《Frontiers in Microbiomes》：The circulating metatranscriptome in acute myeloid leukemia patients: an RNA-seq reanalysis
编辑推荐：
人体微生物组（microbiome）系指栖息于人体组织表面或内部的所有微生物群落的总和。现已明确，微生物组成对个体健康状况具有重要影响。在肿瘤学领域，绝大多数微生物组研究聚焦于肠道或实体瘤原发部位，而针对血液系统恶性肿瘤发生部位——外周血与骨髓——的微生物含量
人体微生物组（microbiome）系指栖息于人体组织表面或内部的所有微生物群落的总和。现已明确，微生物组成对个体健康状况具有重要影响。在肿瘤学领域，绝大多数微生物组研究聚焦于肠道或实体瘤原发部位，而针对血液系统恶性肿瘤发生部位——外周血与骨髓——的微生物含量评估研究相对匮乏。本研究对411例急性髓系白血病（acute myeloid leukemia，AML）患者的循环宏转录组（circulating metatranscriptome，即循环系统中细菌与病毒的RNA）进行了系统表征。研究发现，AML患者循环宏转录组与健康对照存在显著差异，且高宏转录组载量与宿主抗菌免疫应答相关。特定细菌属与抗癌治疗反应及疾病史相关，并与宿主血红素代谢相关基因表达特征具有关联。总体而言，该研究描绘了AML患者循环微生物RNA的推断性景观图谱，提示其具有作为生物标志物的潜在应用价值。
**论文解读：急性髓系白血病患者循环宏转录组的系统解析与临床关联**
**一、研究背景与科学问题**
人体微生物组由定植于人体组织表面或内部的微生物群落构成，其组成已被证实对个体健康具有重要影响。在肿瘤学领域，大量研究确立了肠道微生物组在实体瘤进展及治疗反应中的关键作用，例如黑色素瘤患者肠道微生物可调节免疫治疗应答，骨肉瘤及上皮性肿瘤的微生物组成亦与预后相关。然而，与实体恶性肿瘤相比，关于微生物组在血液系统恶性肿瘤中作用的研究相对有限，尤其是在疾病直接累及的外周血与骨髓这一"肿瘤部位"，微生物含量及其功能意义尚未得到系统评估。
循环系统中可检测到源自其他身体部位的微生物核酸（包括DNA和RNA），其转运机制可能涉及肠道上皮结构完整性受损导致的直接易位，或通过细胞外囊泡介导的间接转运。免疫受损个体，包括急性髓系白血病（AML）患者，对微生物及其代谢产物易位进入循环系统的易感性显著增加。既往研究曾报道，在小鼠模型中，小肠细菌易位至循环系统对于Tet2突变小鼠白血病前期骨髓增殖性疾病的发生至关重要。此外，即便在健康个体中，也存在肠道、皮肤和口腔细菌向血液的短暂迁移。
研究人员前期已对1，870例髓系恶性肿瘤患者循环中的微生物DNA进行了分析，揭示了细菌/病毒含量与临床特征之间的关联。然而，RNA作为分析物相较于DNA具有潜在优势：RNA稳定性低于双链DNA，更能反映近期微生物含量动态；且微生物基因组中转录为mRNA的比例远高于人类基因组，因此全转录组测序中微生物信号可能较全基因组测序更为显著。本研究旨在利用Beat AML项目中411例AML患者的大型全转录组数据集及其丰富临床注释，对循环宏转录组进行系统表征，并首次在髓系恶性肿瘤中整合分析宏转录组、宿主基因表达与治疗反应之间的相互作用。
**二、关键技术方法**
研究数据来源于Beat AML项目（Tyner等，2018），包括411例AML患者的477份血液和/或骨髓样本RNA测序数据，以及21例健康骨髓样本和12份来自同一健康个体的技术重复样本。患者临床信息、体外药物反应数据及人类RNA表达数据均来自该研究。分析方法包括：首先使用Bowtie2将fastq文件比对至T2T-CHM13人类参考基因组以去除人类reads，随后使用KrakenUniq基于RefSeq细菌和病毒参考基因组（约300GB）进行分类学注释；经严格质量过滤（包括去除文献报道的可疑菌属、低reads数物种过滤、KrakenUniq与Bowtie2比对reads比例异常过滤），最终获得484份样本用于分析。宏转录组载量以每十亿总reads中微生物reads数计算，Bray-Curtis相异度用于评估样本间微生物组成差异，Shannon指数用于评估α多样性。统计检验采用Wilcoxon检验、Spearman相关分析及多种回归模型（控制测序组、诊断年龄和性别等混杂因素）。药物反应分析将IC50值<2μM定义为敏感、>8μM定义为耐药。宿主转录组分析采用edgeR进行差异表达分析，基因集富集分析（GSEA）使用clusterProfiler，细胞组成推断采用Cibersortx及AML特异性签名矩阵。
