宫颈癌女性阴道、肠道菌群特征及微生物组作为宫颈癌诊断工具的临床潜力

【作者】 韩梦真； 孙涛； 徐君南；

【机构】 中国医科大学附属肿瘤医院； 大连理工大学辽宁省肿瘤医院；

【摘要】 目的:探讨宫颈癌发生过程中阴道菌群的动态变化及宫颈癌相关阴道、肠道生物标志物的辅助诊断价值。方法:我们对416个来自女性阴道16S r RNA基因数据集及116个来自女性肠道16S r RNA公共数据样本进行研究。其中阴道组按严重程度分为正常组(Normal)(n=180)、宫颈上皮内瘤变(CINs)组(n=152)及宫颈癌(Cervical cancer)组(n=84)。肠道组分为正常(Normal)组(n=51)、宫颈癌(Cervical cancer)组(n=65)。使用Vsearch对reads进行处理,Alpha多样性通过Chao1、Shannon和Simpson指数检验,Beta多样性通过加权Unifrac距离的主坐标分析(PCoA)检验,并基于Bray-curtis距离进行PERMANOV A分析。利用LEf Se线性判别方法进行组间物种差异分析。基于Spearman相关性分析,建立了每个组的细菌共丰度网络。基于物种构成和多样性分析结果,结合临床数据,构建随机森林模型,并对模型进行验证,测试模型诊断效果。不仅如此,我们通过京都基因和基因组百科全书(KEGG)和直系同源组(COG)注释研究宫颈癌与非癌菌群主要的代谢途径差异。结果:与非癌人群相比,宫颈癌患者阴道、肠道两生态位都有独特的微生物群落特征。受试女性阴道微生物多样性及丰度的增加与疾病严重程度呈正相关,并伴随着乳酸菌属等共生菌群减少和加德纳菌属等致病菌丰度增高。宫颈癌患者肠道菌群多样性及丰度降低,物种构成也有显著改变,包括拟杆菌属、普氏菌属等的富集及粪杆菌属、罗氏菌属等丰度的降低。总的来说,宫颈癌的发生导致两生态位微生物变化,与非癌人群有显著差异。此外,共丰度分析表明,不同病理特征女性,菌群网络复杂性存在变化。为了确定用于无创诊断目的的最佳微生物群特征,我们在两生态位基于属水平得到的生物标志物的预测模型在宫颈癌诊断中实现了高精度(阴道模型AUC=91.58%;肠道模型AUC=99.95%)。基于KEGG数据库的潜在功能路径分析表明,正常妇女微生物组和宫颈癌妇女微生物组之间的预测功能谱存在显著差异。结论:宫颈癌患者阴道、肠道微生物与非癌人群相比有显著差异,在阴道中还存在微生物随疾病严重程度改变发生的动态变化现象,菌群参与宫颈癌的发生发展。在两生态位基于属水平构建的预测模型均对宫颈癌有良好的诊断价值。更多还原