當(dāng)Gregory Poore還是一名大一新生時(shí)，他原本健康的祖母被診斷患有晚期胰腺癌，12月下旬確診，次年1月就去世了。這讓他感到震驚，“因?yàn)樗龓缀鯖](méi)有任何征兆或癥狀，為什么她的癌癥沒(méi)有更早被發(fā)現(xiàn)，為什么治療方法無(wú)效？”這些問(wèn)題驅(qū)使著Poore不斷地去尋找答案。直到2017年，Poore看到《Science》雜志上的一項(xiàng)研究——微生物入侵大多數(shù)胰腺癌并能夠分解這些患者使用的主要化療藥物。這引起了他濃厚的興趣和猜想，細(xì)菌和病毒可能在癌癥中發(fā)揮更大的作用。
DOI：10.1126 / science.aah5043念念不忘，必有回響。如今，在美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥醫(yī)學(xué)院攻讀博士的Poore師從微生物組創(chuàng)新中心Rob Knight教授。他們聯(lián)合一個(gè)跨學(xué)科的合作小組共同開(kāi)發(fā)了一種癌癥診斷新方法，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)方法識(shí)別血液中存在的微生物DNA（細(xì)菌和病毒）特征，就可以診斷是否患癌以及患有哪種癌癥。這項(xiàng)研究結(jié)果以“Microbiome analyses of blood and tissuessuggest cancer diagnostic approach”為題于當(dāng)?shù)貢r(shí)間3月11日發(fā)表在《Nature》雜志上，或許會(huì)推動(dòng)癌癥生物學(xué)領(lǐng)域的重要轉(zhuǎn)變。
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2095-1具體來(lái)說(shuō)，研究人員使用癌癥基因組圖譜數(shù)據(jù)庫(kù)分析了18,116個(gè)腫瘤樣本。這些樣本來(lái)自10,481名患者，涵蓋了33種不同的癌癥類型，包括原發(fā)性和復(fù)發(fā)性腫瘤以及轉(zhuǎn)移擴(kuò)散的腫瘤。除了已知的微生物與癌癥之間的聯(lián)系，如人乳頭瘤病毒（HPV）與宮頸癌、頭頸癌之間的關(guān)系，以及梭桿菌種類與胃腸道癌癥之間的關(guān)系外，研究人員還發(fā)現(xiàn)“新大陸”，如費(fèi)氏桿菌物種與結(jié)腸癌之間的聯(lián)系等。
癌癥的微生物特征（圖片來(lái)源：Nature）在收集了癌癥樣本的微生物特征之后，研究小組訓(xùn)練了數(shù)百種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以將某些微生物序列特征與特定癌癥相匹配。機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠僅使用患者血液中的微生物數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別患者的癌癥類型。隨后，研究人員使用從59例前列腺癌、25例肺癌和16例黑色素瘤患者的血液樣本中收集的數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行驗(yàn)證，并與69名健康個(gè)體的血液進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，這些模型能以敏感性為86％識(shí)別出肺癌患者，對(duì)于無(wú)肺部疾病的個(gè)體沒(méi)有出現(xiàn)假陽(yáng)性報(bào)告；以81％的敏感性區(qū)分前列腺癌患者和肺癌患者。目前，大多數(shù)癌癥的診斷需要進(jìn)行手術(shù)活檢，但這種方法耗時(shí)且昂貴，而且是侵入性的。而當(dāng)前的液體活檢尚未能夠可靠地將正常的遺傳變異與真正的早期癌癥區(qū)分開(kāi)，罕見(jiàn)基因突變也很難檢測(cè)。研究人員表示，與人體循環(huán)腫瘤DNA相比，基于微生物DNA的癌癥檢測(cè)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是其在不同身體部位的多樣性。相比之下，人類的DNA在整個(gè)身體中是基本相同的。由于不依賴于罕見(jiàn)的人類DNA變化，這項(xiàng)研究表明，與目前的液體活檢相比，基于血液中微生物DNA信息或許能夠在癌癥早期就準(zhǔn)確地檢測(cè)出癌癥的存在和類型，以及缺乏可檢測(cè)基因突變的癌癥。當(dāng)然，研究人員也指出，這些初步觀察結(jié)果距離FDA批準(zhǔn)其為癌癥診斷檢測(cè)方法，還有很長(zhǎng)的路要走?，F(xiàn)在需要更大、更多樣化的患者群體來(lái)驗(yàn)證和完善機(jī)器學(xué)習(xí)算法。同時(shí)，為了加快這一商業(yè)化進(jìn)程和臨床應(yīng)用，Knight和Poore已經(jīng)申請(qǐng)了專利，并與合著者Sandrine Miller-Montgomery共同創(chuàng)立了一家名為Micronoma的公司。
[1] Microbial DNA in patient blood may be tell-tale sign of cancer
[2] Microbe DNA in blood samples could reveal clues about cancer–study
[3] AI finds microbial signatures in tumours and blood across cancer types
[4] Nature：AI增強(qiáng)版“滴血測(cè)癌”，準(zhǔn)確率高達(dá)86%！查驗(yàn)血中微生物DNA即可實(shí)現(xiàn)早期診斷
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