[發明專利]一種生物標志物的篩選方法及其相關應用

在審

• 申請號: 202210770641.X
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN114974432A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 張陳陳;梁雅俊;朱瑞娟;蘭周;常曌;張東亞;蔣先芝
• 申請（專利權）人: 慕恩（廣州）生物科技有限公司
• 主分類號: G16B40/00
• 分類號: G16B40/00;G16B50/30;G16B30/10
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 顏歡

本發明公開了一種生物標志物的篩選方法及其相關應用，涉及生物檢測技術領域。本發明提供了一種篩選生物標志物的方法，無需通過測量儀器對菌株的代謝產物進行檢測，而是直接通過對菌株基因組序列的功能預測來預測每個菌種的代謝產物，并形成代謝產物序列庫，后續利用宏基因組測序數據和菌株序列庫及代謝產物序列庫分別進行比對，計算每個菌種的豐度及每種代謝產物的豐度，然后基于菌種豐度和代謝產物豐度，以及代謝產物和菌種的對應關系，對菌種進行篩選。在未實際測量代謝物的情況下，也能基于菌種和代謝物兩個方面來篩選。顯著降低了開發疾病診斷和療效預測的標志物以及藥物篩選的時間和成本，為疾病機制的研究和藥物開發提供了新途徑。

技術領域

本發明涉及生物檢測技術領域，具體而言，涉及一種生物標志物的篩選方法及其相關應用。

背景技術

宏基因組學(Metagenomics)又叫元基因組學，主要是通過對指定環境中全部微生物的基因組DNA進行高通量測序，繼而分析樣本中微生物的菌株分類信息和功能注釋信息，并計算菌株及功能的相對豐度信息。宏基因組無需分離培養，直接提取環境樣本DNA進行測序，避免了不可培養微生物的研究難題，而且宏基因組測序既可以分析微生物群落結構組成，還可以深度挖掘群落的基因和功能信息。近年來，隨著免疫檢查點的發現，腫瘤免疫治療得到了快速的發展，許多研究表明免疫治療在黑色素瘤，非小細胞肺癌等實體瘤的治療中呈現出了非常好的效果。但是這種療法只能使少數患者受益，因此，開發提高免疫治療療效的方法具有重要意義。

經研究表明，腸道菌群能夠直接影響癌癥免疫治療效果，腸道菌群的存在、組成和多樣性水平直接影響了患者的腫瘤治療效果，而且免疫應答效率能通過糞菌移植或有益菌干預而改善，例如Gajewski團隊對42例轉移性黑色素瘤患者的糞便菌群構成進行了分析，發現患者腸道菌群組成與PD-1抑制劑免疫治療效果顯著相關。治療有效患者腸道菌群中，有高豐度的長雙歧桿菌(Bifidobacteriumlongum)、產氣柯林斯菌(Collinsellaaerofaciens)和屎腸球菌(Enterococcus faecium)。將有效患者腸道菌群移植給無菌小鼠后，可提高腫瘤控制、T細胞應答和PD-L1抑制劑治療療效。(Science.2018,359:104-108)。Guido Kroemer教授與Laurence Zitvogel教授的團隊通過對肺癌和腎癌患者的取樣分析發現那些無法從免疫療法中受益的患者，體內缺乏一種叫做Akkermansia muciniphila的細菌。隨后，他們用小鼠實驗證明了這種細菌的益處。首先，他們利用糞便移植的方法，分別在用抗生素處理過的小鼠(本身對免疫療法無應答)體內移植入了“免疫療法有反應”和“免疫療法無反應”的患者的菌群。如同研究人員預期的那樣，前者恢復了對免疫療法的應答，而后者則依舊對免疫療法沒反應。更有趣的是，倘若讓后者再口服Akkermansiamuciniphila，則能重塑免疫療法的療效。因此，篩選出可以提高免疫治療效果的菌株非常重要。

近年來，發現腸道菌群的代謝產物可以直接穿越腸道屏障作用于宿主，影響宿主生理、激活宿主免疫，這些物質包括短鏈脂肪酸、吲哚丙酸、色胺和次級膽汁酸等等。其中，短鏈脂肪酸和次級膽汁酸在腸道菌群代謝產物與腫瘤免疫方面是重要的研究方向。短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)是目前已知的能影響宿主免疫的最具特征性的微生物代謝菌株類之一，它可以影響細胞因子的產生、巨噬細胞和樹突狀細胞的功能及B細胞類別的轉換。例如2021年7月1日，德國馬爾堡菲利普大學的研究團隊在NatureCommunications期刊發表了題為：Microbial short-chain fatty acids modulate CD8⁺Tcell responses and improve adoptive immunotherapy for cancer的研究論文。該研究首次通過實驗證明戊酸和丁酸這兩種微生物代謝物可以增強了CD8⁺T細胞中效應細胞因子的產生，從而增強了免疫細胞的抗腫瘤活性。