Nature子刊|早篩早診新突破，仁東醫學實現結直腸癌多界微生物診斷_風聞

近年來，腸道細菌作為標誌物診斷結直腸癌已達到令人滿意的準確性。2021年5月，仁東醫學研究院執行院長、同濟大學生物信息系、同濟大學附屬第十人民醫院朱瑞新教授團隊等在Nature Communications期刊發表了題為：Identification of microbial markers across populations in early detection of colorectal cancer 的研究論文[1]。該研究實現了基於糞便微生物標誌物的結直腸癌真正早篩，即結腸腺瘤（CRA）階段的篩查（詳情：Nature子刊：仁東醫學助力結直腸癌早篩微生物標記物取得新進展）。同時，該工作也是緊抓我國政府頒佈的《健康中國行動2030》關鍵：關口前移、癌前病變，靶向炎癌轉化的標誌性工作。

然而，除了細菌以外，真菌、古菌和病毒這些非細菌微生物羣同樣是腸道微生態的重要組成部分，這提醒了我們多界微生物在結直腸癌微生物羣失調中的重要作用，然而，這一方向還沒有得到有效探索。2022年1月27日，仁東醫學研究院執行院長、同濟大學生物信息系、同濟大學附屬第十人民醫院朱瑞新教授團隊和中山大學附屬第六醫院朱立新團隊進一步聯合上海交通大學醫學院公共衞生學院王慧教授、中科院上海營養與健康研究所張國慶教授和復旦大學陳興棟教授在 Nature Microbiology 期刊發表了題為：Multi-kingdom microbiota analyses identify bacterial–fungal interactions and biomarkers of colorectal cancer across cohorts (https://www.nature.com/articles/s41564-021-01030-7)的研究論文[2]，開創性地實現了結直腸癌的多界微生物診斷。

該研究整合了全球8個國家/地區（中國、法國、德國、奧地利、意大利、美國、日本）的結直腸癌隊列的共1368例標本的宏基因組數據，描繪了CRC相關的multi-kingdom微生物在全球的變化模式。系統評估了single-kingdom微生物針對結直腸癌的能力：發現基於single-kingdom微生物的診斷能力分別為細菌（27種細菌）>真菌（20種真菌）>古菌（20種古菌）>病毒（21種病毒）。隨後該研究構建了multi-kingdom微生物的組合模型，發現multi-kingdom模型的診斷準確率優於single-kingdom模型，特別是包含細菌和真菌feature的模型表現更優，最終該研究確定了作為結直腸癌診斷標誌物的高準確性的最小核心菌羣（AUC=0.83）：11種細菌、4種真菌和1種古菌。該multi-kingdom核心菌羣的診斷效能在3個獨立隊列中表現出較強的魯棒性（AUC分別為0.88，0.81和0.68），同時在非CRC疾病中驗證了它們的疾病特異性，因此可作為基於糞便的無創結直腸癌診斷工具。此外，該研究還進一步探索了multi-kingdom微生物之間的相互作用以及微生物介導的功能變化，發現了細菌-真菌相互作用通過上調D-精氨酸、D-鳥氨酸以及刺激丁酸代謝通路促進結直腸癌發病的機制。同時，該研究還基於功能基因構建了CRC診斷模型，也具有較高的準確率（平均AUC為0.86）。

本研究納入的CRC患者人羣的全球分佈

總的來説，該研究是迄今為止樣本量最大、最全面的基於宏基因組測序的結直腸癌患者腸道微生物組的多中心隊列研究，分析和繪製了全球八個結直腸癌人羣隊列的四界微生物組（古菌、細菌、真菌、病毒）圖譜，確定了多界組合的微生物組比單界微生物組更能準確診斷結直腸癌，發現了結直腸癌特異的細菌-真菌互作新機制，並進一步提出了微生物及其相關功能基因作為治療結直腸癌潛在靶點的可能性，為結直腸癌早期診斷和預後評估提供了基於微生物及其功能標誌物的新方法和新思路。

仁東醫學為本工作並列第一兼通訊單位。仁東醫學研究院執行院長、同濟大學生物信息系、同濟大學附屬第十人民醫院朱瑞新教授、上海交通大學醫學院公共衞生學院王慧教授、中科院上海營養與健康研究所張國慶教授、復旦大學陳興棟教授和中山大學附屬第六醫院朱立新教授為該論文共同通訊作者。上海交通大學醫學院公共衞生學院劉寧寧研究員、浙江大學醫學院附屬兒童醫院焦娜研究員（原朱瑞新課題組博士生）、上海交通大學醫學院公共衞生學院碩士研究生譚鏡璁、上海市中醫醫院王子良研究員為該論文共同第一作者。整個項目的實施得到趙國屏院士的協調和指導。

仁東醫學致力於液體活檢無創診斷的開發應用，尤其近年在糞便微生物宏基因組檢測層面已構築完善的技術壁壘。人體糞便微生物的穩定檢測非常依賴於宏基因組實驗和分析流程的系統性和細節的準確性。通過與國內知名藥企合作，仁東醫學已經開發了宏基因組微生物檢測的實驗和分析一體化流程，並且應用於微生物與藥物療效的相關研究。

仁東醫學的宏基因組微生物檢測流程包括糞便樣本採集、運輸保存、核酸提取、文庫構建、高通量測序、菌羣羣落結構分析、菌羣功能分析和宿主-菌羣互作分析和定製化報告解讀等。產品驗證工作表明，仁東醫學在宏基因組微生物檢測流程均達到較高的穩定性和準確性。穩定性方面，核酸提取的實驗批次間，菌羣羣落結構一致性大於99%，文庫構建的不同實驗批次間，菌羣羣落結構一致性大於97%。另外，宏基因組文庫在100-500ng不同起始量的實驗條件下，菌羣羣落結構檢測結果高度一致(大於99%)，因此仁東醫學在糞便宏基因組建庫起始量最低可在100ng。準確性方面，通過與Zymo菌羣標準品進行嚴格比較，仁東醫學檢測結果與標準品在物種水平的羣落結構可以達到高度一致性87.14%，並且菌羣丰度的檢測極限可以達到0.001%，可以保證糞便樣本真實菌羣基本都被準確檢測出來。

基於前期構建的糞便微生物宏基因組檢測流程，針對本工作中確定的multi-kingdom核心菌羣panel和相關的微生物功能基因，仁東醫學正在開展相關菌羣宏基因組檢測產品設計，以實現更加簡單、可及、價優和高性能的結直腸癌早篩早診產品。

相關文獻：

1.Wu Y, Jiao N, Zhu R, Zhang Y, Wu D, Wang A-J, Fang S, Tao L, Li Y, Cheng S et al: Identification of microbial markers across populations in early detection of colorectal cancer. Nature Communications 2021, 12(1).

2.Liu N-N, Jiao N, Tan J-C, Wang Z, Wu D, Wang A-J, Chen J, Tao L, Zhou C, Fang W et al: Multi-kingdom microbiota analyses identify bacterial–fungal interactions and biomarkers of colorectal cancer across cohorts. Nature Microbiology 2022.