科学家首创口腔菌迁移评估方法,用于肠癌筛查优于粪便隐血试验
人类消化道从口腔、食道、胃一路延伸至小肠和大肠,物理空间上完全连续。然而,在健康状态下,口腔和肠道的微生物群落却呈现出泾渭分明的空间区隔。口腔细菌每日随唾液大量被吞咽,但鲜能在健康肠道中定植。这得益于人体极其精密的物理与免疫屏障——唾液抗菌肽、强酸性的胃液环境,以及肠道本土菌群强大的定植抗性。
当这些屏障受损,或宿主处于免疫失调、慢性炎症等病理状态时,部分口腔细菌便会趁虚而入,在肠道内异位定植并大量繁殖。尽管近年来科学界逐渐意识到“口-肠微生物异位(MTG)”与多种慢性疾病相关,但由于以往研究大多局限于小样本、非配对队列,传播的定量动态、疾病特异性及其与临床指标的微观关联依然是一片空白。
今日,《细胞·宿主与微生物》杂志发表了韩国科研团队的论文,该研究分析了迄今最大规模的口-粪配对菌群数据集,首创了定量评估口-肠菌群迁移的“口-粪传播指数(MF Index)”,证实胃肠道癌症患者中口-肠细菌传播显著增加,并基于此开发出诊断准确率和灵敏度均大幅超越传统粪便隐血试验(FOBT)的无创癌症筛查模型。
研究人员在延世大学等机构招募了507名参与者,建立了极具代表性的多疾病队列。其中健康对照129人,代谢紊乱患者215人,胃癌患者77人,结直肠癌患者86人。
研究排除了入组前3个月内有抗生素接触史的个体,最终收集了502对配对的口腔漱口水和粪便样本,通过对16S rRNA测序深入解析其微生态结构。
在健康对照中,口腔和肠道的菌群结构差异极显著,各司其职。但在胃肠道癌症中,这种空间区隔发生了实质性扰动。
分析发现,胃癌患者的口腔微生物Shannon多样性显著降低,且其口腔与肠道微生物的多样性呈现显著正相关。胃癌展现出更显著的口腔菌群失调,而 结直肠癌则以肠道菌群失调为主要特征,暗示局部病变会映射到相邻的微生态群落中。
为了将模糊的“口腔菌定植”进行定量化评估,研究团队首创了口-粪传播指数(MF Index)。其定义为,宿主配对的口腔与粪便样本中,100%序列一致的相同扩增子序列变异(ASV)在粪便群落中所占的相对丰度比例。
分析结果表明,胃肠道癌症患者的MF指数呈现爆发式升高(胃癌组:3.63±5.61,结直肠癌组:3.09±7.01),较健康对照组(1.19±2.44)显著增加。
相比之下,代谢紊乱组的MF指数与健康组无异。在四分位最高迁移水平的样本中,胃癌和结直肠癌患者占比分别高达44.2%和33.7%,而健康组仅有14.3%。
不同健康状态下,从口腔迁移至肠道的菌群也有高度的特异性。
在胃癌组中,富集了啮齿动物韦荣氏球菌(Veillonella rodentium)、缓慢团聚杆菌(Aggregatibacter segnis)和变异链球菌(Streptococcus mutans)等口腔来源菌;结直肠癌组中则情况更复杂,发现了19种特异性口-肠传播菌,其中包括大名鼎鼎的具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)、胃消化链球菌(Peptostreptococcus stomatis)、微小小单胞菌(Parvimonas micra) 等。
研究发现,这些迁移菌的肠道定植不仅具有癌症特异性,还与肿瘤分期密切相关。
在胃癌患者中,前庭链球菌(Streptococcus vestibularis) 和副血链球菌(Streptococcus parasanguinis)在早、晚期均显著高于健康对照,其中副血链球菌在早期胃癌中增加2.6倍,晚期增加3.5倍。
令人瞩目的是,咽峡炎链球菌(Streptococcus anginosus)、变异链球菌等仅在早期胃癌(0–2期)中特异富集,其在口腔中的丰度亦同步升高(健康组:0.004%,胃癌组:0.034%),提示其具有作为早期无创诊断标志物的价值。
研究者利用随机森林(RF)算法构建了基于MF传播特征的癌症诊断分类模型,基于100%一致性的ASV层级精确匹配,口源ASV特征在多个独立外部结直肠癌队列中的AUC达到0.57-0.79。
与临床常规结直肠癌初筛方法粪便隐血试验(FOBT)相比,基于MF-ASV的分类模型展现出了非常强劲的优势。
基于口腔MF-ASV的无创模型,在保持高特异性的前提下,将敏感度提升至92.9%,极大程度上防止了早期癌症的漏筛。
而且口腔菌样本的采集方式也非常便捷,仅需生理盐水漱口30秒,较粪便初筛的接受度更高。这一基于“口-肠微生物传播特征”的全新筛查框架,为胃肠道肿瘤的早期无创诊断开辟了颠覆性的临床路径。
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