據世界衛生組織
（WHO）
統計，
結直腸癌
（CRC）
是全球范圍內發病率排名第三、致死率排名第二的癌癥類型，給患者和社會帶來了極大的健康危害和經濟負擔【1】
。
結直腸癌可能發生在任何年齡，但大多只影響50歲以上的老年人，年輕人群中結直腸癌的發病率很低。然而，近30年來，50歲以下的年輕人群中結直腸癌的發病率一直在上升。由于年輕人結直腸癌發病的增加，導致結直腸癌的平均診斷年齡從72歲提前到了66歲。而就在今日，《美國醫學會雜志》
（JAMA）
發布的最新指南已經建議將結直腸癌的篩查起始年齡降至45歲。這進一步凸顯了結直腸癌早篩的重要性。
2021年5月24日，中山大學附屬第六醫院胃腸病研究所朱立新課題組等在 Nature 子刊
Nature Communications
在線發表了題為：
Identification of microbial markers across populations in early detection of colorectal cancer
的研究論文。
該研究實現了基于糞便微生物標志物的結直腸癌
（CRC
）
真正早篩
，即結腸腺瘤（CRA）階段的篩查。目前腫瘤的臨床治療手段仍然十分有限，治療效果并不理想，腫瘤防治的核心仍是“早發現、早診斷、早治療”。研究表明，對腫瘤患者在發病早期進行有效的篩查和早期干預，能顯著提高患者的生存率
（早期患者的5年生存率能達到90%）
，并節省醫療資源和時間
【2】
。因為結腸腺瘤
（Colorectal Adenoma, CRA）
是絕大多數CRC發生必經前體
【3】
（圖1）
，因此，結腸腺瘤（CRA）階段的篩查對結直腸癌
（CRC）
防治至關重要。結直腸癌（CRC）的篩查已受到國家高度重視，然而現有篩查手段
（比如傳統的影像學、內鏡和腫瘤標志物篩查，圖2）
存在放射性損害、有創、靈敏度較低和依從性過低等局限性，迫切需要技術革新。隨著液態活檢技術
（無創）
的日漸成熟，從血、尿和糞便樣本中找尋合適的
（分子）
標記物已成為癌癥篩查技術的主要發展方向。其中由于糞便是消化道代謝的直接產物，因此，對于消化道疾病，特別是結直腸癌（CRC），糞便樣本相關檢測被寄予厚望。糞便免疫化學檢測
（fecal immunochemical test, FIT）
、糞便隱血檢測
（fecal occult blood test, FOBT）
和現有的糞便微生物標志物檢測在結直腸癌（CRC）的診斷中得到廣泛應用。雖然這些方法技術對中晚期結直腸癌（CRC）篩查效果較好，但遺憾的是，對于早期結直腸癌（CRC）的，特別是結腸腺瘤（CRA）靈敏度仍然較差
（圖2）
。中山大學附屬第六醫院胃腸病研究所朱立新教授團隊與其聯合研究團隊整合了來源于多個研究中心的健康對照、結腸腺瘤（CRA）和結直腸癌（CRC）共775例樣本的糞便微生物測序數據，對基于微生物標記物的結直腸癌（CRC）早診早篩進行了系統的研究。考慮到混雜因素
（confounders）
對研究結果的影響，該研究首先通過控制混雜因素去除批次效應，確定出結直腸癌（CRC）發展過程中顯著性差異且在跨地域的隊列中一致變化的細菌。隨后，使用遞歸特征消除法
（iterative feature elimination, IFE）
篩選具有最強疾病分辨能力的菌種標志物，同時為避免模型的過擬合，本研究構建了10折交叉驗證隨機森林模型。最終，基于11個
（e.g. Christensenellaceae R-7 group sp., Ruminococcaceae UCG-005 sp., Veillonella parvula）
和26個
（e.g. Streptococcus thermophilus TH1435, Bacteroides dorei, [Clostridium] scindens）
細菌相關標志物分別構建了健康/CRA
（AUC=0.80）
和CRA/CRC
（AUC=0.89）
分類診斷模型。其中，健康/CRA模型較先前研究顯著提高，例如：Thomas等研究表明由多種微生物構建的跨隊列健康-腺瘤模型的AUC值僅為0.54
【4】
。此外，該模型的靈敏度為0.82，顯著高于目前國內唯一獲證的早篩IVD產品
（諾輝健康的常衛清FIT-DNA檢測，其腺瘤階段早篩靈敏度為63.5%）
