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癌癥新診斷方式或?qū)⒊霈F(xiàn):血液微生物DNA讀數(shù)
2020-03-13
來源:轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)網(wǎng)
導(dǎo)讀:隨著新一代測序的出現(xiàn),我們擁有優(yōu)異的能力來研究腫瘤基因和宿主基因組以及生物體內(nèi)存在的大量微生物。之前有研究證據(jù)表明,這些微生物可能賦予某些癌癥易感性,也可能影響對治療的反應(yīng)?,F(xiàn)在研究人員切換角度,猜測在無征兆癌癥患者身上,微生物是否會起一定的征兆作用。
近日,由加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院進行的研究于2020年3月11日發(fā)表在《自然》雜志上。該研究可能會改變?nèi)藗冇^察和診斷癌癥的方式。研究人員開發(fā)了一種新穎的方法可以通過簡單地分析血液中存在的微生物DNA(細(xì)菌和病毒)的模式,來識別誰是癌癥,通常是哪種癌癥。
加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的博士格里高里·鮑爾(Gregory Poore),在微生物學(xué)創(chuàng)新中心教授兼主任羅布·奈特(Rob Knight)博士的實驗室中從事研究生論文的工作。奈特認(rèn)為我們忽略了人類癌細(xì)胞與細(xì)菌、病毒和其他生活在我們體內(nèi)的微生物之間復(fù)雜的相互作用,它們其實為我們的健康提供了重要線索。
癌癥相關(guān)的微生物模式
研究人員首先研究了可從美國國家癌癥研究所的數(shù)據(jù)庫癌癥基因組圖集獲得的微生物數(shù)據(jù),其中包含來自數(shù)千種患者腫瘤的基因組信息和其他信息。就團隊所知,這是有史以來為鑒定人類測序數(shù)據(jù)中的微生物DNA所做的較大努力。
從18116份腫瘤樣本(代表10481例患有33種不同癌癥類型的患者)中發(fā)現(xiàn)了與特定癌癥類型相關(guān)的獨特微生物特征或模式。研究人員配備了數(shù)千種癌癥樣品的微生物組特征,然后訓(xùn)練并測試了數(shù)百種機器學(xué)習(xí)模型,以將某些微生物模式與特定癌癥的存在相關(guān)聯(lián)。機器學(xué)習(xí)模型僅使用患者血液中的微生物數(shù)據(jù)就能識別患者的癌癥類型。
然后,研究人員從數(shù)據(jù)集中刪除了高級別(3期和4期)癌癥,發(fā)現(xiàn)僅依靠血液來源的微生物數(shù)據(jù),許多癌癥類型在早期仍可區(qū)分。即使研究小組對樣品進行了嚴(yán)格的生物信息學(xué)凈化處理,結(jié)果仍保持不變,這消除了90%以上的微生物數(shù)據(jù)。
應(yīng)用微生物DNA測試
為了確定這些微生物模式在現(xiàn)實世界中是否有用,他們及其小組分析了59位同意的前列腺癌患者、25位肺癌和16位黑色素瘤患者的血液樣本,這些樣品是由加州大學(xué)圣地亞哥分校健康分校的摩爾斯癌癥中心的合作者提供的。研究人員利用他們開發(fā)的新工具來減少污染,為每個癌癥患者樣本讀出了微生物特征,并將它們與來自加州大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院的艾滋病毒神經(jīng)行為研究中心的的69名健康陰性的志愿者的血漿樣本進行了比較。
該團隊的機器學(xué)習(xí)模型能夠區(qū)分大多數(shù)患有癌癥的人和沒有患有癌癥的人。合著者加州大學(xué)圣地亞哥分校健康中心摩爾斯癌癥中心實驗療法的共同負(fù)責(zé)人,醫(yī)學(xué)腫瘤學(xué)家桑迪普·普拉文·帕特爾(Sandip Pravin Patel)博士認(rèn)為,隨著時間的推移來監(jiān)測這些變化,不僅可以作為診斷方法,還可以進行長期的治療監(jiān)測。這可能會對癌癥患者的護理以及癌癥的早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生重大影響。
與當(dāng)前癌癥診斷的比較
目前大多數(shù)癌癥的診斷都需要進行手術(shù)活檢或從可疑癌癥部位取出樣本,并由專家分析樣本,以尋找與某些癌癥相關(guān)的分子標(biāo)記。這種方法可能是侵入性的,耗時的且昂貴的。
幾家公司現(xiàn)在正在開發(fā)“液體活檢”,即通過簡單的抽血快速診斷特定癌癥的方法和使他們能夠檢測腫瘤散發(fā)的循環(huán)DNA中特定于癌癥的人類基因突變的技術(shù)。這種方法已經(jīng)可以用于監(jiān)視某些類型的已診斷癌癥的腫瘤進展,但尚未獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)的批準(zhǔn)用于診斷。
液體活檢通常會返回假陰性結(jié)果的原因是目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,并且他們無法在沒有人類基因組改變的地方發(fā)現(xiàn)癌癥。
研究人員稱,與循環(huán)人類腫瘤DNA相比,基于微生物DNA進行癌癥檢測的優(yōu)勢之一是其在不同身體部位之間的多樣性。相比之下,人類DNA在整個身體上基本相同。由于不依賴人類罕見的DNA變化,該研究表明,與當(dāng)前的液體活檢相比,基于血液的微生物DNA讀數(shù)可能能夠在更早的階段準(zhǔn)確檢測出癌癥的存在和類型,也可檢測到那些平臺沒有檢測到的基因突變的癌癥。
局限性和注意事項
研究人員很快指出,基于血液的微生物DNA讀數(shù)仍有可能漏掉癌癥跡象并返回假陰性結(jié)果,這仍然是一種風(fēng)險。研究小組還警告說,僅僅因為發(fā)現(xiàn)了癌癥,并不意味著它總是需要立即治療;即使微生物讀數(shù)表明存在癌癥,患者仍可能需要進行其他檢查以確認(rèn)診斷,確定腫瘤的分期并確定其確切位置。
展望未來
研究人員將這些初步觀察結(jié)果進一步發(fā)展為FDA批準(zhǔn)的癌癥診斷測試,仍然存在許多挑戰(zhàn)。重要的是,他們需要在更大更多樣化的患者人群中驗證他們的發(fā)現(xiàn),這是一項昂貴的工作。他們需要定義一個健康的基于血液的微生物讀數(shù)在許多不同的人群中可能是什么樣子。他們還想確定他們可以在人血中檢測到的微生物特征是來自活微生物、死微生物還是已破裂開放并分散其內(nèi)含物的死微生物,這種見解可以幫助他們完善和改進方法。
為了促進基于血液微生物DNA讀數(shù)的進一步發(fā)展,以便朝著監(jiān)管部門批準(zhǔn)診斷測試的商業(yè)化和臨床應(yīng)用的方向發(fā)展,奈特和鮑爾申請了專利,并與合著者桑德琳·米勒·蒙哥馬利(Sandrine Miller-Montgomery)共同創(chuàng)立了一家名為Micronoma的衍生公司。
研究可能會促使癌癥生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)生重大變化。研究人員還暗示,癌癥診斷可能僅僅是新發(fā)現(xiàn)的與癌癥相關(guān)的血液微生物組的開始。
參考資料:
https://medicalxpress.com/news/2020-03-microbial-dna-patient-blood-tell-tale.html
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