Application of Nanopore Sequencing in Tumor with Infection
-
摘要:
目的 评估纳米孔测序在肿瘤患者并发感染性疾病中的临床应用价值，为肿瘤患者感染性疾病的快速、灵敏诊断提供新的检测方法。 方法 收集2022年7月至8月云南省肿瘤医院36例疑似感染的肿瘤患者样本46份，利用纳米孔测序鉴定样本中的病原微生物。 结果 纳米孔测序细菌检出率72.22%，真菌检出率31.48%，病毒检出率42.59%。细菌和真菌检出率均较微生物培养法（23.91%和10.87%）明显升高（χ2 = 23.19 ，P < 0.0001；χ2 = 13.14 ，P= 0.0003）。纳米孔测序结果与微生物培养结果比较，检出的细菌和真菌种属明显增多。 结论 纳米孔测序鉴定病原微生物具有检出率高，检测病原菌种属广，诊断快速的优势，在肿瘤并发感染性疾病的诊断中具有潜在的临床应用价值。 Abstract:Objective To evaluate the clinical application value of nanopore sequencing in tumor patients with concurrent infectious diseases and to provide a new detection method for rapid and sensitive diagnosis of infectious diseases in tumor patients. Methods Samples of inpatients with suspected infections from July to August 2022 at Yunnan Cancer Hospital were collected, and pathogenic microorganisms in the samples were identified using nanopore sequencing. Results Forty-six samples from 36 patients with suspected infection were collected. Nanopore sequencing detected 72.22% of bacteria, 31.48% of fungi, and 42.59% of viruses. Both bacterial and fungal detection rates were significantly higher （χ2 = 23.19 , P < 0.0001; χ2 = 13.14 , P = 0.0003） than the results by microbiological culture method （23.91% and 10.87%）. The nanopore sequencing results showed significantly more bacterial and fungal species detected compared to microbial culture results. Conclusions Nanopore sequencing for the identification of pathogenic microorganisms has the advantages of high detection rate, wide detection of pathogenic genera, and rapid diagnosis. It has potential clinical application in the diagnosis of tumor-associated infectious diseases. -
Key words:
- Nanopore sequencing /
- Tumor /
- Infection /
- Pathogenic microorganisms /
- Microbial culture
-
肝内胆管癌（intrahepatic cholangiocarcinoma iCCA）是第二高发的原发性肝脏恶性肿瘤，占原发性肝脏恶性肿瘤的10%～15%[1-3]。近年来全世界范围内肝内胆管癌的发病率和死亡率呈不断上升的趋势[4, 5]，可能与非病毒性慢性肝病和代谢性疾病的普遍性增高有关[6, 7]。肝内胆管癌病死率高，5 a生存率仅25%～30%[3]，其预后远差于肝细胞癌。真核翻译起始因子5A2（eukaryotic translation initiation factor 5A2，EIF5A2）的编码基因位于人3号染色体2区6带[8]，该区域的染色体不稳定，极易出现扩增，导致其表达上调。EIF5A2完成翻译后需依次经DHS和DOHH酶催化[9]，转化为成熟的、有生物学活性的蛋白分子，可在细胞核和细胞质间穿梭，负责特定mRNA亚群的选择性转运和翻译[10]，其在胰腺导管腺癌、结肠癌、肝细胞癌中表达均增高[11]，与较低的生存率、高TNM分期、淋巴结转移和肿瘤分化差等恶性表型显著相关[12, 13]。Ki67可反映肿瘤细胞的增殖程度，用于预估患者预后[14]。本研究用免疫组织化学染色观察EIF5A2和Ki67在肝内胆管癌中的表达水平，分析它们在肝内胆管癌中高表达与临床病理特征的关系，现报道如下。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
