Nature發(fā)文揭示血清代謝物和腸道菌群的關(guān)系

 

　　以色列Weizmann科學(xué)院Eran Segal團(tuán)隊(duì)的研究人員在Nature雜志在線發(fā)表了題為A reference map of potential determinants for the human serum metabolome的研究論文,首次系統(tǒng)揭示了血清代謝物和腸道菌群的關(guān)系。研究人員使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型——梯度提升決策樹(shù)算法 (GBDT),在非靶向代謝組學(xué)檢測(cè)的1251種血清代謝物中,發(fā)現(xiàn)有182個(gè)代謝物的豐度變化可被腸道菌相關(guān)特征解釋,且檢測(cè)血清中的代謝物可更發(fā)映機(jī)體的飲食對(duì)菌群的影響。更有意義的是血檢菌群狀態(tài)和疾病顯著相關(guān)。例如英國(guó)Twins UK Registry1004名健康志愿者隊(duì)列的樣品數(shù)據(jù)和北歐IMI DIRECT cohort的245名2型糖尿病患者隊(duì)列顯示 (圖1),血清代謝物可準(zhǔn)確反映腸道菌的狀態(tài)。

 

 

　　圖1. 在兩個(gè)獨(dú)立的隊(duì)列中驗(yàn)證基于微生物組的代謝物預(yù)測(cè)

　　菌群功能血檢向臨床檢測(cè)轉(zhuǎn)化指日可待

 

　　更加有意義的是最近由倫敦國(guó)王學(xué)院和哈佛大學(xué)學(xué)和健康科學(xué)初創(chuàng)公司ZOE的研究人員共同完成發(fā)表在《nature medicine》基于1098例個(gè)體隊(duì)列糞便樣本宏基因組學(xué)和血清代謝組學(xué)的多中心國(guó)際研究顯示,相比糞便樣本,血液代謝組學(xué)研究可以更好的檢出可以進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)并影響了宿主的健康和代謝水平的菌群相關(guān)代謝物;通過(guò)血清代謝物檢測(cè)可直接確定15種與多種常見(jiàn)疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的腸道微生物在人體內(nèi)的狀態(tài)。最重要的是通過(guò)前瞻性研究證實(shí)該血檢對(duì)因飲食控制引起的菌群變化均可準(zhǔn)確反映,揭示了人體血液代謝組和腸道微生物多樣性之間的密切關(guān)系。這個(gè)研究在前期《Nature Biotechnology》雜志上發(fā)表的“Blood metabolome predicts gut microbiome α-diversity in humans”基礎(chǔ)上,對(duì)菌群功能血檢向臨床檢測(cè)轉(zhuǎn)化更近了一步。

 

　　腸道菌群在結(jié)直腸癌等疾病發(fā)生發(fā)展中的作用越來(lái)越受重視

 

　　腸道菌群的紊亂與一系列疾病密切相關(guān),包括IBD,結(jié)直腸癌等。近期發(fā)表在nature上的一篇報(bào)道“Host variables confound gut microbiota studies of human disease.”表明,即使將諸如飲酒及排便質(zhì)量等影響腸道菌群異質(zhì)性的環(huán)境因素排除后,腫瘤與腸道菌群的改變?nèi)跃哂芯o密的相關(guān)性。而一系列的動(dòng)物模型機(jī)制性研究及基于患病人群的組學(xué)研究發(fā)現(xiàn),在結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中,伴隨顯著的腸道菌群的改變,其中包括一系列促癌菌的富集,如具核梭桿菌,psk+ 大腸桿菌,及產(chǎn)腸毒素的脆弱擬桿菌等;以及抑癌菌如長(zhǎng)雙歧桿菌豐度的降低。此外,基于特征腸道菌種特征構(gòu)建模型也展示出對(duì)結(jié)直腸癌患者的判讀。因此,監(jiān)測(cè)腸道菌群狀態(tài)的改變對(duì)于結(jié)直腸癌發(fā)生的早期預(yù)警以及其他相關(guān)疾病的狀態(tài)具有重要意義。

 

 

　　圖2. 結(jié)直腸癌階段性發(fā)展過(guò)程中伴隨的菌群及代謝特征改變

　　國(guó)內(nèi)血液代謝物預(yù)測(cè)腸道菌群技術(shù)探索

 

　　根據(jù)2020年10月,美國(guó)醫(yī)療保險(xiǎn)和醫(yī)療補(bǔ)助服務(wù)中心(CMS)發(fā)布的備忘錄草案,描述了對(duì)于當(dāng)前和未來(lái)基于血液的大腸癌篩查檢測(cè)產(chǎn)品的覆蓋標(biāo)準(zhǔn):產(chǎn)品性能要同時(shí)滿(mǎn)足敏感性不低于74%,特異性不低于90%。目前國(guó)外許多公司如Freenome, Exact Sciences和Guardant Health投入了大量的資源開(kāi)發(fā)液體活檢早篩產(chǎn)品,CMS對(duì)未來(lái)能夠獲得FDA批準(zhǔn)的基于血液的生物標(biāo)志物檢測(cè)產(chǎn)品保持開(kāi)放態(tài)。如果這些液體活檢早篩產(chǎn)品能夠被FDA批準(zhǔn)并獲得CMS報(bào)銷(xiāo),那么將可能會(huì)搶占Exact Sciences現(xiàn)有的基于糞便的大腸癌篩查產(chǎn)品Cologuard的市場(chǎng)份額。

 

　　在對(duì)血清代謝物預(yù)測(cè)腸道菌群狀態(tài)來(lái)診斷早期風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)方向掃描后,發(fā)現(xiàn)除了中國(guó)藥科大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院、山東省腫瘤醫(yī)院等科研或醫(yī)院研究外,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有創(chuàng)業(yè)公司提前布局。北京中精普康醫(yī)藥科技有限公司基于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)研發(fā)的早長(zhǎng)靜TM,通過(guò)對(duì)血清代謝物的質(zhì)譜血檢,預(yù)測(cè)腸道菌群的健康狀態(tài),進(jìn)而對(duì)相應(yīng)疾病風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行早期預(yù)警。其中,通過(guò)檢測(cè)腸道“促瘤菌群”和“抑瘤菌群”相關(guān)的特征性代謝產(chǎn)物在血清中的豐度變化,發(fā)現(xiàn)早期腸道腫瘤的特異性達(dá)到92%以上,使其有機(jī)會(huì)成為首個(gè)達(dá)到美國(guó)CMS結(jié)直腸腫瘤篩查標(biāo)準(zhǔn)的血檢產(chǎn)品。

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