Чому колоректальний рак молодшає? Новий клітинний атлас дає підказки

Захворюваність на колоректальний рак серед людей молодших 50 років продовжує зростати, однак пояснити цей феномен лише спадковістю або відомими генетичними змінами поки не вдається. Нове дослідження, опубліковане в Nature Medicine, дозволило подивитися на проблему з іншого рівня — окремих клітин пухлини та їхньої взаємодії.

Дослідники створили великий транскриптомний атлас первинних колоректальних пухлин, який охопив пацієнтів протягом восьми десятиліть життя. У пухлинах молодших пацієнтів виявили більше стромального компонента, підвищену активність довгих некодуючих РНК та посилення сигнальних шляхів, пов’язаних з епітеліально-мезенхімальним переходом. Це ще не відповідь на питання, чому ранній колоректальний рак стає частішим, але важлива підказка: його біологія може частково відрізнятися від пухлин, які виникають у старшому віці.

189 пухлин і понад 850 тисяч клітинних ядерaccemedin.com/img/content/materials/Наказ «Легенева гіпертензія».pdf

До дослідження включили 189 первинних колоректальних пухлин: 54 були отримані від пацієнтів із раннім колоректальним раком, діагностованим до 50 років, а 135 — від пацієнтів віком 50 років і старше. Зразки охоплювали вісім десятиліть життя, що дозволило авторам аналізувати вік не лише за умовним порогом у 50 років, а й як безперервну характеристику.

За допомогою секвенування РНК окремих ядер — single-nucleus RNA sequencing — дослідники сформували атлас із 850 222 високоякісних клітинних ядер. У ньому ідентифікували сім основних клітинних ліній: епітеліальні, стромальні, мієлоїдні, ендотеліальні, T- і B-лімфоцити, а також гліальні/нейрональні клітини.

Під час аналізу враховували важливі клінічні фактори, здатні впливати на біологію пухлини: її локалізацію, стадію, стать пацієнта, мікросателітний статус і попередню неоад’ювантну терапію. Основну увагу надалі зосередили на мікросателітно-стабільних пухлинах, оскільки MSS та MSI-H колоректальний рак суттєво відрізняються біологічно.

У молодших пацієнтів пухлина містила більше строми

Однією з найбільш послідовних вікових відмінностей виявився склад пухлинного мікрооточення. У мікросателітно-стабільних пухлинах молодших пацієнтів частка епітеліальних пухлинних клітин була нижчою, а стромальних компонентів — вищою.

Автори перевірили цю закономірність одразу в кількох незалежних наборах даних. У додатковій когорті з використанням bulk RNA-seq співвідношення стромальних та епітеліальних клітин також зменшувалося зі збільшенням віку пацієнта.

Результат додатково підтвердили за допомогою мультиспектральної імунофлуоресценції та машинного навчання у 712 MSS-пухлинах. Порівняно з пацієнтами віком 70 років і старше, у пацієнтів молодших 50 років шанси мати вище співвідношення стромальних до епітеліальних клітин були у 2,7 раза вищими.

Тобто одна з характерних рис раннього колоректального раку може полягати не лише у властивостях самих злоякісних клітин, а й у структурі середовища, в якому вони існують.

Пухлинне мікрооточення у молодих виявилося активнішим

Особливо цікаві відмінності автори виявили при аналізі мікросателітно-стабільних лівобічних пухлин — саме ця підгрупа значною мірою пов’язана зі зростанням частоти раннього колоректального раку.

У пухлинах молодших пацієнтів спостерігали більше міжклітинних взаємодій. Найбільше вони стосувалися стромальних, мієлоїдних та окремих епітеліальних клітинних популяцій.

Загалом у ранньому колоректальному раку було виявлено 29 сигнальних шляхів із посиленою міжклітинною взаємодією проти семи у пухлинах пацієнтів старшого віку. Дев’ять сигнальних шляхів були унікальними саме для молодшої групи.

Серед них — ACTIVIN, а також сигнальні системи, пов’язані з FN1, GDF та іншими процесами, які можуть брати участь в епітеліально-мезенхімальному переході.

Перегляньте запис:

Епітеліально-мезенхімальний перехід: чому він привернув увагу?

Епітеліально-мезенхімальний перехід, або EMT, — це процес, під час якого епітеліальні клітини набувають частини властивостей мезенхімальних клітин. У контексті пухлинної біології такі зміни пов’язують із підвищенням клітинної пластичності, інвазивності та взаємодії пухлини зі стромою.

У роботі молодший вік асоціювався з підвищеною експресією FN1, а аналіз міжклітинних взаємодій показав посилення кількох EMT-асоційованих сигнальних шляхів. Разом із підвищеним стромальним компонентом це формує картину більш вираженого ремоделювання пухлинного мікрооточення у молодших пацієнтів.