收集成都市第七人民医院肝胆外科、昆明医科大学第二附属医院肝胆外科2014年9月至2021年12月行肝内胆管癌根治手术患者的石蜡切片118例，年龄38～74岁，其中男性60例，女性58例，术后病理切片镜下组织学特点并结合免疫组化（CK7、CK19、Glypican-3）确诊为肝内胆管细胞癌，纳入研究的患者病例资料完整。
1.2 HE和免疫组化染色
对含肿瘤组织的蜡块进行连续切片，取3张连续的组织切片进行HE染色、EIF5A2和Ki67免疫组化染色。HE染色：含肿瘤组织的载玻片在65 ℃烤片机上烘烤25 min，之后浸泡在二甲苯溶液中脱蜡，然后洗涤二甲苯并进行组织水化，苏木精溶液染核5 min，自来水冲洗多余的苏木精溶液，伊红溶液染细胞质2 min，脱水后封片。免疫组化染色：烤片、脱蜡、水化过程同HE染色，肿瘤组织切片均进行乙二胺四已酸抗原热修复，高压锅内煮沸5 min后磷酸缓冲盐溶液（PBS）冲洗组织切片5遍，EIF5A2免疫组化染色：载玻片上滴加EIF5A2多克隆抗体（Abcam，货号：ab227537，稀释比：1∶150），Ki67免疫组化染色使用即用型兔抗人单克隆抗体（福州迈新，产品编号：RMA-0542），组织切片中加入Ki67一抗后放入37 ℃恒温箱孵育1 h，磷酸缓冲盐溶液（PBS）冲洗5遍，切片上滴加山羊抗兔的二抗，在37 ℃恒温箱中孵育0.5 h，磷酸缓冲盐溶液（PBS）冲洗5遍后DAB显色，苏木素溶液染核后封片。
1.3 免疫组化染色结果判读
EIF5A2和Ki67的表达强弱由2名病理科主治医师采用半定量计分法进行分析，（1）评估肿瘤组织着色强度，基本无着色计 0 分（-），染色后呈淡黄色计 1 分（+），呈浅棕色计 2分（++），呈棕褐色计 3 分（+++）；（2）评估染色面积，高倍镜视野下以染色阳性区域的面积占整个视野面积的百分比进行计分，面积小于5%计0分，6%～25%计1分，26%～50%计2分，51 %～75%计3分，>76%计4分；将染色强度①与染色面积②相加，所得结果0～3分为低表达，4～7分为高表达。
1.4 统计学处理
数据应用SPSS19.0进行统计分析，计数资料用[n（%）]表示，采用χ2检验；EIF5A2和Ki67表达的相关性分析采用χ2检验，P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 HE染色及EIF5A2和Ki67在肝内胆管癌组织中的表达
118例肝内胆管癌组织标本中HE染色显示，癌细胞核大且深染，异型性明显，细胞质红染，肿瘤细胞排列成管状，肿瘤组织间包含丰富的纤维间质。免疫组化染色显示EIF5A2主要位于肿瘤细胞的细胞质和细胞核中， Ki67在肿瘤细胞的细胞核中表达，见图1。
图 1 肝内胆管癌HE染色及EIF5A2、Ki67免疫组化染色（×100，×200）Figure 1. Intrahepatic cholangiocarcinoma was stained with HE and immunohistochemical staining with EIF5A2 and Ki67 （×100，×200）2.2 EIF5A2和Ki67的表达与肝内胆管癌临床病理特征的关系分析
118例肝内胆管癌组织中EIF5A2高表达60例（50.85%），Ki67高表达81例（68.64%），EIF5A2高表达与患者年龄、性别、肿瘤直径、肿瘤数量无关（P > 0.05），与TNM分期和淋巴转移有关（P < 0.05）；肝内胆管癌组织中Ki67高表达与患者年龄、性别、肿瘤数量无关（P > 0.05），与TNM分期、淋巴转移、肿瘤直径有关（P < 0.05），见表1。
表 1 EIF5A2和Ki67表达水平与肝内胆管癌临床病理特征的关系[n（%）]Table 1. Relationship between EIF5A2 and Ki67 expression levels and clinicopathological features of intrahepatic cholangiocarcinoma [n （%）]临床特征 n EIF5A2 Ki67 高表达（n = 60） 低表达（n = 58） χ2 P 高表达（n = 81） 低表达（n = 37） χ2 P 年龄（岁） ≥53 60 34（56.67） 26（43.33） 1.654 0.198 38（63.33） 22（36.67） 1.600 0.206 < 53 58 26（44.83） 32（55.17） 43（74.14） 15（25.86） 性别 男 49 29（59.18） 20（40.82） 2.330 0.127 31（63.27） 18（36.73） 1.126 0.298 女 69 31（44.93） 38（55.07） 50（72.46） 19（27.54） TNM分期 III/IV 38 27（71.05） 11（28.95） 9.156 0.002* 32（84.21） 6（15.79） 6.310 0.012* I/II 80 33（41.25） 47（58.75） 49（61.25） 31（38.75） 淋巴转移 是 35 23（65.71） 12（34.29） 4.400 0.036* 29（82.86） 6（17.14） 4.670 0.031* 否 83 37（45.58） 46（55.42） 52（62.65） 31（37.35） 肿瘤直径（cm） ≥5 87 48（55.17） 39（44.83） 2.478 0.115 65（74.71） 22（25.29） 5.666 0.017* < 5 31 12（38.71） 19（61.29） 16（51.61） 15（48.39） 肿瘤数量 多发 15 9（60.00） 6（40.00） 0.576 0.448 11（73.33） 4（26.67） 0.176 0.675 单发 103 51（49.51） 52（50.49） 70（67.96） 33（32.04） *P < 0.05。 2.3 EIF5A2和Ki67在肝内胆管癌中表达的相关性
