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！

yinfuhua

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！3 X$ K2 D, E: J( Z3 d. F
来源：奇点糕 2022-11-11 15:057 l# }& o# _: T3 y# s$ [$ W- a5 `
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# L: E; m& q% w, F+ N
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！9 c6 Q$ K  C2 x* j
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］！
& e2 v& X0 J# \% s/ h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！
! k. h! K" u, {. p5 P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。) G: |3 `& |2 ~- f& l# R
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]。5 c7 f& l$ K3 C* O3 I  A! Z
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 s+ `* q9 _0 L3 _; S0 Z, }! V7 a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。
% E9 m  k  S1 B $ _) f  z0 \' X4 d0 R6 R  \
论文首页截图3 m5 S4 G' P' ?6 A( A# G, k
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]。
, z, B- G8 c' R, @. D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。
; r1 d7 {: ]) x* b  x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。* B7 d; b- _7 _. h; Y8 S0 [2 a4 F
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。
& d% J8 ^' p0 B2 T9 ?; h+ Z/ M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）。, X' f( _: `, v3 Q5 Y
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。5 w% N# o, x- R3 D6 O" |
4 L8 u7 L9 x+ }; k) n
图1食管腺癌患者mbDNA特征显著改变
& ?# T/ J3 a: E4 @% W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。" Z  k6 w/ e; c' s8 [
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）。9 x- X' L" O: b6 L2 Y$ u
5 F+ @2 D$ n0 V6 w
0 K9 C8 q5 ^9 P6 j* c' j
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: D) M% q3 l( }/ K/ s" R
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]。' R( `: `) X! n: `1 }7 e7 J5 Q
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）。4 T* Q6 {! Y1 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）。
6 w- o# r$ i, B' W0 v# x6 G0 Z- F ; r+ t$ C; t# `4 G8 t: C+ ]
图3在种水平上，不同组患者LEfSe分析结果
  i. Y% V5 Q$ g( n/ o/ B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。
8 |5 e' Q/ H. c) L! f. @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）。' L. \+ Z! J  v4 `
4 s, ^  y5 a5 U- F1 D! h
图4宏基因组工具表现出优秀的食管腺癌早筛效果
* @% h. t( Q: ~3 ?: B. @$ z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。
  N4 A; W' a# {+ ~) a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。/ {8 \7 S* i! C- m6 N( r
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）。
( M8 \' v+ d3 l- l: J5 q3 y. H( b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）。0 I+ b+ |) m8 C" ~7 ], h0 m
: `  C  _# o; I% U' r
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# O( ?% J" ~  l' V. r
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。
: f/ [. b+ R9 |- Y  b参考文献
1 V: i8 @. S/ E' B1 n# P[1] Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Cancer J Clin. 2021;71(3):209-249. doi:10.3322/caac.21660
" l1 l( p. l7 u: J! \[2] 赫捷, et al.中国食管癌筛查与早诊早治指南（2022，北京）. 中国肿瘤 31.06(2022):401-436.% }: [& ]" p0 _. e
[3] Arnold M, Ferlay J, van Berge Henegouwen MI, Soerjomataram I. Global burden of oesophageal and gastric cancer by histology and subsite in 2018. Gut. 2020;69(9):1564-1571. doi:10.1136/gutjnl-2020-321600
$ k" |. W) {7 }# g3 z[4] Kambhampati S, Tieu AH, Luber B, Wang H, Meltzer SJ. Risk Factors for Progression of Barrett's Esophagus to High Grade Dysplasia and Esophageal Adenocarcinoma. Sci Rep. 2020;10(1):4899. Published 2020 Mar 17. doi:10.1038/s41598-020-61874-72 p3 ~/ _1 k5 `( R6 [6 u6 o
[5] Duggan MA, Anderson WF, Altekruse S, Penberthy L, Sherman ME. The Surveillance, Epidemiology, and End Results (SEER) Program and Pathology: Toward Strengthening the Critical Relationship. Am J Surg Pathol. 2016;40(12):e94-e102. doi:10.1097/PAS.00000000000007495 q; b% l+ a% R8 W) r, g$ H2 h
[6] Poore GD, Kopylova E, Zhu Q, et al. Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach. Nature. 2020;579(7800):567-574. doi:10.1038/s41586-020-2095-1' u* W+ G+ U, ~/ Y4 Q
[7] Zaidi AH, Pratama MY, Omstead AN, et al. A blood-based circulating microbial metagenomic panel for early diagnosis and prognosis of oesophageal adenocarcinoma [published online ahead of print, 2022 Sep 12]. Br J Cancer. 2022;10.1038/s41416-022-01974-5. doi:10.1038/s41416-022-01974-5) W- \* ]2 U& k9 Y7 j
[8] Bhat S, Coleman HG, Yousef F, et al. Risk of malignant progression in Barrett's esophagus patients: results from a large population-based study [published correction appears in J Natl Cancer Inst. 2013 Apr 17;105(8):581]. J Natl Cancer Inst. 2011;103(13):1049-1057. doi:10.1093/jnci/djr203
+ L/ Q$ M# c, \7 Z% m1 O[9] Chen X, Yang CS. Esophageal adenocarcinoma: a review and perspectives on the mechanism of carcinogenesis and chemoprevention. Carcinogenesis. 2001;22(8):1119-1129. doi:10.1093/carcin/22.8.1119
. u# l8 G, y. {$ N" t[10] Segata N, Izard J, Waldron L, et al. Metagenomic biomarker discovery and explanation. Genome Biol. 2011;12(6):R60. Published 2011 Jun 24. doi:10.1186/gb-2011-12-6-r60
# }/ p; I) Q. B( Y
1 K5 U! a! q6 {; b3 w* u$ F
  E8 Y4 b1 q' O+ M+ ~) U; r1 V