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清华李梢组发现胃炎舌苔菌群标志物

来源: | 2019-08-09 13:57:16 | 人气:

导读:胃癌是我国常见的恶性肿瘤,高居我国农村地区发病率与死亡率的首位,严重危害人民健康。胃癌的发生与慢性胃炎具有密切关联,炎癌转化是一个长期、复杂过程。如何揭示炎癌转化的内

胃癌是我国常见的恶性肿瘤,高居我国农村地区发病率与死亡率的首位,严重危害人民健康。胃癌的发生与慢性胃炎具有密切关联,炎癌转化是一个长期、复杂过程。如何揭示炎癌转化的内在机制,抑制胃炎向胃癌转化,这是突破肿瘤“预防难、发现晚”防控难点的一个关键,对于胃癌防治具有重大意义。

清华大学自动化系、信息国家研究中心李梢课题组致力于从“生物网络”这一系统的角度研究胃癌发生机制和中西医诊疗原理。课题组开展了胃癌前病变患者的中西医全面诊察、长期监测和多组学检测,并采用自主研制的高精度网络分析算法,率先构建出胃炎癌转化的多层次生物网络,发现了胃炎寒热证生物分子网络、寒热证舌苔菌群网络(Sci Rep 2012, 2013),建立了炎癌转化动态网络演化和肿瘤预警模型(Cancer Research 2017),找到靶向炎癌转化分子网络的中药活性成分(ACS Synthetic Biology封面论文 2019,Cancers 2018)。最近还首次解析胃癌前病变和早期胃癌的单细胞转录组网络,发现了胃癌极早期细胞标志物(Cell Reports 2019),被国际权威学术评估机构F1000评价为最高等级的“杰出(Exceptional)”论文。

在上述系列研究的基础上,李梢课题组进一步探索胃炎癌转化的无损检测标志物,并取得可喜进展,发现了有助于监测胃炎癌转化的舌苔菌群标志物,形成了“智能预警—无损检测—极早诊断—精准防治”的肿瘤防控新策略,并提出了基于生物网络的肿瘤精准医学。论文分别发表于2019年7月的Protein & Cell(IF=7.575)和8月的Cancer Letters(IF=6.508)。

中医认为“舌苔由胃气所生”。通过观察舌苔来判断机体变化是中医舌诊的重要组成部分,但是其与疾病发生发展的关联尚不清楚。自2012年率先采用16S rRNA基因测序检测不同中医证候胃炎患者的舌苔菌群、构建出寒热证舌苔菌群网络之后,李梢课题组与清华大学张学工教授课题组合作,首次采用宏基因组测序方法检测了50例健康人和78例不同阶段胃炎患者的舌苔微生物组,全面刻画了舌苔菌群在胃炎发展过程中的变化,构建出胃炎相关的舌苔菌群物种网络和基因功能网络。基于菌群物种网络,发现胃炎患者的舌苔菌群多样性显著降低,11种微生物在胃炎患者中显著减少,10种微生物在胃炎患者中显著增多,且增多的微生物之间具有较强相关性。在网络中还鉴定出一种与胃炎分期显著相关的简明弯曲杆菌(Campylobacter concisus),这种菌的丰度在正常到浅表、萎缩性胃炎、肠化过程中逐渐升高,且该菌在机制上可引起宿主免疫反应。基于基因功能网络,发现抗生素合成、鞭毛组装、细菌趋化性等通路在胃炎病人中显著上调。研究表明,舌苔菌群在胃炎发展进程中发生显著改变,有望成为一种源自中医、非侵入式、适于长期监测胃炎癌转化的新型生物标志物。该研究成果发表于2019年7月的Protein & Cell,博士生崔佳星、崔鸿飞为论文共同第一作者,李梢、张学工为共同通讯作者。简明弯曲杆菌在胃炎发展中的作用已申请发明专利。

图1 胃炎相关舌苔菌群网络和菌群标志物

图2 胃炎患者中显著改变的舌苔微生物物种

图3 基于生物网络的肿瘤精准医学示意图

鉴于李梢课题组在肿瘤发生生物网络上的系列研究进展,国际知名肿瘤刊物Cancer Letters特邀其撰写述评文章。李梢课题组在论文中提出了“基于生物网络的肿瘤精准医学:一种新兴的范式”。文章指出,肿瘤在机制上的复杂性是难以监测、难以防治的重要原因。从生物网络的角度系统探索肿瘤发生发展机理,有望拓展对肿瘤机制的整体认识,从而实现精准预防、诊断和治疗。基于生物网络的肿瘤精准医学,其核心是联系宏观与微观的多层次网络整合框架,以及网络生物标志物发现、肿瘤临床分层、网络靶标识别、网络药理学分析等。该研究模式强调从“单基因、单靶点”向“生物网络、网络靶标”跃进,有助于形成肿瘤精准医学的新策略,还能在生物网络的基础上衔接疾病与中医证候,促进中西医学的融合发展。自动化系博士生谭艾迪为本文第一作者,李梢为通讯作者。

上述研究成果得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大研究计划集成项目等的资助。


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