微生物组再次为精准医学提供了新的视角和可能的手段，这次是在循环游离核酸的分析上。根据《自然-生物技术》杂志上发表的一项新研究，研究人员开发出一种量化微生物组来源的游离RNA（cfRNA）甲基化水平的新方法。这种方法是诊断结直肠癌（CRC）的一种有效且有前景的指标，代表了比单纯测量微生物来源的cfRNA或游离DNA（cfDNA）数量的重大改进。这种方法在CRC检测中实现了高准确性，尤其是在疾病的最早阶段。
尽管CRC筛查方法——基于粪便的检测（隐血试验[FOBT]、粪便免疫化学检测[FIT]、粪便DNA检测[FIT-DNA]）和光学或可视化检测（乙状结肠镜、结肠镜、虚拟结肠镜[CT结肠成像]）——已提高了CRC检测和降低CRC相关死亡率，但CRC的死亡率仍在逐年增加。这种对微生物组来源的cfRNA修饰的新分析可能是改进CRC筛查工具的重要进展，CRC是美国第三大常见癌症。
“微生物组来源的cfRNA修饰信息足以诊断CRC，”芝加哥大学John T. Wilson杰出服务教授、霍华德·休斯医学研究所研究员Chuan He博士告诉《精准医学内参》。“基于我们目前的数据，它似乎比任何其他方法都更有效，在CRC 0期达到了前所未有的准确性。”
在干草堆中找针（在更多干草堆中）
由于其提供无创诊断和有用的临床信息的能力，循环游离DNA（cfDNA）已成为精准医学中越来越重要的分析物，特别是在识别肿瘤来源的cfDNA变化以进行癌症诊断方面。然而，早期癌症患者血液中的cfDNA甚至cfRNA含量可能非常低，使得准确检测游离核苷酸序列变得更加困难，更不用说相关的表观遗传变化。
新的RNA测序方法，如BID-seq——它密切检查mRNA假尿苷——促使He和他的团队提出，与其仅仅测量RNA的数量，不如观察肿瘤或其周围环境的cfRNA修饰变化，这可能提供微生物群真实状态和活动的更清晰图景，使其对肿瘤环境更敏感。
通过改进He实验室在2021年分享的读取RNA甲基化的方法，研究人员创建了低输入多重甲基化测序（LIME-seq），以在极少量的cfRNAs中检测和量化特定RNA修饰（如m1A、m3C、m1G、m2 2G、m3U、肌苷等）。在癌细胞系中验证LIME-seq后，研究人员在非癌症血浆样本上测试了这种方法，发现虽然约60-80%的映射cfRNA读数与人类基因组一致，但值得注意的一部分（约20-40%）与微生物基因组一致。
“我想说这种方法本身在我的实验室中已经使用了一段时间，”He说。“主要的创新和惊喜是，微生物组来源的cfRNA修饰水平是微生物组活动的非凡标志，并有助于追溯宿主状况。鉴于微生物组与宿主之间的联系，可以设想许多应用，以探究微生物组活动作为宿主诊断和预后的一种方式。”
当生活给你柠檬
出于对使用微生物组来源的cfRNAs追踪有益微生物的可能性以及肠道微生物组参与结直肠癌（CRC）发展和进展的日益增长的证据的好奇，研究人员想知道通过LIME-seq分析的cfRNA是否可以用作检测参与者CRC的无创方法。
使用LIME-seq对600μl的CRC患者和非CRC患者的血液样本进行初步测试显示，约30%的映射读数与两个组的微生物基因组匹配，最常见的微生物种类在癌症患者和非癌症对照组中相似。尽管cfRNA分析显示CRC患者和非CRC患者之间某些宿主cfRNA类型的数量存在差异，但这些宿主snRNA、tRNA和rRNA的水平和突变模式无法区分CRC患者和非癌症对照组。
然而，当分析碎片化cfRNA中的甲基化位点分布或甲基化化学计量学时，分析揭示了差异甲基化模式，包括在CRC参与者与非癌症对照组相比的各种甲基化位点上的甲基化水平的上升和下降。值得注意的是，大多数甲基化位点在CRC样本中表现出修饰水平的增加。研究人员表示，微生物组RNA中的更高修饰水平可能与增加的代谢活动和外部压力有关，表明CRC患者的微生物组失调以及微生物组来源的cfRNA甲基化模式作为CRC检测生物标志物的潜力。
“我们意识到这些cfRNA修饰提供了关于不同微生物组活动的信息，而这种活动很可能与它们的宿主部位的炎症和其他生理变化相关，”He说。“以前其他人曾尝试使用微生物组来源的cfRNA水平作为诊断。我们意识到修饰有两个优势：i）它们与微生物活动相关；ii）修饰水平的变化要小得多。100个拷贝与10,000个拷贝：修饰水平不会改变，因此不受许多混杂因素的影响。”
癌症及其他领域的修饰cfRNA
这些发现强调了cfRNA及其修饰模式作为可靠的生物标志物用于监测宿主微生物组动态的潜在用途，不仅用于癌症诊断，还用于其他健康相关应用。当被问及这篇《自然-生物技术》文章中报告的方法在癌症及其他适应症中的适用性时，He说：“是的，因为癌症与微生物有关，用于诊断和预后，以及与微生物组相关的疾病：移植、炎症性肠病（IBD）等。” He补充说：“我们希望测试更大的队列，评估CRC治疗的预后，并将我们的发现应用于其他癌症和人类疾病，如IBD。”
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