ナット・メッド |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

ナット・メッド |結腸直腸がんの腫瘍、免疫、微生物の統合状況をマッピングするマルチオミクスアプローチにより、マイクロバイオームと免疫系の相互作用が明らかになる
原発性結腸がんのバイオマーカーは近年広範囲に研究されているが、現在の臨床ガイドラインは（標準的な病理検査に加えて）腫瘍リンパ節転移の病期分類と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）の検出のみに依存している。 ) 推奨される治療法を決定します。研究者らは、Cancer Genome Atlas (TCGA) 結腸直腸がんコホートにおける遺伝子発現に基づく免疫応答、微生物プロファイル、および腫瘍間質と患者の生存との間に関連性が欠如していることを指摘しています。

研究が進むにつれて、がんの細胞性、免疫性、間質性、または微生物性などの原発性結腸直腸がんの量的特徴が臨床転帰と有意に相関していることが報告されていますが、それらの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はまだ理解が限られています。 。
表現型の複雑さと転帰の関係を詳しく分析するために、カタールのシドラ医学研究所の研究者チームは最近、マイクロバイオームの特徴と免疫拒絶反応を組み合わせて生存率の良い患者グループを特定する統合スコア (mICRoScore) を開発し、検証しました。定数 (ICR)。研究チームは、原発性結腸直腸がん患者348人から採取した新鮮凍結サンプルの包括的なゲノム解析を実施した。これには、腫瘍全体で補完された、腫瘍および対応する健康な結腸直腸組織のRNA配列決定、全エクソーム配列決定、深層T細胞受容体および16S細菌rRNA遺伝子配列決定が含まれる。マイクロバイオームをさらに特徴付けるためのゲノム配列決定。この研究は、「結腸癌の統合腫瘍、免疫およびマイクロバイオーム アトラス」として Nature Medicine に掲載されました。

Nature Medicine に論文が掲載されました

AC-ICAM の概要

研究者らは、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、全身療法を受けていない結腸がんの組織学的診断を受けた患者由来の隣接する健康な結腸組織（腫瘍と正常のペア）を照合しました。全エクソームシークエンシング（WES）、RNA-seq データ品質管理、および包含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存され、追跡期間中央値 4.6 年の下流解析に使用されました。研究チームはこのリソースを「Sidra-LUMC AC-ICAM: 免疫-がん-マイクロバイオーム相互作用の地図とガイド」と名付けました (図 1)。

ICRを用いた分子分類

研究チームは、免疫拒絶定数（ICR）と呼ばれる、継続的ながん免疫監視のための免疫遺伝マーカーのモジュール式セットを取得し、それを黒色腫、膀胱がん、膀胱がんなどのさまざまながん種をカバーする 20 個の遺伝子パネルに凝縮することで ICR を最適化しました。乳癌。 ICR は、乳がんを含むさまざまな種類のがんにおける免疫療法反応とも関連しています。

まず研究者らは、AC-ICAM コホートの ICR サインを検証しました。ICR 遺伝子ベースの同時分類アプローチを使用して、コホートを高 ICR (高温腫瘍)、中 ICR、低 ICR (低温腫瘍) の 3 つのクラスター/免疫サブタイプに分類しました。腫瘍) (図 1b)。研究者らは、トランスクリプトームに基づいた結腸がん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た。 CMS カテゴリには、CMS1/免疫、CMS2/標準、CMS3/代謝、および CMS4/間葉が含まれます。分析の結果、ICR スコアはすべての CMS サブタイプで特定のがん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は 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 において、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ではばらつきが大きかった (図 1c)。ICR 免疫サブタイプは異なる OS と PFS を持ち、徐々に増加しました。 ICR は低値から高値まで変化し (図 1d)、結腸直腸がんにおける ICR の予後の役割が検証されました。