**三、主要研究结果**
**质控与循环宏转录组特征。** 经过严格过滤，最终484份样本平均含有291条微生物reads（范围12-7，382），细菌RNA reads数量远多于病毒（比例15：1）。未观察到样本采集中心对宏转录组的影响，但存在一定测序组批次效应，后续分析均对此进行控制。AML样本在同一测序组内彼此相似度高于与健康样本的相似度，表明疾病/正常差异大于批次特异性信号。避免批次效应后，AML患者α多样性显著低于健康对照，且Moraxella属归一化丰度显著下降（平均丰度1800 vs. 41，FC=43.9）。
**AML患者宏转录组图谱。** 最普遍的属为Brucella，存在于97.8%的患者样本中。每例患者平均检出41个不同属（范围8-90），Shannon多样性指数平均值3.0（范围0.67-3.74），宏转录组载量范围148-86，372（平均3，688）微生物reads/每十亿总reads。门水平上以放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）为主，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）也占显著比例，与此前循环微生物DNA研究一致。革兰氏阳性菌比例在样本间差异较大（4.1%-93.9%）。
**DNA-RNA一致性验证。** 与前期循环微生物DNA研究（德国样本）比较，在属水平上两研究间流行率（Spearman ρ=0.56）和丰度（Spearman ρ=0.49）均呈现强一致性，且两批样本分别采集自不同国家（美国和德国），排除了地域特异性污染的可能，有力支持了研究信号的可靠性。
**临床特征关联。** 继发于骨髓增生异常综合征（MDS）的AML患者（即继发性AML）Prevotella丰度高于原发性AML（P=5.99×10??，FDR=0.08），与2024年报道的高危MDS患者Prevotella显著升高的发现一致。在体外药物反应分析中，对PI3K抑制剂BEZ235敏感的标本表现出显著更高的Moraxella丰度（FDR=0.001）。机制上，Moraxella可与造血细胞表面广泛表达的CEACAM1蛋白相互作用，通过磷酸化/去磷酸化级联反应抑制PI3K-AKT信号通路，因此研究人员推测Moraxella诱导的PI3K抑制可能增强BEZ235在AML患者中的疗效。
**宿主基因表达响应。** 高载量患者（每个测序组最高2例）与低载量患者（最低2例）的GSEA分析显示，高载量组上调基因富集于多个抗菌应答相关基因集，最显著者为"GOBP ANTIBACTERIAL HUMORAL RESPONSE"（校正P<10??），上调基因包括促炎细胞因子IL6和脓毒症应答基因CAMP等。Cibersortx细胞组成推断显示高载量样本中免疫细胞比例升高（FDR=0.06），其中单核细胞亚群差异最为显著（P=0.04），可部分解释高载量样本中抗菌应答基因的升高。低Faecalibacterium载量样本及高Enterococcus载量样本（后者可作为产丁酸菌耗竭的代理指标）均显示"HALLMARK HEME METABOLISM"基因集显著上调，与既往报道的AML化疗耐药患者血红素合成基因高表达相呼应。
**四、讨论与结论**
本研究首次对AML患者的循环宏转录组进行了系统分析。研究优势包括大型AML队列、基于鸟枪法RNA-seq的高分类学分辨率、以及积极的质控策略以最小化污染和生物信息学伪影所导致的假阳性；同一健康个体作为技术重复分布于每个测序批次中，有效实现了批次效应检测与校正。局限性方面，由于使用公共数据，无法纳入阳性/阴性实验室对照（如空白对照、已知组成RNA的梯度稀释、紫外线处理和不同批号试剂盒等）；健康与疾病比较的样本量相对有限（为规避批次效应仅限一个测序组）；研究仅能揭示相关性而无法确立因果关系，亦无法确定微生物RNA的原始组织来源；结果尚需独立队列验证及实验验证。综上所述，该研究描绘了AML患者循环宏转录组的推断性景观，提示细菌和病毒核酸在人类血液中可能具有作为候选生物标志物的评估价值，为后续靶向微生物分类群的验证研究及微生物-宿主相互作用的机制探索奠定了基础。
**研究结论：** 本研究首次对AML患者的循环宏转录组进行了表征，发现AML患者循环微生物RNA与健康对照存在显著差异，高微生物RNA载量与宿主抗菌免疫应答相关，特定细菌属（Prevotella与继发性AML相关，Moraxella与BEZ235敏感性相关）与疾病史和药物反应具有关联，且产丁酸菌相关属的丰度变化与宿主血红素代谢基因表达特征相关。循环微生物核酸值得作为候选生物标志物进行进一步评估。该研究发表于《Frontiers in Microbiomes》。
