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！

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！

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］！

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！

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。

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]。

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。

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。

论文首页截图

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]。

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。

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。

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。

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）。

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。

图1食管腺癌患者mbDNA特征显著改变

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。

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）。

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

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]。

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）。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）。

图3在种水平上，不同组患者LEfSe分析结果

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。

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）。

图4宏基因组工具表现出优秀的食管腺癌早筛效果

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。

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。

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）。

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）。

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

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。

参考文献

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[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.

[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

[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/s41598-020-61874-7

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[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

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