格里高里·鲍尔(Gregory Poore)目前是加州大学圣地亚哥分校医学院的医学博士,他在罗布·奈特(Rob knight)博士的实验室中从事研究。
3.11日,他和Knight以及其他跨学科的合作者一起开发了一种新的方法,可以通过简单地分析血液中存在的微生物DNA(细菌和病毒),来识别患者是否是癌症,以及是哪种癌症。这项研究发表在《自然》杂志上,可能会改变人们观察和诊断癌症的方式。
Poore在2017年的一篇《科学》杂志上看到,一项研究表明,微生物可以侵入大多数胰腺癌患者,并分解患者吃下的治疗药物,从此,他对细菌和病毒可能在其中发挥更大作用的想法深感兴趣。
Knight说:“几乎所有以前的癌症研究工作都假设肿瘤处于无菌环境,而忽略了人类癌细胞和生活在我们体内的细菌,病毒,真菌等微生物之间复杂的相互作用。” “我们体内的微生物基因的数量大大超过了人类基因的数量,因此它们为我们的健康提供重要线索也就不足为奇了。”
癌症与微生物的关系
研究人员,首先,研究了美国国家癌症研究所的数据库The Cancer Genome Atlas中的基因组数据,然后获得了其中的的微生物数据。数据库里包含了数千种肿瘤患者的基因组信息和其他信息。这是有史以来,在人类基因组中的分析微生物DNA所做的最大项目。
他们从18116份肿瘤样本(10481例患有33种不同癌症的患者)中发现了与特定癌症类型相关的独特微生物特征或模式。
一开始,他们预期会有一些病毒和癌症之间的发现,例如人乳头瘤病毒(HPV)与宫颈癌,头癌和颈癌之间的关联,以及梭菌属细菌与胃肠道癌症之间的关联。但是,他们还发现了以前未知的微生物特征,这些特征能明显将癌症类型区分开。例如,费氏杆菌属的细菌只要存在,就能将结肠癌与其他癌症区分开。
他们挖掘出了数千种癌症样品的微生物组特征,然后,通过训练和测试数百种机器学习算法,来看是否可以将某些微生物与特定癌症进行关联。然后通过机器学习模型,仅使用患者血液中的微生物数据是否就能识别患者的癌症类型。
结果发现,还真可以,仅使用血液微生物DNA对癌症的识别准确率还很高。
那是不是能够在癌症早期也能识别呢?
于是,他们从数据集中又删除了晚期(III和IV期)癌症的样本,结果发现,仅依靠血液来源的微生物数据,确实也能在早期区分癌症类型。另外,即使他们把样品进行最严格的生物信息学净化处理,结果仍保持不变,即使消除了90%以上的微生物数据,判断的结果仍然准确。
血液微生物DNA是否能够真的预测癌症类型?
为了确定机器学习算法挖掘出的血液微生物数据在现实世界中是否还能预测癌症,他们又分析了59位前列腺癌患者,25位肺癌和16位黑色素瘤患者的血液样本,并检测了里面的微生物DNA。同时,他们还找了健康人作对照,来自加州大学圣地亚哥医学院艾滋病毒神经行为研究中心的69名健康,阴性志愿者。
经过对比,他们发现,通过机器学习模型能够区分大多数患有癌症的人和没有患癌的人。例如,这些模型可以正确地识别出肺癌患者和无肺部疾病患者,敏感性达到86%,特异性为100%。通过他们还经常分辨出不止一种癌症,比如检测到了参与者患有的三种癌症。对不同癌症的区分也很准确,例如,这些模型可以以81%的敏感性正确区分前列腺癌患者和肺癌患者。
患者血液中的微生物DNA可能是癌症的明显征兆
将来,基于血液的微生物DNA序列可用于检测多种不同的癌症。采用这种方法,有可能随着时间的推移可以监测肿瘤的变化,不仅可以作为诊断方法,而且可以进行长期的治疗监测。这可能对癌症患者的护理以及癌症的早期发现有重大影响。
比当前癌症诊断技术更有优势
当前,大多数癌症的诊断都需要进行手术活检或从可疑癌症部位取出样本,并由专家分析样本,以寻找与某些癌症相关的分子标记。这种方法可能是侵入性的,耗时还比较贵。
目前,已经有几家公司正在开发“液体活检”,即通过简单的抽血快速诊断特定癌症的方法和使他们能够检测肿瘤散发的血液循环DNA中特定癌症的人类基因突变的技术。这种方法已经可以用于监视某些类型的已经明确诊断的癌症进展,但是,这些检测都还没有被美国食品药品监督管理局(FDA)批准用于诊断。
虽然,液体活检已经开始有公司开展检测,但是,当前的液体活检还不能可靠地将正常的遗传变异与真正的早期癌症区分开,并且,这种技术无法在没有人类基因组改变的地方发现癌症。
在疾病早期,当前的液体活,假阴性的结果更多。这是因为很难在肿瘤脱落的罕见细胞中找到一个非常罕见的人类基因突变。在患上癌症早期时,这点信息很容易被忽视,可能会被告知没有癌症,耽误病情。
与血液循环人类肿瘤DNA相比,基于微生物DNA进行癌症检测的优势之一是,能够区分微生物来自哪些身体部位。而人类DNA在整个身体上基本相同。通过不依赖人类DNA的罕见变化,而是以血液为基础的微生物DNA序列,可以比当前的液体活检测试更早地准确检测癌症是否已经发生以及癌症类型,即使缺乏可检测到的基因突变时,还可以进一步通过微生物DNA检测来预测。
该技术也有局限性
基于血液的微生物DNA序列仍有可能漏掉癌症信息并返回假阴性结果。但是,未来随着使用更多数据完善机器学习模型,这种方法可能会变得更加准确。
尽管微生物DNA方法假阴性可能不那么普遍,但假阳性仍然是一种风险。
仅仅检测到了癌症风险,并不意味着需要立即治疗。一些DNA的改变是非癌性的,而是与衰老相关的,无害或可以自我修复的。如果没有进一步的测试,可能永远也不知道是良性的还是恶性的。
这就是为什么,技术太先进了也不一定是好事,一下子预测出很多肿瘤风险,有可能引起心理压力,但是,其实很多风险并不会真的导致癌症。可能需要进行其他检查以确认诊断,确定肿瘤的分期并确定其确切位置。
所以,筛查和癌症诊断技术应该由专家或临床医生监控,由他们判断具体风险。
参考资料:
https://medicalxpress.com/news/2020-03-microbial-dna-patient-blood-tell-tale.html