図 1. AC-ICAM 研究デザイン、免疫関連遺伝子サイン、免疫サブタイプおよび分子サブタイプ、生存率。
ICR は腫瘍に富み、クローン的に増幅された T 細胞を捕捉します
腫瘍組織に浸潤している T 細胞のうち、腫瘍抗原に特異的であると報告されているのはごく一部 (10% 未満) のみです。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 を持つ従来の T 細胞の数との最も強い相関関係は、間質細胞および白血球部分集団 (RNA-seq によって検出) で観察され、T 細胞部分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、免疫SEQ TCRの最も高いクローン性がICR高およびCMSサブタイプCMS1/免疫グループで観察され（図2c）、ICR高腫瘍の割合が最も高かった。全トランスクリプトーム (18,270 遺伝子) を使用すると、6 つの ICR 遺伝子 (IFNG、STAT1、IRF1、CCL5、GZMA、および CXCL10) が、TCR 免疫 SEQ クローン性と正に関連する上位 10 遺伝子の中に含まれていました (図 2d)。 ImmunoSEQ 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 シグネチャが腫瘍に富み、クローン的に増幅された T 細胞の存在を捉えており、その予後への影響を説明できる可能性があることを示唆しています。

図 2. TCR メトリクスと免疫関連遺伝子、免疫および分子サブタイプとの相関。
健康な組織と結腸癌組織のマイクロバイオーム構成
研究者らは、246 人の患者の一致する腫瘍組織と健康な結腸組織から抽出した DNA を使用して 16S rRNA シーケンスを実行しました (図 3a)。検証のため、研究者らはさらに、分析に利用可能な正常 DNA と一致しない 42 個の腫瘍サンプルからの 16S rRNA 遺伝子配列データを分析しました。まず、研究者らは、一致する腫瘍と健康な結腸組織の間で細菌叢の相対的な存在量を比較しました。ウェルシュ菌は、健康なサンプルと比較して腫瘍内で有意に増加していました (図 3a ～ 3d)。腫瘍サンプルと健康サンプルの間でアルファ多様性（単一サンプル内の種の多様性と存在量）に有意差はなく、ICR が低い腫瘍と比較して、ICR が高い腫瘍では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転帰との間の臨床的に関連する関連性を検出するために、研究者らは、16S rRNA 遺伝子配列データを使用して、生存を予測するマイクロバイオームの特徴を特定することを目的としました。 AC-ICAM246 で、研究者らは、MBR 分類子と呼ばれる、ゼロ以外の係数 (死亡リスク差に関連する) を持つ 41 個の特徴を選択する 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、低い MBR スコア (MBR<0、低い MBR) は死亡リスクの有意な低下 (85%) と関連していました。研究者らは、独立して検証された2つのコホート（ICAM42およびTCGA-COAD）において、低MBR（リスク）とOS延長との関連を確認した。 (図 3) この研究では、胃内球菌と MBR スコアの間に強い相関関係があり、腫瘍組織と健康な結腸組織では同様であったことが示されました。

図 3. 腫瘍組織および健康な組織におけるマイクロバイオームと、ICR および患者の生存との関係。
結論
この研究で使用されたマルチオミックスアプローチにより、結腸直腸がんにおける免疫応答の分子的特徴の徹底的な検出と分析が可能になり、マイクロバイオームと免疫系の間の相互作用が明らかになります。腫瘍および健康な組織の詳細なTCRシーケンスにより、ICRの予後効果は、腫瘍に富む、おそらく腫瘍抗原特異的なT細胞クローンを捕捉する能力によるものである可能性があることが明らかになりました。

AC-ICAM サンプルの 16S rRNA 遺伝子配列決定を使用して腫瘍マイクロバイオームの組成を分析することで、研究チームは、強い予後価値を持つマイクロバイオームの特徴 (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ますが、健康な結腸直腸と腫瘍 MBR リスク スコアの間には強い相関関係があり、このシグネチャが患者の腸内マイクロバイオーム組成を捉えている可能性があることが示唆されています。 ICR スコアと MBR スコアを組み合わせることで、結腸がん患者の生存を予測するマルチオミクス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。この研究のマルチオミクス データセットは、結腸がんの生物学をより深く理解し、個別化された治療アプローチの発見に役立つリソースを提供します。

参照：
Roelands、J.、Kuppen、PJK、Ahmed、EI 他。結腸がんの腫瘍、免疫、マイクロバイオームの統合アトラス。 Nat Med 29、1273–1286 (2023)。