Микрометастазы колоректального рака опаснее, чем крупные

Колоректальный рак нередко образует метастазы в печени, причем в нормальной ткани могут формироваться микроскопические очаги, гистологически отличные от макроскопических метастазов. Такие микрометастазы в печени (CLiMi) могут сохраняться после терапии и служат сильным предиктором неблагоприятного прогноза при колоректальном раке. Авторы статьи в Cancer Cell провели пространственный мультиомный анализ микро- и макрометастазов и объяснили, почему именно микроскопические очаги ассоциированы с худшим прогнозом. 

Ученые проанализировали 49 образцов опухолей — как первичных, так и метастатических очагов в печени и легких, — полученных от 19 пациентов. Анализ включал пространственную транскриптомику на платформах Visium ST и Visium HD ST, полногеномное секвенирование и мультиплексную визуализацию биомаркеров с разрешением на уровне единичных клеток, проведенную при помощи системы PhenoCycler-Fusion. 

Картирование клональной архитектуры выявило распространенные вариации числа копий (CNV) в опухолевых очагах (первичных и метастатических), которых не наблюдалось в участках нормальной ткани. 

Затем авторы отследили эволюционные траектории опухолей, сравнив микро- и макрометастазы в печени. CLiMi отличались более высоким уровнем экспрессии SOX2, одного из факторов плюрипотентности, но не маркера пролиферации Ki-67. Иммуногистохимический анализ также выявил в CLiMi повышенную экспрессию SOX9, маркера стволовых клеток эпителия толстой кишки. Таким образом, микрометастазы характеризуются стволовоподобным фенотипом, в отличие от макрометастазов. 

По пространственным транскриптомным данным авторы определили так называемые метапрограммы — консенсусные маркерные гены, экспрессия которых была характерна для того или иного типа клеток. Чтобы охарактеризовать различия в опухолевом микроокружении макро- и микрометастазов, они сопоставили пропорции различных метапрограмм в образцах. Оказалось, что в макрометастазах была выше доля связанных с опухолью и стромальных метапрограмм, например, указывающих на присутствие опухоль-ассоциированных миофибробластов. Микрометастазы в печени были относительно обогащены T- и B-клеточными сигнатурами и воспалительными фибробластами (iCAF). 

Функциональный анализ обогащения показал, что в CLiMi усилены иммуносупрессорные сигналы (CTLA-4, PD-1 и IL-10), в отличие от макрометастазов. Аналогичная закономерность наблюдалась в легочных микро- и макроочагах.

Исследователи также оценили активность Т-клеток, измерив экспрессию маркеров цитотоксичности (GZMB, IFNG, TNF) и истощения (PDCD1, CTLA4, LAG3, TIGIT). В микрометастазах в печени и легком уровни маркеров истощения были выше, чем в соответствующих макроскопических очагах. С цитотоксическими маркерами наблюдалась обратная картина. 

Наконец, ученые провели анализ дифференциальной экспрессии генов, сравнивая микро- и макрометастазы с окружающей нормальной тканью печени. Они получили сигнатуру из шести генов (BCL7B, COX17, RNF40, YME1L1, WEE1 и AEN), повышенная экспрессия которых была характерна для CLiMi. Клетки, выделенные по этой сигнатуре, экспрессировали маркеры стволовости SOX2 и SOX9, а также сигналы иммуносупрессии. Авторы предполагают, что именно эта популяция способствует распространению метастаз и устойчивости к терапии. 

Что важно, выявленная сигнатура обладала прогностической ценностью. Исследователи проверили это на независимой когорте из 117 пациентов с колоректальным раком, отслеживая безрецидивную выживаемость и сохранение минимальной остаточной болезни. Выявленная сигнатура была связана с плохим прогнозом, рецидивами после хирургического удаления опухоли и развитием резистентности к химиотерапии. 

Таким образом, авторы исследования охарактеризовали гетерогенность метастазов колоректального рака. Они выявили сигнатуру, связанную с распространением метастазов и с их устойчивостью к химиотерапевтическим препаратам, а также подтвердили, что эта сигнатура имеет клиническое значение. 

Клетки колоректального рака возвращаются к фетальному состоянию, чтобы дать метастазы