴を特定することを目指しました。 AC-ICAM246では、研究者は、MBR分類子と呼ばれる非ゼロ係数（異なる死亡リスクに関連する）で41の機能を選択したOS Cox回帰モデルを実行しました（図3F）。
このトレーニングコホート（ICAM246）では、MBRスコアが低く（MBR <0、低MBR）、死亡のリスクが大幅に低く（85％）。研究者は、2つの独立して検証されたコホート（ICAM42およびTCGA-Coad）で、低MBR（リスク）と長期OSとの関連を確認しました。 （図3）この研究では、腫瘍と健康な結腸組織が類似していた内胃コクシとMBRスコアの間に強い相関があることが示されました。

図3。腫瘍および健康な組織の微生物叢、およびICRとの関係と患者の生存。
結論
この研究で使用されているマルチオミクスアプローチは、結腸直腸癌における免疫応答の分子シグネチャの徹底的な検出と分析を可能にし、微生物叢と免疫系との相互作用を明らかにします。腫瘍と健康な組織の深いTCR配列決定により、ICRの予後効果は、腫瘍濃縮および腫瘍抗原特異的T細胞クローンを捕捉する能力が原因である可能性があることが明らかになりました。

AC-ICAMサンプルで16S RRNA遺伝子シーケンスを使用して腫瘍微生物叢組成を分析することにより、チームは、予後強い値を持つ微生物叢の署名（MBRリスクスコア）を特定しました。このシグネチャは腫瘍サンプルに由来していましたが、健康な大腸と腫瘍MBRリスクスコアの間には強い相関があり、この署名が患者の腸内ミクロビオーム組成をキャプチャする可能性があることを示唆しています。 ICRとMBRスコアを組み合わせることにより、結腸癌患者の生存を予測するマルチOMIC学生バイオマーカーを特定して検証することができました。この研究のマルチOMICデータセットは、結腸癌の生物学をよりよく理解し、パーソナライズされた治療アプローチを発見するのに役立つリソースを提供します。

参照：
Roelands、J.、Kuppen、PJK、Ahmed、Ei et al。結腸癌の統合腫瘍、免疫および微生物叢のアトラス。 Nat Med 29、1273–1286（2023）。