BJC：科学家首次发现，血液微生物DNA可用于食管癌的早筛和预后！

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BJC：科学家首次发现，血液微生物DNA可用于食管癌的早筛和预后！
& o% H0 r. B( ]; ?- }& R; G来源：奇点糕 2022-11-11 15:05  S- ]% k& P$ o/ w/ E9 l7 s. N
该研究首次表明，基于循环mbDNA的宏基因组在食管腺癌早筛和预后诊断中具有强大的生命力。此外，该研究鉴定的与食管腺癌诊断和预后相关的重要微生物，未来或可成为潜在的治疗靶点。2 M, c% K9 D6 ?* `: O" n2 E
火锅、煲汤和各类热饮都是我们冬天的最爱，它们既暖胃又让我们快乐！然而，当我们沉醉热饮热食时，有一个幽灵——食管癌（EC）也在悄悄接近！& K1 ]% D0 M, L0 m+ r7 Q% T" P4 P+ M
食管癌（EC）是全球第七大癌症和第六大癌症死因[1]。我国食管癌负担严重，据WHO数据，2020年我国食管癌新发病例为32.4万例，死亡病例为30.1万例，分别占全球食管癌发病与死亡的50%以上［2］！2 E" X1 b3 t- ?: R. w3 q1 l+ C% n
食管癌可分为食管鳞状细胞癌（ESCC）和食管腺癌（EAC）[2-3]。我国以食管鳞状细胞癌为主，西方国家以食管腺癌为主[1-3]。食管癌早期缺乏典型的临床症状，因此大多数患者就诊时已达中晚期，患者预后较差[3，4]。早期食管癌患者在接受治疗后，5年生存率可达95%［5］。因此，开发高效的食管癌早筛早诊工具，对于提高食管癌患者的生存率至关重要！& [. h/ J0 f& q9 f
近年来，基于循环微生物DNA（mbDNA）开发的癌症检测工具，在多个实体瘤筛查的基础研究中大放异彩[6]。然而，目前尚无针对食管腺癌的检测工具问世。
& z6 h& H% q$ N! H5 G: {* F8 M近日，由美国希望之城医学中心贝克曼研究所Ajay Goel领衔的研究团队，在《英国癌症杂志》（British Journal of Cancer）发表重要研究成果[7]。: w) H1 S+ z: g+ }8 o% v( F# R5 I
研究者发现食管腺癌患者具有独特的血液mbDNA特征，而且他们首次开发了基于mbDNA的食管腺癌诊断和预后评估的宏基因组工具，该工具检测性能优异。5 b! x& k3 D; T8 a" \- \( l; j
该研究表明，mbDNA具有作为食管腺癌的早筛早诊、预后生物标志物和干预靶点的潜力。! f" ?7 v4 e4 \3 m: ]8 {0 l

