近日，一項刊登在國際雜誌Nature Cancer上題為“Microbiome genomics for cancer prediction”的綜述文章中，來自魏茨曼科學研究所等機構的科學家們論述了如何利用微生物組的基因組學特征來進行癌症預測。

        盡管癌症基因組學能作為一種強大的工具幫助理解癌症發病機製並幫助開發新型診斷工具，但目前研究人員卻很少研究維生素組在癌症診斷和臨床療法評估中扮演的關鍵角色，這項研究中，研究者Elinav等人就論述了通過研究癌症的宏基因組如何能夠促進不同腫瘤類型的識別、診斷和分級。

        研究人員對小鼠和人類進行的大量研究表明，微生物組的改變或與癌症的發生、發展和對療法的反應直接相關，而宿主微生物組與癌症病理學之間的一種可能性的鏈接就是微生物所產生的代謝產物，這些潛在的生物活性分子可以在腫瘤局部或遠端產生，其能夠係統性地湧入宿主體內並影響腫瘤相關的過程;微生物代謝產物的特性及其效應子功能可能也會在擁有不同微生物組或暴露於不同飲食、藥物或其它環境因素的個體之間產生差異，在癌症或其療法反應的背景下，這些微生物組衍生的分子的組合或許是有益的，也可能是有害的;同時通過分析患者機體的宏基因組特征，還能提供一種病人特殊的化學特征，並與微生物生態係統組成的分析相結合，這或許就為患者個性化的幹預提供了一種新的視角。

        盡管對癌症發生分子基礎的全麵描述主要集中在人類基因組的改變上，但最近的研究報告卻發現了特殊癌症類型和特定微生物組藍圖之間的關聯;然而，研究人員並不是非常清楚這種關聯之間的程度，以及其對癌症診斷、預後和治療所產生的影響;基於對細菌和病毒與特性類型癌症之間關聯的了解，研究者就開始對TCGA計劃中超過1萬名癌症患者中涉及33種癌症類型的1.8萬多份腫瘤樣本進行全基因組和RNA測序數據進行分析，經過嚴格的篩選和分類，研究人員利用這些樣本中的微生物DNA序列開發了一種新型算法，其能夠有效區分15種不同的癌症組織和正常組織，並對癌症類型進行分類，同時研究者還能利用基於組織的微生物模型來區分I期和IV期癌症，這些在結腸癌、胃癌和腎髒癌症中都表現良好，而在其它類型的癌症中就表現地有限。深入分析來自結腸癌等癌症患者機體的樣本就能幫助建立不同類型癌症與微生物遺傳特性之間的關聯，即結腸癌中存在的梭菌屬、宮頸癌中存在的Alphapapillomavirus genus等。

        隨後研究者進一步研究利用來自TCGA血液樣本的測序數據來檢測微生物DNA(mbDNA)的特征並且檢測是否這種新型算法能夠預測不同類型癌症的存在;值得注意的是，將這種經過TCGA訓練的機器學習分類技術應用於血液樣本衍生的mbDNA特征上，並與不同類型癌症的存在相關聯。隨後研究人員將他們的研究結果與現有的ctDNA試驗進行了比較，結果發現，mbDNA能有效區分Ia和IIc期的癌症及並未檢測到基因組改變的腫瘤，從而就能為傳統ctDNA方法提供新的工具。最後，利用從獨立臨床隊列參與者機體的血漿樣本中提取的無細胞DNA的宏基因組測序方法，研究者發現，這種方法能夠區分健康個體和癌症患者，同時還能區分前列腺癌和肺癌患者等;總之，通過對腫瘤和循環mbDNA特征進行深入研究，研究人員就能提供一種創新性的方法，將癌症患者從健康個體中篩選出來，並且能區分特殊的癌症類型，在某些情況下還能識別早期和晚期癌症患者。

        這項研究補充了過去一些強調微生物組在癌症中重要性的報告，來自人類微生物組研究計劃的數據顯示，人類機體微生物的特征會表現出時間和空間上的變化。盡管飲食、環境、宿主機體遺傳因素和早期微生物的暴露都是造成這種異質性的原因，但這種多樣性在很大程度上依然無法解釋，最近有研究表明，不同原發性癌症(其中許多發生在胃腸道)中存在的細菌會影響癌症患者的預後表現。相關研究發現或許並不局限於原發性腫瘤，有意思的是，相同的細菌也可以在同一患者的轉移性腫瘤中發現，這就表明，原發性腫瘤和轉移性腫瘤之間或會表現出微生物組的穩定性。盡管目前研究人員對癌症中微生物組所扮演的生物學功能的了解仍然有限，但我們都知道，微生物組會影響患者的療法預後以及其對常規化療和免疫療法的反應。

        癌症診斷的金標準技術依賴於活組織檢查，隨後由病理學家對活組織進行顯微鏡檢查，對患者的癌症進行遺傳學分析通常會尋找遺傳改變，從而就能幫助指導有關靶向療法方案的決策;液體活檢是一種新型方法，其能對循環腫瘤細胞進行分析研究，但其主要是用於監測在腫瘤治療或手術後輔助治療中已經確診的癌症患者;研究者Galon等人開發的免疫評分技術就能通過測定腫瘤位點的宿主免疫反應來確定早期結腸癌患者的疾病複發風險。

        為了理解利用微生物DNA對癌症患者效益的潛在臨床意義，研究者就需要將研究結果置於當前癌症診斷和臨床隨訪方法的背景下進行;從這個角度來講，研究人員發現了一些非常有趣的結果，首先，他們能夠識別出早期癌症患者，並未對基因組變異進行監測，而基於ctDNA的分析就能夠得出證據;其次，在某些情況下，研究者能夠正確地將癌症患者分類到特定的階段，這優於其它液體活檢方法，相關研究發現就表明，mbDNA監測方法能幫助識別早期(仍可治愈)癌症患者，並能作為一種快速的癌症篩查工具。

        盡管這些發現具有非常明顯的臨床意義，但科學家們仍然有一些問題需要解決，比如，是否能利用微生物組的特征來預測癌症的發生及進展;未來的研究也需要提供明確的證據來證實這種潛在強大工具的有效性，另一個有趣的問題就是，這些微生物組的特征是否真的能夠改變患者的治療情況，在這種情況下，其就能作為一種指示患者預後和監測的生物標誌物。很顯然，這種方法還需要進一步測試和驗證，因此後期研究者可能還需要一段時間，直到相關的測試通過了監管部門的評估和臨床實踐的應用，後期研究者還將繼續在更大的人群隊列和不同類型的癌症患者中進行後續研究。