【5】
。進一步，本研究還通過隊列間study-to-study和leave-one-dataset-out
（LODO）
分析證明了挑選出的標志物具有跨地域隊列的通用性。更重要的，健康/CRA和CRA/CRC模型在兩套獨立隊列
（驗證隊列1：CRA患者102例，健康對照70例；驗證隊列2：CRA患者57例，CRC患者52例）
中同樣具有優良的表現，其中獨立驗證隊列1的AUC值為0.78，獨立驗證隊列2的AUC值為0.84。此外，本研究所挑選出的標志物能顯著地區分其它腸道菌群密切相關疾病：如UC
（P=0.045）
、CD
（P=0.003）
、IBS
（P=0.009）
、NAFLD
（P=0.027）
和T2D
（P=0.020）
，表明鑒定出的結腸腺瘤（CRA）腸道菌群標志物具有較高的疾病特異性。總體而言，本研究得到的癌癥菌種標志物具有強大的結直腸癌（CRC）精準早診早篩的潛力。進一步，本研究基于標記基因測序數據預測了微生物的潛在功能，發現：相對于健康狀態，腸道菌群標志物Veillonella parvula參與的ADP-L-glycero-beta-D-manno-heptose
（ADP-heptose）
生物合成通路的豐度以及編碼該通路關鍵酶hldE的基因表達在結腸腺瘤（CRA）中顯著增加；進一步，相對于結腸腺瘤（CRA）狀態，由腸道菌群標志物Bacteroides dorei參與的menaquinol-10
（MK-10）
生物合成通路豐度以及編碼關鍵酶menH和menF基因的表達在結腸腺瘤（CRA）中顯著增加
（圖3）
，該結果在新收集的獨立隊列中得到驗證，為早期結直腸癌（CRC）的治療提供了潛在靶點。該研究實現了基于糞便微生物標志物的結直腸癌
（CRC
）
真正早篩
，即結腸腺瘤（CRA）階段的篩查。特別需要強調的是，不同于其它研究使用多類別標記物構建模型，該研究所構建的診斷模型僅僅用到細菌該單一類型標記物，在臨床推廣上極具優勢，將進一步加速結直腸癌（CRC）早篩的進程。此外，本研究確定的與結腸腺瘤（CRA）相關的腸道菌群介導的功能通路變化也為從腸道菌群角度干預和治療結直腸癌（CRC）提供了新靶標。中山大學附屬第六醫院朱立新教授，同濟大學附屬第十人民醫院生物信息系朱瑞新教授、田川博士（朱瑞新課題組原碩士生、現美國禮來高級研究員）和上海交通大學公共衛生學院劉寧寧研究員為共同通訊作者。朱立新課題組博士后焦娜博士和同濟大學附屬第十人民醫院朱瑞新課題組在讀碩士生吳苑琪為并列第一作者。https://www.nature.com/articles/s41467-021-23265-y1. Wong, SH and J Yu. Gut microbiota in colorectal cancer: mechanisms of action and clinical applications. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2019, 16(11): 690-7042. Ungerer, V, AJ Bronkhorst and S Holdenrieder. Preanalytical variables that affect the outcome of cell-free DNA measurements. Crit Rev Clin Lab Sci, 2020, 57(7): 484-5073. Strum, WB. Colorectal Adenomas. N Engl J Med, 2016, 374(11): 1065-754. Thomas, AM, P Manghi, F Asnicar, et al. Metagenomic analysis of colorectal cancer datasets identifies cross-cohort microbial diagnostic signatures and a link with choline degradation. Nat Med, 2019, 25(4): 667-6785. http://www.ioncol.com/article/NewsInfo.aspx?id=5623