118例肝内胆管癌免疫组化染色结果中EIF5A2与Ki-67两种蛋白均为高表达者49例，占 EIF5A2高表达患者的81.67%（49/60），EIF5A2高表达而Ki-67低表达的肝内胆管癌组织切片11例；EIF5A2低表达但Ki-67呈高表达的患者有32例，占EIF5A2低表达患者的55.17%（32/58），两者均阴性者26例；由χ2检验得知，EIF5A2的表达与Ki-67的表达呈正相关，差异具有统计学意义（r = 0.285，P = 0.002），见表2。
表 2 EIF5A2和Ki67在肝内胆管癌中表达的相关性Table 2. Correlation of EIF5A2 and Ki67 expression in intrahepatic cholangiocarcinomaKi67 EIF5A2 r P 高表达
（n = 60）低表达
（n = 58）高表达（n = 81） 49 32 0.285 0.002 低表达（n = 37） 11 26 *P < 0.05。 3. 讨论
肝内胆管癌（intrahepatic cholangiocarcinoma iCCA）主要起源于胆管上皮细胞[15-16]，也可能起源于肝祖细胞[17]，近期的研究表明肝内胆管癌也可能起源于HA-tag阳性的肝细胞[18]。形态学可分为肿块型、管周浸润型和管内型，依据分子学特征分为增殖型和炎症型[19]。我国学者以肝内胆管癌蛋白质组学的表达差异，将肝内胆管癌分为炎症型、间质型、代谢型和分化型[20]。肝内胆管癌对放化疗敏感性差[21]，缺乏有效的靶向治疗和免疫治疗，手术切除是唯一可达到根治的治疗方式[22]，但手术后仍极易出现转移和复发，造成了患者5 a生存率低，绝大多数肝内胆管癌患者死亡是由于肿瘤复发转移导致的，一项国际多中心的研究结果显示肝内胆管癌行根治性肝切除后复发率高达71%[23]。因此更好地了解肝内胆管癌复发转移的分子机制对于改善患者预后是极为重要的。
EIF5A2是一个新的候选癌基因，可促进肿瘤细胞增殖及侵袭转移[9, 24]，在人类恶性消化道肿瘤中有所涉及，我们前期的研究其在肝内胆管癌组织中表达增高[25]，但它与肝内胆管患者的癌临床病理特征的相关性尚未见报道。既往研究发现，EIF5A2的高表达与这些胃癌患者的高TNM分期、淋巴和远处转移和较差的总生存期相关[12]；结肠癌中EIF5A2的过表达促进了肿瘤的转移[13]；此外Tang等[26]报道，与未发生转移或静脉浸润的HCC组织相比，发生转移或静脉浸润的HCC组织中EIF5A2的表达显著增加。笔者的研究结果发现EIF5A2的表达与年龄、性别、肿瘤直径、肿瘤数量无关（P > 0.05），与TNM分期和淋巴转移有关（P < 0.05），说明EIF5A2增强了肝内胆管癌细胞的侵袭转移能力，与既往研究基本一致。一些肿瘤研究中报道了EIF5A2增强癌细胞侵袭转移能力的机制，结肠癌研究中发现高水平的EIF5A2有助于c-myc结合到MTA1的启动子区，进而上调MTA1蛋白的表达，从而增强了结肠癌细胞的运动性和侵袭性[27]。基质金属蛋白酶在肿瘤细胞侵袭转移中起关键性的作用[28, 29]，皮肤黑色素瘤的研究发现肿瘤细胞核中EIF5A2增多与强MMP2 表达直接相关[30]，促进肿瘤侵袭转移。肝细胞癌中EIF5A2 可能通过激活 p38 MAPK 和 JNK/c-Jun 通路增强 MMP-2 活性促进血管形成[31]，促进肿瘤经血道转移。EIF5A2在肝内胆管癌中高表达，临床病理特征分析发现其促进了肿瘤细胞的侵袭转移能力，笔者将进一步研究EIF5A2促肝内胆管癌细胞的侵袭转移的分子机制。
Ki67是评价细胞增殖的重要指标，也是实体瘤诊断和判断预后的生物标志物，既往研究发现肝内胆管癌组织中Ki67的表达远高于正常肝内胆管组织[32]，本研究中Ki67在肝内胆管癌阳性表达率为68.64%（81/118），其表达与年龄、性别、肿瘤数量无关（P > 0.05），与TNM分期、淋巴转移、肿瘤直径有关（P < 0.05），与既往研究基本一致[33]，此外Qiang等[14]在肝内胆管癌的研究还发现高表达的Ki67与血管浸润相关。在卵巢癌中发现，EIF5A2的过表达与肿瘤分化差、高pT/pN和FIGO分期以及Ki-67的阳性率升高均有显著的正相关[34]，同样，笔者通过Spearman相关性分析得知，肝内胆管癌中EIF5A2与Ki-67的表达呈正相关，差异具有统计学意义（r = 0.285，P = 0.002），肝内胆管癌中EIF5A2是否直接调控Ki-67及具体的调控机制还有待进一步研究。
综上所述，肝内胆管癌组织中EIF5A2、Ki67的阳性率较高，两者的表达呈正相关，其表达与高TNM分期和淋巴转移有关，说明EIF5A2和Ki67促进了肝内胆管癌的发生及侵袭转移，有助于预判肝内胆管癌患者的临床分期及预后。
-
图 4 纳米孔测序病原微生物检测率
Figure 4. Detection rate of pathogenic microorganisms by nanopore sequencing
图 5 不同检测方法病原微生物阳性检出例数的比较