Автори розглядають ці результати як одну з потенційних біологічних особливостей раннього колоректального раку. Водночас дослідження не доводить, що активніший EMT є причиною виникнення пухлини в молодому віці або причиною зростання захворюваності.

Ще одна відмінність — довгі некодуючі РНК

Не менш цікавий сигнал виявили на рівні експресії генів. У мікросателітно-стабільних пухлинах автори визначили 215 генів, експресія яких була вищою в молодшому віці, та лише 44 гени, активність яких була вищою у старших пацієнтів.

Серед генів, активніших у молодих, непропорційно велику частку становили довгі некодуючі РНК — lncRNA. У деяких епітеліальних клітинних популяціях вони складали приблизно 30–45% генів, експресія яких була підвищена у молодшому віці.

Особливо вираженою ця закономірність була у стовбуроподібних пухлинних клітинах. Підвищену активність lncRNA також виявили в проліферуючих клітинах та фібробластах.

Водночас значна частина цих молекул залишається погано вивченою. Автори прямо зазначають, що їхня роль у біології раннього колоректального раку потребує функціонального підтвердження.

Це не просто нормальні вікові зміни товстої кишки

Важливим питанням було те, чи відмінності в експресії генів просто відображають нормальне старіння тканини. Для перевірки дослідники порівняли свої результати з даними нормальної тканини товстої кишки з інших великих наборів даних.

Перекриття виявилося мінімальним. Лише п’ять диференційно експресованих генів збігалися з віковими змінами, характерними для нормальної товстої кишки, а при іншому незалежному порівнянні такого перекриття фактично не спостерігали.

Це підтримує припущення, що знайдені відмінності пов’язані саме з біологією пухлини у різному віці, а не лише з фізіологічним старінням кишкової тканини.

Перегляньте записи:

А геном молодих пухлин справді інший?

Тут результати виявилися значно менш однозначними. Дослідники аналізували зміни кількості копій ділянок ДНК — copy number alterations, або CNA.

Чітко специфічного для раннього колоректального раку профілю CNA в мікросателітно-стабільних пухлинах не виявили. Загальне навантаження такими змінами також не мало статистично значущого зв’язку з віком після врахування інших факторів.

Водночас у пухлинах молодших пацієнтів спостерігалася тенденція до більшої внутрішньопухлинної гетерогенності CNA — тобто до наявності більшої кількості генетично відмінних субпопуляцій клітин. Статистична значущість була пограничною, тому автори розглядають цей результат лише як напрям для подальшого дослідження.

Чи пояснює це, чому колоректальний рак «молодшає»?

Поки що — ні. Дослідження показує, чим пухлини молодших пацієнтів можуть відрізнятися, але не встановлює, що саме спричиняє зростання кількості випадків раннього колоректального раку.

Робота має спостережний характер, тому не дозволяє встановити причинно-наслідкові зв’язки. Самі автори називають багато отриманих результатів гіпотезогенерувальними та наголошують на необхідності функціональних досліджень.

Крім того, ранній колоректальний рак частіше є лівобічним, а локалізація сама по собі пов’язана з молекулярними характеристиками пухлини. Автори намагалися статистично врахувати цей фактор, але повністю відокремити ефект віку від ефекту локалізації складно.

Для частини аналізів клітинних програм і міжклітинних взаємодій також неможливо було скоригувати результати за всіма потенційними клінічними конфаундерами. У дослідженні не було й парних зразків нормальної тканини від тих самих пацієнтів.

Що важливо запам’ятати лікарю?

У новому дослідженні Nature Medicine створено транскриптомний атлас 189 первинних колоректальних пухлин і понад 850 тисяч клітинних ядер у пацієнтів різного віку.

Мікросателітно-стабільні пухлини молодших пацієнтів характеризувалися вищим співвідношенням стромального до епітеліального компонента. Цей результат підтвердили в незалежних когортах, зокрема у 712 MSS-пухлинах із використанням мультиспектральної імунофлуоресценції.

У молодших пацієнтів також виявили підвищену активність довгих некодуючих РНК, більшу кількість міжклітинних взаємодій та посилення сигнальних шляхів, пов’язаних з епітеліально-мезенхімальним переходом. Натомість чіткого специфічного для молодого віку профілю змін кількості копій ДНК не виявлено.

Отже, ранній колоректальний рак може відрізнятися не стільки набором окремих генетичних змін, скільки особливостями пухлинного мікрооточення, регуляції експресії генів та взаємодії між клітинами. Але назвати ці зміни причиною того, що колоректальний рак дедалі частіше виникає у молодих людей, наразі не можна.

Новий клітинний атлас радше показує, де саме шукати відповідь далі.

ДЖЕРЕЛО: Nature Medicine

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.