냇 메드 | 통합된 종양을 매핑하기 위한 다중 오믹스 접근법

냇 메드 | 대장암의 통합된 종양, 면역 및 미생물 환경을 매핑하기 위한 다중 오믹스 접근 방식은 미생물군집과 면역 체계의 상호 작용을 보여줍니다.
원발성 결장암에 대한 바이오마커가 최근 몇 년 동안 광범위하게 연구되었지만, 현재의 임상 지침은 종양-림프절-전이 병기 결정 및 DNA 불일치 복구(MMR) 결함 또는 미세부수체 불안정성(MSI)의 검출에만 의존합니다(표준 병리학 검사에 추가). ) 치료 권장 사항을 결정합니다. 연구자들은 TCGA(Cancer Genome Atlas) 대장암 코호트와 환자 생존에서 유전자 발현 기반 면역 반응, 미생물 프로필, 종양 기질 사이의 연관성이 부족하다는 사실을 지적했습니다.

연구가 진행됨에 따라 암의 세포성, 면역성, 간질 또는 미생물적 특성을 포함한 원발성 대장암의 정량적 특성이 임상 결과와 유의미한 상관관계가 있는 것으로 보고되었지만 이들의 상호 작용이 환자 결과에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 이해는 여전히 제한적입니다. .
표현형의 복잡성과 결과 사이의 관계를 분석하기 위해 카타르 시드라 의학 연구소(Sidra Institute of Medical Research)의 연구진은 최근 미생물군집 특성과 면역 거부 반응을 결합하여 생존율이 좋은 환자 그룹을 식별하는 통합 점수(mICRoScore)를 개발하고 검증했습니다. 상수(ICR). 팀은 원발성 대장암 환자 348명의 신선한 냉동 샘플에 대해 종양 및 일치하는 건강한 대장 조직의 RNA 시퀀싱, 전체 엑솜 시퀀싱, 심층 T 세포 수용체 및 16S 박테리아 rRNA 유전자 시퀀싱을 포함하여 전체 종양으로 보충된 포괄적인 게놈 분석을 수행했습니다. 미생물군집을 더욱 특성화하기 위한 게놈 서열분석. 이 연구는 Nature Medicine에 "결장암의 통합 종양, 면역 및 미생물군집 지도"로 게재되었습니다.

Nature Medicine에 게재된 기사

AC-ICAM 개요

연구자들은 직교 게놈 플랫폼을 사용하여 신선한 냉동 종양 샘플을 분석하고 전신 치료 없이 결장암이라는 조직학적 진단을 받은 환자의 인접한 건강한 결장 조직(종양-정상 쌍)을 일치시켰습니다. WES(whole-exome sequencing), RNA-seq 데이터 품질 관리 및 포함 기준 스크리닝을 기반으로 348명의 환자의 게놈 데이터를 유지하고 후속 분석에 사용했으며 평균 추적 기간은 4.6년이었습니다. 연구팀은 이 리소스를 Sidra-LUMC AC-ICAM: 면역-암-미생물 상호작용에 대한 지도 및 가이드로 명명했습니다(그림 1).

ICR을 이용한 분자 분류

연구팀은 지속적인 암 면역감시를 위한 면역거부상수(ICR)라고 불리는 모듈식 면역 유전 마커 세트를 포착하여 ICR을 흑색종, 방광암, 암 등 다양한 암 유형을 포괄하는 20개 유전자 패널로 압축하여 최적화했습니다. 유방암. ICR은 또한 유방암을 포함한 다양한 암 유형의 면역요법 반응과 관련이 있습니다.

먼저, 연구원들은 ICR 유전자 기반 공동 분류 접근법을 사용하여 코호트를 3개의 클러스터/면역 하위 유형, 즉 높은 ICR(고온 종양), 중간 ICR 및 낮은 ICR(감기 ICR)로 분류함으로써 AC-ICAM 코호트의 ICR 시그니처를 검증했습니다. 종양) (그림 1b). 연구자들은 대장암의 전사체 기반 분류인 합의 분자 하위 유형(CMS)과 관련된 면역 성향을 특성화했습니다. CMS 범주에는 CMS1/면역, CMS2/표준, CMS3/대사 및 CMS4/중간엽이 포함되었습니다. 분석 결과, ICR 점수는 모든 CMS 아형에서 특정 암세포 경로와 음의 상관관계가 있었고, 면역억제 및 간질 관련 경로와의 양의 상관관계는 CMS4 종양에서만 관찰되었습니다.

모든 CMS에서 자연 살해(NK) 세포 및 T 세포 하위 집합의 풍부함은 ICR 높은 면역 하위 유형에서 가장 높았으며 다른 백혈구 하위 집합에서는 변동성이 더 컸습니다(그림 1c). ICR 면역 하위 유형은 OS와 PFS가 다르며 점진적으로 증가했습니다. ICR에서 낮은 것부터 높은 것까지(그림 1d) 대장암에서 ICR의 예후 역할을 검증합니다.

