原標題：以色列跨學科突破研究實現腸道菌羣代謝組血檢早篩

Nature發文揭示血清代謝物和腸道菌羣的關係

以色列Weizmann科學院Eran Segal團隊的研究人員在Nature雜誌在線發表了題爲A reference map of potential determinants for the human serum metabolome的研究論文,首次系統揭示了血清代謝物和腸道菌羣的關係。研究人員使用機器學習模型——梯度提升決策樹算法 (GBDT),在非靶向代謝組學檢測的1251種血清代謝物中,發現有182個代謝物的丰度變化可被腸道菌相關特徵解釋,且檢測血清中的代謝物可更發映機體的飲食對菌羣的影響。更有意義的是血檢菌羣狀態和疾病顯著相關。例如英國Twins UK Registry1004名健康志願者隊列的樣品數據和北歐IMI DIRECT cohort的245名2型糖尿病患者隊列顯示 (圖1),血清代謝物可準確反映腸道菌的狀態 。

圖1. 在兩個獨立的隊列中驗證基於微生物組的代謝物預測

菌羣功能血檢向臨牀檢測轉化指日可待

更加有意義的是最近由倫敦國王學院和哈佛大學學和健康科學初創公司ZOE的研究人員共同完成發表在《nature medicine》基於1098例個體隊列糞便樣本宏基因組學和血清代謝組學的多中心國際研究顯示,相比糞便樣本,血液代謝組學研究可以更好的檢出可以進入循環系統並影響了宿主的健康和代謝水平的菌羣相關代謝物;通過血清代謝物檢測可直接確定15種與多種常見疾病風險相關的腸道微生物在人體內的狀態。最重要的是通過前瞻性研究證實該血檢對因飲食控制引起的菌羣變化均可準確反映,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係。這個研究在前期《Nature Biotechnology》雜誌上發表的“Blood metabolome predicts gut microbiome α-diversity in humans”基礎上,對菌羣功能血檢向臨牀檢測轉化更近了一步。

腸道菌羣在結直腸癌等疾病發生髮展中的作用越來越受重視

腸道菌羣的紊亂與一系列疾病密切相關,包括IBD,結直腸癌等。近期發表在nature上的一篇報道“Host variables confound gut microbiota studies of human disease.”表明,即使將諸如飲酒及排便質量等影響腸道菌羣異質性的環境因素排除後,腫瘤與腸道菌羣的改變仍具有緊密的相關性。而一系列的動物模型機制性研究及基於患病人羣的組學研究發現,在結直腸癌的發生和發展過程中,伴隨顯著的腸道菌羣的改變,其中包括一系列促癌菌的富集,如具核梭桿菌,psk+ 大腸桿菌,及產腸毒素的脆弱擬桿菌等;以及抑癌菌如長雙歧桿菌丰度的降低。此外,基於特徵腸道菌種特徵構建模型也展示出對結直腸癌患者的判讀。因此,監測腸道菌羣狀態的改變對於結直腸癌發生的早期預警以及其他相關疾病的狀態具有重要意義。

圖2. 結直腸癌階段性發展過程中伴隨的菌羣及代謝特徵改變

國內血液代謝物預測腸道菌羣技術探索

根據2020年10月,美國醫療保險和醫療補助服務中心(CMS)發佈的備忘錄草案,描述了對於當前和未來基於血液的大腸癌篩查檢測產品的覆蓋標準:產品性能要同時滿足敏感性不低於74%,特異性不低於90%。目前國外許多公司如Freenome, Exact Sciences和Guardant Health投入了大量的資源開發液體活檢早篩產品,CMS對未來能夠獲得FDA批准的基於血液的生物標誌物檢測產品保持開放態。如果這些液體活檢早篩產品能夠被FDA批准並獲得CMS報銷,那麼將可能會搶佔Exact Sciences現有的基於糞便的大腸癌篩查產品Cologuard的市場份額。

在對血清代謝物預測腸道菌羣狀態來診斷早期風險的技術方向掃描後,發現除了中國藥科大學、中國科學院、山東省腫瘤醫院等科研或醫院研究外,國內已經有創業公司提前佈局。北京中精普康醫藥科技有限公司基於自主知識產權研發的早長靜TM,通過對血清代謝物的質譜血檢,預測腸道菌羣的健康狀態,進而對相應疾病風險進行早期預警。其中,通過檢測腸道“促瘤菌羣”和“抑瘤菌羣”相關的特徵性代謝產物在血清中的丰度變化,發現早期腸道腫瘤的特異性達到92%以上,使其有機會成爲首個達到美國CMS結直腸腫瘤篩查標準的血檢產品。