胰腺癌俗稱「癌中之王」。
近些年，死於胰腺癌的世界級名人包括：世界男高音帕瓦羅蒂、諾獎得主斯塔曼……
胰腺癌發現晚，治療手段有限，療效差，致死率高，一年存活率僅為25% 1 。
胰腺腫瘤分為兩種。最常見的是起源於胰腺導管的胰腺腺癌（PDAC），即通常說的「胰腺癌」。另一種是起源於胰腺有分泌激素功能的細胞，即胰腺內分泌腫瘤。
胰腺的位置深，胰腺癌早期症狀不明顯、發病原因不明確……這些都制約著胰腺癌的早發現。
血液中的糖類抗原19-9（CA19-9），是當前唯一被FDA批准的胰腺癌標誌物。然而， CA19-9水平與其它多種症狀關聯（如膽道阻塞），對胰腺癌的篩查特異性低（0.75,95% CI 0.72-0.86） 2 ，亟需更高效的篩查方法。
近日，發表在 Gut 上的一個研究發現 糞便微生物可用於胰腺癌篩查，單獨使用時準確性達到0.84（AUROC值，一種模型評估指標）；當與血液CA19-9聯合使用時，準確性提升至0.943 。該研究由學界大咖Peer Bork領導的德國和西班牙科學家共同完成。
既往研究已多次揭示微生物與胰腺癌的關聯。胰腺本身被特定微生物定植，包括口腔和腸道的常見細菌 4, 5 。小鼠模型研究發現，腸道來源細菌能促進胰腺導管癌的形成 6 。另有研究發現人口腔和腸道的特定微生物與胰腺癌發病風險相關 7 。
受這些研究啟發， Bork團隊基於136位法國受試者（57位胰腺癌患者，50位對照，29位慢性胰腺炎患者），以及76位德國受試者（44位胰腺癌患者，32位對照），採集糞便、唾液、腫瘤和癌旁組織樣品，使用DNA測序技術，系統性地挖掘糞便微生物和唾液微生物對胰腺癌的預測效果（圖1）。
圖1：研究樣本和數據組成。rRNA：ribosomal RNA
該研究首要問題是確認糞便微生物組成與胰腺癌的關聯。在排除年齡、性別等因素的影響後，糞便微生物組成與胰腺癌顯著相關（R 2 =0.01，P=0.5）。單因素檢驗發現，9個細菌物種與胰腺癌關聯（多重檢驗校正P<0.05）。其中，非典型韋榮氏球菌（ Veillonella atypica ）、具核梭桿菌（ Fusobacterium nucleatum ）和廣棲別樣斯卡多維亞菌（ Alloscardovia omnicolens ）等細菌在胰腺癌組富集。
這27個細菌包括胰腺癌組富集的細菌：史密斯產甲烷短桿菌（ Methanobrevibacter smithii ）、 廣棲別樣斯卡多維亞菌、 非典型韋榮氏球菌和芬氏擬桿菌（ Bacteroides finegoldii ）等；也包括胰腺癌組中缺少的細菌：普氏棲糞桿菌（ Faecalibacterium prausnitzii ）、糞居擬桿菌（ Bacteroides coprocola ）、雙歧雙歧桿菌（ Bifidobacterium bifidum ）和羅姆布茨菌（ Romboutsia timonensis ）。
圖2：模型1中挑選到的27種糞便微生物在訓練集樣本中的分布。PDAC：胰腺導管癌，俗稱胰腺癌。
在胰腺癌組缺乏的細菌通常與多種非癌症病變有關聯 8 ，它們並不是胰腺癌特有的標誌細菌，並且影響模型對胰腺癌的判別特異性。為此， 研究者用同樣的方法，僅從胰腺癌組富集的細菌中挑選標記物，重新構建了一個分類模型，簡稱模型2（model-2）。
結果顯示，模型2的準確性（AUROC=0.71）比模型1低。這是因為模型2採用了更嚴格的條件，僅納入胰腺癌組富集的細菌，降低了預測的敏感性所致。
糖類抗原CA19-9是腫瘤組織分泌，而糞便微生物可以看做環境因素，在對胰腺癌的預測中，血液CA19-9水平很可能與糞便微生物水平互補。 CA19-9分別與上述兩個模型聯合檢測，兩個模型的準確性都有顯著提升：模型1的AUROC從0.84提升至0.94，模型2的AUROC從0.71提升至0.89。
圖3：模型1（Model 1）和模型2（Model 2）在訓練人群和驗證人群中的預測效果。DE：德國驗證人群；ES：法國訓練人群；TPR：真陽性值。
更為重要的是，胰腺癌的分期不影響上述分類器的預測準確性。在25位胰腺癌早期（T1，T2）患者和32位晚期（T3，T4）患者中，分類器對早晚期胰腺癌的預測效果類似，沒有偏向性。
構建好了分類器模型，接下來就是驗證這些模型的適用性和可推廣性。為此，研究者在兩種不同場景中測試分類器模型。
第一種場景是由76位德國人構成的疾病-對照組（44位胰腺癌患者和32位對照者）。 測試結果顯示，模型1和模型2的準確性與訓練集（法國人）類似：模型1的AUROC為0.83，模型2的AUROC為0.85。與血液CA19-9的聯合檢測時，準確性也都有顯著提升：模型1+CA19-9的AUROC為0.91，模型2+CA19-9的AUROC為0.92。
另外一種場景是5792份糞便宏基因組樣品。這些樣品來自25個已發表研究，涉及18個國家的人群，包括糖尿病、結直腸癌、乳腺癌、肝病和腸炎等多種疾病患者。在10%的假陽性期望值下，模型2比模型1有更低的誤判率。模型2的平均假陽性率不足5%，優於訓練集結果；而模型1平均假陽性率為15%，比訓練集結果差。這說明，模型2在預測胰腺癌時，有更好的特異性。
胰腺是個分泌型器官，其導管與十二指腸連接，形成一個連接通道，方便腸道細菌「跑」到胰腺導管。基於此， 研究者假設在胰腺中也有與胰腺癌關聯的糞便細菌。通過目標基因擴增和螢光原位雜交（圖4），研究者在超過25%的胰腺組織樣品中（腫瘤和非腫瘤）測到至少13個與胰腺癌關聯的糞便細菌。部分細菌在腫瘤組織中富集：乳酸桿菌（ Lactobacillus spp ）、嗜黏蛋白阿克曼氏菌（ Akkermansia muciniphila ）和擬桿菌（ Bacteroides spp ）。這些結果證實了胰腺器官中存在糞便中發現的胰腺癌特異性微生物，與其他研究發現相吻合 9 。
圖4：螢光原位雜交顯微鏡圖。擬桿菌位於腫瘤組織細胞核內（左上）；雙歧桿菌位於腫瘤組織細胞核外（右上）；乳酸桿菌位於非腫瘤組織細胞核外（左下）；鏈球菌位於非腫瘤組織細胞核外（左下）；韋榮氏球菌位於腫瘤組織細胞核外（右下）。
綜上，該研究不僅開發了一種基於糞便微生物的胰腺癌無創早篩方法（圖5），還證實了胰腺腫瘤中存在特定的微生物，為胰腺癌的預防、機理研究和治療提供新思路。
圖5：文章圖形摘要
在此之前，糞便微生物已被開發用於多種癌症的檢測，包括結直腸癌 10 和 胃癌 11 。由於糞便微生物不僅可以在身體各部位「流動」 12 ，還可以通過代謝物影響多個器官 13 ，可以推測，糞便微生物在人類與癌症的抗爭中將會持續發光發熱。
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