4 e2 i$ V  L7 [& O# X论文首页截图5 F! E; s$ u( S1 T0 R) H
冰冻三尺非一日之寒！在诊断为食管腺癌前，患者往往需要经历从胃食管反流病（GERD）-巴雷特食管（BE）-高度不典型增生（HGD/Dysplasia）-食管腺癌的恶性转变[8-9]。
9 O! A. F4 m" P$ W( j5 B  L迄今为止，虽然有研究报道了与GERD、BE和食管腺癌相关的食管组织微生物组的特征。然而，目前尚无患者血液mbDNA特征的研究。为此，研究者使用了食管腺癌致癌过程中不同患者的血清样本，并对其血清样本进行了宏基因组测序。. J  _9 Q5 m  w8 a( I  y0 v
接下来我们就一起来看看Ajay Goel团队是如何开展这项研究的。, V8 K! {/ d. L7 u6 F) Y
这项研究纳入了2016-2018年间，在阿勒格尼健康网络食管和肺研究所治疗的81名患者，包括51名食管腺癌患者、10名不典型增生患者、10名BE和10名GERD患者。所有患者均超过18岁。
/ l1 u  l  Q; y+ P' Z9 t研究者发现，与GERD患者相比，用于估计微生物群α多样性的香农指数（Shannon index）在食管腺癌患者中显著降低（图1a）。与食管腺癌患者相比，GERD患者的微生物丰富度明显更高（图1b-c）。此外，食管腺癌患者微生物群的β多样性与其他组明显不同（图1d）。0 z, ]. o3 H4 a# K7 i, B5 M
总之，在从GERD到食管腺癌的疾病进程中，患者会出现血液循环微生物失调。
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& v6 _5 x* q: d- s' I" z$ l  _图1食管腺癌患者mbDNA特征显著改变
) J# z) }* f! T研究者进一步探究了患者血清微生物组成的差异。研究者发现，假长双歧杆菌（B. pseudolongum）、清酒乳杆菌（L.sakei）和大肠杆菌（E.coli）分别是不同组间丰度最高的细菌。' ?, d7 T/ |5 w2 O/ S4 U
研究者还检测了这些细菌在每组患者血清中的平均丰度。数据分析显示，L.sakei在GERD患者中的相对丰度最高，在HGD和食管腺癌患者中不存在（p<0.0001，图2）。相比之下，E.coli在GERD组中不存在，但在食管腺癌患者中的丰度最高（p=0.53）。
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5 I( f+ C' Z, c& }  Z  ]0 H2 {图2与GERD组相比，HGD和食管腺癌组血清中的L.sakei相对丰度显著降低. g8 R, A! z, N+ S2 J
LEfSe即LDA效应分析，可分析组间菌群差异[10]。利用LEfSe，研究者可获得在不同组间丰度有显著差异的细菌物种，并将其作为生物标志物[10]。5 u0 K  c- X, [/ _3 a: w: b
研究者指出，当LDA分数截止值大于4时，不同组患者间有显著差异的细菌物种主要是多种乳酸杆菌（图3）。
3 |9 V6 y9 n9 D- U; E与其他三组相比，L.sakei在GERD组中显著富集（p<0.00001；图3）。当GERD组与食管腺癌组两两比较时，L.sakei、弯曲乳杆菌（L.curvatus）、柯林斯氏菌（C.stercoris）和粪便拟杆菌（B.stercoris）在GERD组显著富集，相比之下，大肠杆菌在食管腺癌患者中显著富集（图3）。+ L' F2 A+ O5 F' N) I; G/ K' ?

) c, x8 q( W6 n0 S6 Z图3在种水平上，不同组患者LEfSe分析结果
% T3 O: u- y2 S为验证上述结果，研究者整合这5种特异性菌种（L.sakei、L.curvatus、C.stercoris、B.stercoris和E.coli），开发了基于mbDNA的宏基因组食管腺癌诊断工具。' \& u) |' y  A' v' G. Y; ?9 Z6 e
研究者使用逻辑回归模型，对该工具的诊断性能进行了验证。ROC曲线显示，该工具对GERD和食管腺癌的鉴别表现出优秀的性能，AUC值为0.89，最佳灵敏度为60%，特异性为95%（图4）。
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! T% }9 `0 z! {/ |$ ?图4宏基因组工具表现出优秀的食管腺癌早筛效果
) R0 ~0 y9 E0 O那么宏基因组能否用于预测食管腺癌患者生存期呢？研究者以食管腺癌患者总生存期（OS）是否达到24个月为标准，将患者分为两类：OS<24个月和OS≥24个月。
' P: t* A5 n+ w研究者对不同类别患者的样本进行了LEfSe分析。研究者发现，沙门氏菌噬菌体球衣（Salmonella phage jersey）和大肠杆菌病毒P1（Escherichia virus P1）在OS≥24个月组中显著富集（图5a）。随后，研究者构建了一个包含这两种噬菌体和大肠杆菌的宏基因组工具，用于预测食管腺癌患者的生存期。+ {1 P( z$ b" @& }+ ]$ g0 S
当该工具与患者临床TNM分期相结合时，ROC曲线显示，该工具对鉴别OS≥24个月的患者表现出不俗的性能，AUC为0.84，最佳灵敏度86%，特异性65%（图5b）。+ N0 b# P( f. s0 o
此外，与单独使用临床TNM分期相比，当TNM分期与宏基因组结合时，后者能够预测更长的OS，风险比（HR）为6.23（p<0.001）（图5c）。* z' U# R/ z9 ~6 l0 i# e9 v
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图5宏基因组特征可作为食管腺癌患者预测OS的生物标志物# j5 I  f: V* O. K, o' r6 v
总的来说，该研究首次表明，基于循环mbDNA的宏基因组在食管腺癌早筛和预后诊断中具有强大的生命力。此外，该研究鉴定的与食管腺癌诊断和预后相关的重要微生物，未来或可成为潜在的治疗靶点。
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