그림 1. AC-ICAM 연구 설계, 면역 관련 유전자 특징, 면역 및 분자 아형 및 생존.
ICR은 종양이 풍부하고 클론 증폭된 T 세포를 포착합니다.
종양 조직에 침투하는 소수의 T 세포만이 종양 항원에 특이적인 것으로 보고되었습니다(10% 미만). 따라서 종양 내 T세포의 대부분을 방관자 T세포(bystander T cell)라고 부른다. 생산적인 TCR을 갖는 기존 T 세포 수와의 가장 강한 상관관계는 간질 세포 및 백혈구 하위 집단(RNA-seq에 의해 검출됨)에서 관찰되었으며, 이는 T 세포 하위 집단을 추정하는 데 사용할 수 있습니다(그림 2a). ICR 클러스터(전체 및 CMS 분류)에서 ICR-high 및 CMS 하위 유형 CMS1/면역 그룹(그림 2c)에서 면역 SEQ TCR의 가장 높은 클론성이 관찰되었으며 ICR-high 종양의 비율이 가장 높았습니다. 전체 전사체(18,270개 유전자)를 사용하여 6개의 ICR 유전자(IFNG, STAT1, IRF1, CCL5, GZMA 및 CXCL10)가 TCR 면역 SEQ 클론성과 긍정적으로 연관된 상위 10개 유전자 중 하나였습니다(그림 2d). ImmunoSEQ TCR 클론성은 종양 반응 CD8+ 마커를 사용하여 관찰된 상관관계보다 대부분의 ICR 유전자와 더 강한 상관관계가 있었습니다(그림 2f 및 2g). 결론적으로, 위의 분석은 ICR 특징이 종양이 풍부하고 클론 증폭된 T 세포의 존재를 포착하고 그 예후적 의미를 설명할 수 있음을 시사합니다.

그림 2. TCR 지표 및 면역 관련 유전자, 면역 및 분자 아형과의 상관관계.
건강한 대장암 조직의 미생물군집 구성
연구진은 246명의 환자로부터 일치하는 종양과 건강한 결장 조직에서 추출한 DNA를 사용하여 16S rRNA 시퀀싱을 수행했습니다(그림 3a). 검증을 위해 연구진은 분석에 사용할 수 있는 정상적인 DNA와 일치하지 않는 추가 42개의 종양 샘플에서 16S rRNA 유전자 서열 분석 데이터를 추가로 분석했습니다. 첫째, 연구자들은 일치하는 종양과 건강한 결장 조직 사이의 식물군의 상대적 풍부함을 비교했습니다. Clostridium perfringens는 건강한 샘플에 비해 종양에서 유의하게 증가했습니다(그림 3a-3d). 종양 샘플과 건강한 샘플 사이의 알파 다양성(단일 샘플에 존재하는 종의 다양성과 풍부함)에는 유의미한 차이가 없었으며, ICR이 낮은 종양에 비해 ICR이 높은 종양에서 미생물 다양성의 약간의 감소가 관찰되었습니다.
미생물 프로필과 임상 결과 사이의 임상적으로 관련된 연관성을 탐지하기 위해 연구자들은 16S rRNA 유전자 서열 분석 데이터를 사용하여 생존을 예측하는 미생물군집 특징을 식별하는 것을 목표로 했습니다. AC-ICAM246에서 연구원들은 MBR 분류기라고 불리는 0이 아닌 계수(차등 사망 위험과 관련됨)를 갖는 41개의 특징을 선택한 OS Cox 회귀 모델을 실행했습니다(그림 3f).
이 훈련 코호트(ICAM246)에서는 낮은 MBR 점수(MBR<0, 낮은 MBR)가 사망 위험(85%)을 상당히 낮추는 것과 관련이 있었습니다. 연구자들은 독립적으로 검증된 두 코호트(ICAM42 및 TCGA-COAD)에서 낮은 MBR(위험)과 장기간의 OS 사이의 연관성을 확인했습니다. (그림 3) 이 연구는 위내 구균과 MBR 점수 사이에 강한 상관관계가 있음을 보여 주었으며 이는 종양과 건강한 결장 조직에서 유사했습니다.

그림 3. 종양 및 건강한 조직의 미생물군집과 ICR 및 환자 생존과의 관계.
결론
본 연구에 사용된 다중 오믹스 접근 방식은 대장암에서 면역 반응의 분자 특징을 철저하게 탐지 및 분석하고 미생물군집과 면역 체계 사이의 상호 작용을 밝힙니다. 종양과 건강한 조직의 심층 TCR 시퀀싱을 통해 ICR의 예후 효과는 종양이 풍부한 T 세포 클론 및 종양 항원 특이적 T 세포 클론을 포착하는 능력에 기인할 수 있음이 밝혀졌습니다.

연구팀은 AC-ICAM 샘플에서 16S rRNA 유전자 시퀀싱을 사용해 종양 미생물군집 구성을 분석함으로써 예후 가치가 강한 미생물군집 특징(MBR 위험 점수)을 식별했습니다. 이 시그니처는 종양 샘플에서 파생되었지만 건강한 결장직장과 종양 MBR 위험 점수 사이에는 강한 상관관계가 있었으며, 이는 이 시그니처가 환자의 장내 미생물 구성을 포착할 수 있음을 시사합니다. ICR과 MBR 점수를 결합함으로써 대장암 환자의 생존을 예측하는 다중 오믹 학생 바이오마커를 식별하고 검증하는 것이 가능했습니다. 이 연구의 다중 오믹 데이터 세트는 대장암 생물학을 더 잘 이해하고 맞춤형 치료 접근법을 찾는 데 도움이 되는 리소스를 제공합니다.

참조:
Roelands, J., Kuppen, PJK, Ahmed, EI 등. 대장암의 통합된 종양, 면역 및 미생물군집 지도입니다. Nat Med 29, 1273–1286(2023).