****P < 0.001。
Figure 5. Comparison of the number of positive cases of pathogenic microorganisms detected by different detection methods
图 6 纳米孔测序与微生物培养结果对比
Figure 6. Comparison of results with nanopore sequencing and microbial culture
表 1 纳米孔测序检出的病原微生物种属（n）
Table 1. Pathogenic microbial species detected by nanopore sequencing （n）
检出细菌种属 检出例数 检出真菌种属 检出例数 检出病毒例数 检出例数 铜绿假单胞菌 3 白色念珠菌 3 人疱疹病毒6型 3 肺炎链球菌 4 热带念珠菌 3 人类疱疹病毒1型 2 血液链球菌 1 葡萄牙棒孢酵母 2 EB病毒 10 大肠埃希氏菌 1 似平滑念珠菌 3 人巨细胞病毒 6 肺炎克雷伯菌 2 克柔念珠菌 3 人疱疹病毒7型 1 屎肠球菌 6 耶氏肺孢子菌 1 细环病毒 5 戈登链球菌 1 限制性马拉色菌 1 JC病毒 1 内氏放线菌 2 解脂耶氏酵母菌 1 人类疱疹病毒1型 2 口腔链球菌 1 清酒念珠菌 1 杰氏棒杆菌 2 光滑念珠菌 1 鲍曼不动杆菌 4 酿酒酵母 1 荧光假单胞菌 2 蜡样芽孢杆菌 1 蕈状芽孢杆菌 1 棉子糖球菌 1 阴道加德纳菌 2 副流感嗜血杆菌 2 产气克雷伯菌 1 金黄色葡萄球菌 3 维隆气单胞菌 1 产碱假单胞菌 1 缓症链球菌 1 阿氏肠杆菌 1 枯草芽孢杆菌 1 斯氏假单胞菌 1 路登葡萄球菌 1 栖稻假单胞菌 1 54份样本中共检测出细菌27种，9份样本同时检出2种细菌；真菌11种，3份样本同时检出2种真菌；病毒7种，5份样本同时检出2种病毒，1份样本同时检出3种病毒。 
下载: 导出CSV
表 2 微生物培养检出的微生物种属（n）
Table 2. Pathogenic microbial species detected by microbial culture （n）
检出细菌种属 检出
例数检出真菌种属 检出
例数耐碳青霉烯铜绿假单胞菌 1 白色念珠菌 2 革兰氏阳性杆菌 1 克柔念珠菌 1 鲍曼不动杆菌 1 光滑念珠菌 3 耐碳青霉烯鲍曼不动杆菌 1 产酸克雷伯菌 1 超广谱B内酰胺酶大肠埃希菌 1 耐甲氧西林凝固酶阴性葡萄球菌 1 肠膜明串珠菌 1 超广谱B内酰胺酶 肺炎克雷伯菌 1 肺炎克雷伯 1 阴沟肠杆菌 1 46份样本中共检测出细菌9种，每一份样本均只检出1种细菌；真菌3种，1份样本同时检出2种真菌。
下载: 导出CSV
-
[1] Zheng Y,Chen Y,Yu K,et al. Fatal infections among cancer patients:A population-based study in the United States[J]. Infectious Diseases and Therapy,2021,10(2):871-895. [2] Zorina T, Styche A. Infectious diseases in cancer patients: An overview[M]. Shurin M R, ThanavalaY, Ismail N. Infection and Cancer: Bi-Directorial Interactions. Cham: Springer International Publishing, 2015: 295-311. [3] Huang G,Huang Q,Zhang G,et al. Point-prevalence surveys of hospital-acquired infections in a Chinese cancer hospital: from 2014 to 2018[J]. Journal of Infection and Public Health,2020,13(12):1981-1987. [4] Kumar A,Roberts D,Wood K E,et al. Duration of hypotension before initiation of effective antimicrobial therapy is the critical determinant of survival in human septic shock[J]. Critical Care Medicine,2006,34(6):1589-1596. [5] Petersen L M,Martin I W,Moschetti W E,et al. Third-generation sequencing in the clinical laboratory:Exploring the advantages and challenges of Nanopore sequencing[J]. Journal of Clinical Microbiology,2019,58(1):e01315-e01319. [6] Ryan R W,Louise M J,Kathryn E H. Assembling the perfect bacterial genome using Oxford Nanopore and Illumina sequencing[J]. Plos Computational Biology,2023,19(3):e1010905. [7] Gu W,Deng X,Lee M,et