结直肠癌的肠道病毒组及其预后评估
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文献速递
结直肠癌（CRC）患者的肠道微生物组特征与非结直肠癌个体显著不同，但关于 CRC 相关微生物组的病毒成分知之甚少。本研究作者用 74 例 CRC 的患者（cases）和 92 例非 CRC 个体（controls）作为发现队列，测了粪便样本的宏病毒组，组装分类比较两组病毒差异，接着用3个独立队列（（1）香港队列（111 例 cases：112 例 controls）；（2）奥地利队列（46 例 cases：63 例 controls）；（3）法国和德国队列（91 例 cases：66 例 controls））的粪便样本验证了与 CRC 相关的病毒标志物。最后构建了随机生存森林模型，以识别与患者生存时间相关的模型。
结果：CRC 患者的肠道噬菌体多样性显著上升， 22 个病毒属可作为区分 CRC 和对照的标志物（ROC=0.802）；肠道病毒组特征还可区分早期和晚期 CRC，4 个标志物与患者生存率降低相关，并独立于肿瘤阶段、淋巴结转移等临床病理指标；CRC 患者粪便样本中，噬菌体与口腔共生细菌间的互作发生改变。这些与 CRC 相关的肠道病毒组特征，或可用于 CRC 诊断和预后预测。
Keywords: Colorectal Cancer; Microbiome; Sequencing; Stool
Title: Alterations in Enteric Virome Associate With Colorectal Cancer and Survival Outcomes
DOI: 10.1053/j.gastro.2018.04.018
Journal: Gastroenterology [IF 19.233]
First Authors: Geicho Nakatsu
Correspondence: Jun Yu
Affiliation: The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China
Published: 2018-04-21
研究背景
CRC 患者的肠道微生物失调是微生物之间共生、失调的互作的结果，有研究确定了影响这种生态失衡的非细菌因素。虽然饮食能明显改变肠道微生物，但在缺乏饮食 / 治疗干预措施的情况下，微生物群调节并维持自身处于疾病状态的机制尚不清楚。
近年来，越来越多的数据表明不同种族血统的患者之间肠道细菌和口腔细菌存有共性，这突显了通用细菌标记物在 CRC 无创诊断中的潜力。虽然颇多研究探究 CRC 肠道细菌与疾病的关系，但是肠道微生物的其他界（multi-kingdom）尚未深入研究。
一些疾病的发生源于胃肠道的机会性病毒感染。健康的饮食习惯有助于降低对 CRC 的敏感性。肠道病毒可能会因饮食改变而发展，而这种饮食改变容易使人患 CRC。肠病毒与患病细菌群落有关，而营养干预对它们的治疗作用很小。此外，还有与肠道病毒感染有关的肠道免疫疾病，可能会对 CRC 的发展产生影响。
研究思路
队列收集
招募标准：在医院接受肠镜检查的 50 岁或以上的参与者。
一开始募集了 129 名参与者，这些人接受了标准结肠镜检查，没有可检测到的病变（n = 55）或经组织学确认的癌变（n = 74），接着又招募了另一组与人口统计学匹配的对照受试者（n = 37）进行发现队列分析，结果共有 92 名对照个体和 74 名患者（病例）。
招募了一个独立的中国队列，包括 112 名对照受试者，111 例 CRC 患者和 197 例大肠腺瘤患者，以验证发现标记物。
研究结果
首先稀释曲线结果显示，与对照组相比，CRC（n = 74）的噬菌体丰富度相对增加（n = 92），可检测的噬菌体种类数量已接近饱和。CRC 患者的噬菌体病毒的多样性显著增加，细菌多样性降低。在对照组中发现细菌和病毒群落多样性之间存在负相关关系，但在 CRC 组中却没有。
图 1. CRC 相关的肠道病毒群落的变化。
作者最后确定了一组 22 个病毒属可以最大程度地将 CRC 患者与对照区分开。CRC 比对照组的平均丰度的倍数变化热图显示，这些病毒标记物在 CRC中具有疾病特异性的富集和消耗。为了评估模型分类的准确性，进行模型的 10 次重复 10 倍交叉验证的性能测试，得到平均 AUC 为 0.802。在 3 个不同血统（中国;奥地利;法国和德国）的人群中验证了模型效果（图c上），但是这 22 个病毒属并不能很好区分大肠腺瘤（图c下）。此外，这 22 个病毒能显著提高基于细菌或者临床 gFOBT 试验 (guaiac fecal occult blood test ) 或 FIT 试验 (fecal immunochemical test) 区分 CRC 的RF分类器性能。
图 2. 病毒标记物区分CRC状态的表现。
高分辨度的肠道病毒的基于距离的冗余分析发现能区分对照组和不同时期的CRC早期（TNM I 和 II 阶段 (n = 40)）和晚期（TNM III 和 IV 阶段（n = 34））。调整可能的混杂因素（包括年龄，性别，肥胖，糖尿病和在取样前的过去 4 周内口服任何处方药）后，PERMANOVA 显示早期和晚期样本之间存在显著差异；同时，对照组均与 CRC 早期和晚期有区分。
图 3. CRC不同的临床阶段的肠道病毒性失衡。
将22个病毒标记物按照重要性降序排序，然后逐一增加病毒标记物构建随机生存森林（RSF）模型，依据C-index 得到最佳的 RSF 模型。本研究中，前 4 个病毒标记物构建出了最佳的 CRC 预后模型（图 A）。Kaplan-Meier curve 和 Hazard ratios 结果都证明了这 4 个标记物具有具有独立的预后意义（图 BC）。
图 4. 肠道病毒分类群对CRC预后的潜力。
肠道病毒与先前研究报道为人类口腔微生物组常见的肠道细菌物种进行了关联分析，不同疾病组的单独关联以控制临床混杂因素和丰富的数据组成影响。在校正了差异性稀疏偏相关检验的重要性后，找到 14 个噬菌体和肠道细菌物种对（FDR<5％）。
图 5. 早期和晚期CRC中肠道细菌和噬菌体物种之间的跨界之间相互作用改变。
结论与讨论
除了考虑饮食和治疗干预对肠道微生物的影响，还应考虑其他微生物界对疾病的影响。
正粘菌病毒 Orthobunyavirus 是与 CRC 最相关的病毒，但其在在肠道疾病和肠道微生物生态学方面有待研究。
检查粪便样品中巨细胞病毒的丰度可能有助于提高无创CRC诊断的准确性。
文章未能回答的问题：病毒在疾病发生发展中具体机理。宏病毒仍存在技术问题，例如宿主污染，目前只能关注到DNA病毒，RNA病毒仍然很难提取测序等。
参考文献
Nakatsu G, Zhou H, Wu W K K, et al. Alterations in enteric virome are associated with colorectal cancer and survival outcomes[J]. Gastroenterology, 2018, 155(2): 529-541. e5.
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撰稿 | 三明治 责编 | NSC
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