肝脏疾病诊断的巨大飞跃

肝脏疾病诊断的巨大飞跃

粪便微生物使棘手的诊断更容易

拉霍亚—据世界卫生组织称，慢性肝病是一个重大的全球公共卫生问题，估计有8.44亿人受到影响。它是澳大利亚、英国和美国的主要死亡原因之一。同时，它既难以管理，又没有获得FDA批准的抗纤维化肝脏疗法。微生物组——居住在肠道中的微生物的复杂集合——可能是一个意想不到的健康指标。现在，索尔克研究所和加州大学圣地亚哥分校的科学家们组成的合作团队创造了一种新颖的基于微生物组的诊断工具，该工具可以以最好的医生同等的准确性，在90%以上的情况下快速且廉价地识别出人类患者的肝纤维化和肝硬化。.

这种非侵入性方法依赖于一种算法来分析患者的粪便样本——其中含有肠道微生物的痕迹——并可能改善肝病的患者护理和治疗效果，其详细内容于 2020 年 6 月 30 日在线发表在 细胞代谢.

“微生物组是体内健康和疾病细微变化的动态活体传感器，因此，它能准确地反映身体健康状况，”索尔克研究所的教授说。 罗纳德·埃文斯, ，共同通讯作者，并荣获“March of Dimes”主席头衔。“由于这种诊断方法快速且成本低廉，因此可能被广泛应用，尤其是在许多缺乏专科诊所和医生的地区。简单来说，这可能是一个真正的‘游戏规则改变者’，具有全球性的意义。”

非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）是全球慢性肝病的首要原因，可进展为肝纤维化、肝硬化，甚至癌症，因为肝脏会开始出现瘢痕形成和细胞死亡。但目前缺乏诊断肝纤维化和肝硬化的工具。活检具有侵入性，且可能漏掉肝脏受损区域，而核磁共振成像（MRI）成本高昂，在农村地区通常也无法获得。为应对这些挑战，研究团队探索利用微生物组来满足开发一种新风险患者识别测试的迫切需求。.

“我们试图开发一种基于疾病‘微生物特征’的、用于肝纤维化和肝硬化的通用、无创检测方法，’该研究的合著者、索尔克研究所高级研究员迈克尔·唐斯说。.

该团队与加州大学圣地亚哥分校医学院的科学家合作，优化了一种名为机器学习的计算方法，以根据患者粪便样本中存在的 19 种细菌揭示出一种复杂的疾病特征。该特征由不同数量的细菌构成，形成了一个用于识别肝纤维化和肝硬化的通用指纹。该研究包含了来自健康和患病家庭成员的 163 份临床样本，以识别指示肝病的变量。.

研究人员利用微生物基因分型数据和粪便样本中的代谢物数据，发现了一种与肝硬化诊断相关的微生物特征，准确率高达94%。微生物特征还可以确定肝纤维化的分期，从而使医生能够根据患者的疾病分期进行分级，并改进治疗策略。.

“这些发现表明，机器学习可用于识别一种通用标志物，从而能够准确诊断肝硬化等疾病，”论文第一作者、埃文斯实验室的博士后研究员 Tae Gyu Oh 说。“我们发现的模式反映了微生物组的复杂性以及肠道健康如何可能影响疾病。”

研究人员随后将他们的方法应用于来自中国和意大利的两个独立患者群体。该团队的方法能够准确识别超过 90% 的肝硬化患者，这验证了该算法在不同遗传背景和饮食习惯下的效力和准确性。.

“来自南加州肝硬化患者的肠道微生物组特征，竟然能够预测中国和意大利两个独立队列中的肝硬化患者，这真是令人瞩目。这凸显了在肠道微生物组在诊断和风险分层肝病方面的作用方面，仍有许多新发现等待实现，”罗伯特·卢姆巴（Rohit Loomba）说道，他是本文的共同通讯作者，也是加州大学圣地亚哥医学院非酒精性脂肪性肝病研究中心的负责人。“我认为，将微生物组作为诊断工具的力量才刚刚开始被认识到。”

在未来，科学家们将通过测试恢复部分微生物组是否能使疾病消退，或去除某些细菌是否会加剧疾病，来研究微生物组与肝脏疾病之间的因果关系。该团队还希望这种方法可以用来表征其他疾病，例如炎症性肠病、结肠癌、阿尔茨海默病以及其他已被证明可能受到微生物组失调影响的疾病。.

论文的其他研究人员包括：索尔克研究所的 Ting Fu、Ruth T. Yu 和 Annette R. Atkins；加州大学圣地亚哥分校的 Susy M. Kim、Cyrielle Caussy、Shirin Bassirian、Seema Singh、Egbert V. Madamba、Ricki Bettencourt、Lisa Richards、Manuela Raffatellu、Pieter C. Dorrestein、David A. Brenner、Claude B. Sirlin 和 Rob Knight；以及不列颠哥伦比亚大学科学系的 Jian Guo 和 Tao Huan。.

本研究得到以下机构的资助：美国国立卫生研究院（P42ES010337、HL088093、DK057978、HL105278、ES010337）；霍华德·休斯医学研究所；索尔克研究所癌症中心（CA014195）；诺米斯基金会；勒杜克基金会；公共卫生服务拨款（AI126277、AI114625、AI145325）；千叶大学-加州大学圣地亚哥分校黏膜免疫学、过敏和疫苗中心；加州大学圣地亚哥分校儿科学系；伯勒斯-威尔康姆基金会；美国国家环境健康科学研究所（NIEHS）（5P42ES010337）；美国国家转化科学促进中心（NCATS）（5UL1TR001442）；美国国家糖尿病与消化及肾脏疾病研究所（NIDDK）（U01DK061734、R01DK106419、P30DK120515、R01DK121378）；以及美国国防部癌症研究项目（DOD PRCRP）（W81XWH-18-2-0026）。本文内容仅代表作者的观点，不一定代表美国国立卫生研究院的官方观点。

DOI: 10.1016/j.cmet.2020.06.005