血浆中来源于微生物的cfRNA修饰用于癌症早筛

研究背景

      近年来，无创肿瘤检测技术在精准医疗中迅速发展，其中以循环游离DNA(cfDNA)为代表的液体活检方式已在多种癌症中展现出潜力。然而，在结直肠癌等早期癌症患者中，cfDNA含量常常极低，限制了检测灵敏度。除了循环游离DNA，血浆里也存在循环游离RNA(cfRNA)。因其稳定性和丰度原因cfRNA在检查上目前并没有太受关注。此外，肠道微生物群作为癌症发生的重要参与者，其活性状态尚缺乏高灵敏度的无创检测方式。

结果与展望

      研究团队发现血浆cfRNA主要以30–60个核苷酸的短片段形式存在(Fig 1a)。在这些小RNA中，RNA修饰不仅广泛存在，并且在调控RNA稳定性和功能中发挥重要作用。这些修饰虽然蕴含重要的生物信息，同时也会阻碍逆转录(RT)过程。因此，团队开发了一种低输入、多位点RNA甲基化测序技术(LIME-seq)，可在仅需数纳克血浆cfRNA的条件下，高通量检测包括m1A、m1G、m3C等在内的多种RNA修饰位点(Fig 1b)。通过对非癌症人群血浆样本的系统性分析，研究团队发现，cfRNA的主要组成来源于结构稳定的tRNA及rRNA衍生片段，构成了cfRNA的核心内容。进一步分析显示，约20–40%的cfRNA序列无法比对至人类基因组，这些cfRNA大多可归属于多种肠道共生微生物。团队进一步将血浆cfRNA序列与实验室培养的微生物RNA进行比对，验证了这些非人源序列的真实存在，排除了环境污染的可能性(Fig 1c)。该发现表明，血浆中广泛存在微生物来源的cfRNA，这些cfRNA或许可以为深入探索宿主–微生物互作机制及其在疾病状态中的作用提供新的研究视角与分子基础。

      研究团队第一次探索了利用微生物来源cfRNA做疾病的标准物。在一个包含36例非癌个体与27例结直肠癌(CRC)患者的中型临床队列中，研究团队研究了来源于微生物的cfRNA的甲基化，观察到CRC患者中多类微生物RNA修饰水平显著升高，提示其肠道微生态可能处于功能失衡状态。基于LIME-seq生成的RNA修饰特征图谱，研究人员构建了支持向量机(SVM)分类模型，在鉴别CRC患者方面表现出极高的准确性(AUC高达0.98)，尤其在早期(0/I期)患者中依然保持出色的检测性能(Fig 1d)。该模型在两个独立验证队列(共计53例个体)中均表现出良好的稳定性，能够有效区分癌前病变(如腺瘤)与非癌个体(Fig 1e)。与依赖微生物cfRNA丰度或传统DNA甲基化的检测方法相比，该策略在灵敏度与特异性方面均实现显著提升，同时，一些微生物的cfRNA甲基化特征在不同CRC分期中表现出动态变化，显示出作为肿瘤进展监测指标的潜力。该研究揭示了cfRNA修饰特征作为液体活检标志物的应用巨大应用前景。

图1. a. 高分辨率检测血浆cfRNA与HepG2细胞小RNA的片段长度。 b. LIME-seq方法示意图，绿色圆点表示可引发突变信号的RNA修饰，双端连接确保捕获全部突变信息。c. LIME-seq分析血浆cfRNA与培养的S. maltophilia，展示tRNA区m1G37修饰的覆盖与突变位点。d. 散点图展示基于微生物来源的cfRNA修饰的分类模型在预测不同CRC分期中的高灵敏性。 e. 基于12个微生物来源的cfRNA修饰特征构建的分类器在训练集与两个验证队列中的预测表现。

      研究团队进一步将该策略应用于胰腺癌样本，初步证实其亦可识别非消化系统来源的肿瘤，暗示了微生物组对于癌症的响应，拓展了其潜在应用边界。未来，随着大规模临床样本的积累及分子机制的深入探讨，cfRNA甲基化图谱有望发展为一种适用于多类疾病的敏感、无创诊断平台，为精准医疗和微生态干预提供新的技术路径。