al. Rapid pathogen detection by metagenomic next-generation sequencing of infected body fluids[J]. Nature Medicine,2021,27(1):115-124. [8] Jain M,Olsen H E,Paten B,et al. The Oxford Nanopore MinION:Delivery of Nanopore sequencing to the genomics community[J]. Genome Biology,2016,17(1):239. [9] Wang Y,Zhao Y,Bollas A,et al. Nanopore sequencing technology,bioinformatics and applications[J]. Nature biotechnology,2021,39(11):1348-1365. [10] 刘晔,许小毛. 基于纳米孔测序技术的临床检测研究进展[J]. 中华检验医学杂志,2022,45(3):296-299. doi: 10.3760/cma.j.cn114452-20210618-00383 [11] 庄子,孟雨桐,刘润旸,等. 纳米孔测序技术及其在病原学诊断中的应用[J]. 江苏大学学报(医学版),2023,33(1):1-12. [12] 闫冬明,赵宁,赵春春,等. 纳米孔测序技术研究进展[J]. 中国媒介生物学及控制杂志,2020,31(3):380-384. doi: 10.11853/j.issn.1003.8280.2020.03.029 [13] Ciuffreda L,Rodriguez-perez H,Flores C. Nanopore sequencing and its application to the study of microbial communities[J]. Computational and Structural Biotechnology Journal,2021,19:1497-1511. [14] Markwart R,Saito H,Harder T,et al. Epidemiology and burden of sepsis acquired in hospitals and intensive care units: a systematic review and meta-analysis[J]. Intensive Care Medicine,2020,46(8):1536-1551. [15] Taylo L H,Latham S M,Woolhouse M E. Risk factors for human disease emergence[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B,Biological Sciences,2001,356(1411):983-989. [16] 吴泽刚,顾剑,郑红云,等. 纳米孔测序在血流感染中的应用[J]. 华西医学,2022,37(8):1166-1169. [17] Holland T,Fowler V G Jr,Shelburne S A III. Invasive gram-positive bacterial infection in cancer patients[J]. Clinical Infectious Diseases,2014,59(suppl_5):S331-S334. [18] 刘晔,孙高远,李贺鑫,等. 纳米孔测序技术在下呼吸道感染细菌性病原检测的临床应用[J]. 中华检验医学杂志,2021,44(4):328-334. [19] Stefan C P,Hall A T,Graham A S,et al. Comparison of Illumina and Oxford Nanopore sequencing technologies for pathogen detection from clinical matrices using molecular inversion probes[J]. The Journal of Molecular Diagnostics: JMD,2022,24(4):395-405. [20] Sheka D,Alabi N,Gordon P M K. Oxford Nanopore sequencing in clinical microbiology and infection diagnostics[J]. Briefings in Bioinformatics,2021,22(5):1-18. [21] Batovska J,Lynch S E,Rodoni B C,et al. Metagenomic arbovirus detection using MinION nanopore sequencing[J]. Journal of Virological Methods,2017,249:79-84. [22] 叶福强,李鹏,韩一芳,等. 基于纳米孔测序技术的呼吸道病原体快速确认[J]. 分子诊断与治疗杂志,2020,12(2):127-132,150. doi: 10.3969/j.issn.1674-6929.2020.02.003 -
下载:
点击查看大图
计量
- 文章访问数: 2930
- HTML全文浏览量: 1715
- PDF下载量: 15
- 被引次数: 0
