mBio | 全面解析胃癌病毒组图谱

胃癌(GC)是一种常见且致命的恶性肿瘤，在许多地区仍然普遍存在高发病率(4.9%) 和死亡率 (6.8%)。HCMV、EBV 和 GC 之间的关联增加了这种疾病病因的复杂性，强调了深入研究癌症相关病毒分布和分类的重要性 。近日，一项研究“Deciphering the viral landscape in gastric cancer: comprehensive characterization and identification of the gastric cancer virome”通过计算工作流程从 GC 的 RNA-Seq 数据集中提取病毒数据，识别和消除实验污染，并通过实验验证和量化 GC、幽门螺杆菌和微生物组组成之间的关联。这种方法揭示了病毒丰度与 GC 临床发病率之间的关系，从而绘制了疾病背景下的病毒景观。

基本信息

标题: Deciphering the viral landscape in gastric cancer: comprehensive characterization and identification of the gastric cancer virome

期刊: mBio

发表日期: 2025年7月9日

文献链接: https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.00551-25

主要内容

这篇研究旨在全面表征胃癌中的病毒组，探究病毒与胃癌发生发展的关系。研究对象为32例胃癌组织和24例癌旁组织，通过转录组测序和单细胞RNA测序分析病毒组成。研究方法包括生物信息学分析去除宿主序列、病毒序列比对、实验验证(如RT-PCR和qRT-PCR)以及机器学习模型构建。 

研究结果

1.基于 GC 的Bulk RNA-seq 中病毒组景观

为了绘制 GC 病毒组的图谱，使用了 LOCAL 和 LOCAL-12G RNA-seq 队列 (32 个 GC 样本和 24 个肿瘤相邻样本)，和两个公开数据集(128例GC样本和9例邻近组织样本)。

在严格去除污染病毒和非人感染病毒后，共检测到肿瘤组织中23种噬菌体和36种RNA/DNA病毒，正常组织中24种噬菌体和35种RNA/DNA病毒，胃癌组织及其邻近组织中共检测到47种共同存在的病毒，另有9种病毒仅出现在某一组织类型中。基于TPM表达水平筛选出28种高表达病毒，其中17种被归类为“明确存在”，11种为“待定”。对比公共数据集后，发现EBV、HCMV、HERV等病毒在GC中具有更高的表达和阳性率，提示其可能与胃癌发生相关。

2.胃癌特征病毒的基因表达特征

通过整合六个公开的单细胞RNA测序数据集，研究发现病毒广泛存在于胃癌的不同细胞类型中。使用已知标记基因，进行聚类分析和手动注释,我们的单细胞分析不仅证实了已知病毒与 GC 之间的关联，还确定了其他以前被忽视的病毒(例如急性转化逆转录病毒)可能参与疾病的发展。整体结果支持病毒与胃癌相关，并提示不同病毒在不同细胞环境中的作用。 

研究系统分析了28种高表达病毒的丰度、阳性率和覆盖度，发现其中17种病毒被归类为明确存在，11种为不确定存在。多数逆转录病毒和DNA病毒在胃癌组织中的表达水平高于癌旁组织。部分样本中，HCMV 和 EBV 的丰度甚至超过逆转录病毒，提示其可能在胃癌中发挥重要作用。

在所有病毒中，研究筛选出基因组覆盖度最高的10种病毒，并通过RT-PCR对其中3种病毒(急性转化型逆转录病毒、HERV-K 和 Phage 16)进行了验证。其中，HERV-K 在胃癌组织中的表达显著高于癌旁组织，qRT-PCR 结果进一步确认了该病毒的表达升高。虽然 Phage 16 和急性转化型逆转录病毒也在肿瘤中表达更高，但由于表达水平较低，差异未达到显著性。这些结果共同揭示了多种病毒，特别是 HERV-K，在胃癌发生发展中的潜在作用。 

3.病毒组成与胃癌临床特征的关系

该研究利用基于随机森林算法的反向特征选择方法，从LOCAL-6G和公共数据库中筛选出最小集合的30种病毒，以实现对胃癌患者与癌旁组织之间、以及不同Lauren分型的有效区分。在GC与癌旁组织中，HERV-H 和 HERV-K 显示出最高的表达倍数升高，提示其在疾病发生中的重要性。构建的分类模型训练集和测试集准确率为0.88，模型鲁棒性良好。进一步结合GC的临床特征，发现包括HERV-H、HERV-K、急性转化型逆转录病毒、人类逆转录病毒、大肠杆菌噬菌体和HERV-W在内的6种病毒在GC患者与癌旁组织中具有显著表达差异。

在Lauren亚型中，HERV-W 表现出最高的表达倍数升高，模型OOB误差率为28.9%，分类准确率为0.837(95% CI: 0.6–0.874)，训练测试集准确率为0.86。进一步分析表明，HERV-W、人类内源性逆转录病毒、急性转化型逆转录病毒和Phage 16在弥漫型GC中的表达显著高于肠型GC。而Enterovirus B 和 Shigella phage SfX 在两种类型间无显著差异，提示这些病毒的临床潜力有限。 

4.HERV-K 嵌入人类基因发挥重要作用

研究发现，HERV-K 序列广泛嵌入人类基因组，在所有染色体上均可检测到同源片段。其中 6 个高同源性片段与人类功能基因重叠，部分位于启动子或内含子区域，提示其可能参与基因调控。这些发现揭示了 HERV-K 在人类基因组中的潜在功能关联。

总结与讨论

该研究通过多组学整合策略，首次绘制了胃癌病毒组全景图谱，创新性地将病毒检测拓展至单细胞层面并建立诊断模型，为胃癌的病毒病因学提供新视角。

然而，存在以下局限性：1)因果关系未明确，研究发现病毒与胃癌的强相关性但未证实因果机制。2)低丰度病毒(如噬菌体)在单细胞测序中难以检测，且部分病毒(如噬菌体16)因表达量低未能通过PCR验证。

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