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！
8 e/ Q% C: e: \3 {2 v来源：奇点糕 2022-11-11 15:05$ _+ r7 X! M( z! n/ U! o
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。3 Q* L/ \7 D$ ]) i
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！
0 u( E3 B, J: s" F# H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 R  T% `+ @1 w
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！" h3 e! ]0 n$ W* r# q
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。5 A0 P4 x7 I9 ^' w6 Y' c* v( i
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]。
: i, X" }. w5 P; ~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。
- u& Y: i. W* k# y1 n' n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。. W& @1 e# F4 u- R& \, r! f# k3 C9 s

: `8 S; G$ R1 S" n8 u% L论文首页截图
& t1 e' Z: V9 Q3 O3 Q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]。; d) n8 N% r2 ]4 R
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。% {- v7 z; p( M) i4 \+ j; e  i" u: \( `
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。# k$ m) f$ B8 b5 D9 q1 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。. |2 v5 D2 B7 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）。
* Q3 @9 j" n- R6 g3 e$ K* f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。; h" W  A; Z2 e6 \$ \
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图1食管腺癌患者mbDNA特征显著改变3 ~3 t( S: h- g9 A3 {& f4 ~0 n
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。
& D4 i7 [8 K* R8 e" f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）。( ]# W1 S, ^5 f( P! i

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" g' Y. s" \& d9 X6 X' z' D2 K; a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
5 R  D7 j9 I7 M6 ~# V" XLEfSe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]。
2 }) [" c- L% u" _! ^) X4 o( `6 S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）。- |# r. a$ `6 h! A8 `( P
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）。8 h3 Y" K1 m$ E. v$ @4 @9 a, S  M

0 p3 G  q* J& D0 f- U; p6 q2 w4 c图3在种水平上，不同组患者LEfSe分析结果5 d/ e) U# Z) Q1 m: c4 c1 l9 Z
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。
- _) ~( Y/ m2 Q$ R4 x, }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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图4宏基因组工具表现出优秀的食管腺癌早筛效果* A8 {# M4 h4 \8 H8 x1 F
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。2 f% f6 \1 h1 B4 {. J1 s
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。, e/ `" ]. Z) j: x9 k  i; P
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）。
" s7 v8 M4 b1 R$ O7 b$ D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）。: l/ ~; t/ L2 h0 u2 F- O/ o

5 y' N5 c: s  S, e# G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# N: G- W' U5 |5 s* z$ ~
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。
, u) c! _' E+ Z# J- n8 o参考文献
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