人工智能“验血”能检测癌症？

加州大学圣地亚哥分校的科学家训练人工智能从血液中的微生物中识别线索，不仅识别癌症，还能区分不同类型的癌症。

顶尖学术期刊《自然》今天发起了一项关于癌症诊断的重要研究。加州大学圣地亚哥分校的科学家训练人工智能从血液中的微生物中识别线索，不仅识别癌症，还能区分不同类型的癌症。该研究所评论说，新的诊断工具“可能会改变人们观察和诊断癌症的方式”。

我们知道大多数癌症目前需要手术活检进行诊断，样本取自疑似肿瘤部位，经验丰富的专家寻找一些与癌症相关的分子标记。这种方法既费时又昂贵，而且因为它是侵入性的，可能会给病人带来痛苦。

正因为如此，许多研究人员正在努力开发液体活组织检查技术，希望通过简单的血液测试快速识别特定的疾病。

大多数现有的液体活组织检查技术都以我们自己的基因组为目标，例如血液中肿瘤脱落的DNA或特定的蛋白质。在今天即将推出的新技术中，研究人员发现了另一种让我们身体中的“外来者”揭示肿瘤信息的方法。

▲血液既包含我们自己的遗传信息，也包含“外来者”的遗传信息(照片来源:皮克斯贝)

细菌、病毒和其他微生物几乎存在于世界的每一个角落，人体也不例外。事实上，驻留在人体内的微生物数量远远超过了我们自身细胞的数量，它们的核酸片段(脱氧核糖核酸或核糖核酸)在我们的血液中游走。

近年来，越来越多的研究证据已经开始表明，人类微生物对各种类型的肿瘤有“贡献”。以微生物最丰富的肠道为例，学术编辑和读者过去也介绍了许多研究。一些肠道细菌可能导致结直肠癌，也可能影响肝癌的发生，诱发白血病等。通过免疫系统。

格雷戈里·普尔正在加州大学旧金山分校医学院攻读博士学位，他和他的导师罗布·奈特教授也注意到了细菌、病毒和癌症之间的关系，并怀疑这些微生物在癌症中的作用可能比目前已知的更大。“以前的癌症研究大多假设肿瘤处于无菌环境中，忽略了人类癌细胞可能与细菌、病毒和其他生活在人体内的微生物有复杂的相互作用。”奈特教授说。

▲取一管血液来检测你是否患有癌症以及何种癌症。实现这一目标可能并不遥远(照片来源:HTTPS://www.MacIlll.af.mil/News/Photos/IgPhoto/2000056194/麦克莱尔空军基地)

结果，他们有了一个新的大胆想法:分析血液中微生物的遗传物质，他们能根据其特征模式识别体内的肿瘤吗？

研究人员的第一步是通过现有的人类肿瘤样本来识别癌症相关微生物核酸的特征。他们从国家癌症研究所的“癌症基因组图谱”数据库(TCGA)获得了大约18，000个样本，并重新检查了他们的全基因组数据(DNA序列)和全转录组数据(RNA序列)。这些样本涵盖33种癌症和超过10，000个病例，包括原发性和复发性肿瘤以及转移性和弥漫性肿瘤，包括肿瘤组织、邻近组织和血液样本。

在从数千个样本中发现独特的微生物特征后，研究人员将这项工作交给人工智能，训练机器学习模型来挖掘大量数据，并将特定的微生物序列特征与特定的癌症进行匹配。

为了避免样本收集和测序等不同步骤中可能出现的微生物污染问题，研究人员对数据集进行了严格的生物信息学过滤。此外，在从数据集中移除癌症的第3阶段和第4阶段的数据之后，发现该模型仍然可以区分许多癌症，这意味着可以在癌症的早期阶段从血液中读取特定的微生物核酸特征。

▲微生物的核酸片段可以在各种组织和肿瘤中找到，血液中核酸片段的特征可以通过人工智能来识别。

接下来，让这个人工智能模型在现实世界中进行测试。加州大学穆雷斯分校癌症中心的合作伙伴提供了100名患者的样本，包括前列腺癌、肺癌和黑色素瘤。人工智能被要求鉴定每个血浆中的微生物核酸特征，并将其与69名健康的无癌症个体的血样进行比较。

分析产生了令人满意的结果。该机器学习模型不仅能够区分癌性和非癌性样本，而且非常擅长区分不同类型的癌症:肺癌患者被识别的灵敏度为86%，没有肺部疾病的个体没有发现假阳性报告，前列腺癌和肺癌被识别的准确率为81%。

“只要使用一管血液，我们就可以完全了解肿瘤细胞的DNA和病人微生物种群的DNA。可以说，我们已经迈出了重要的一步，以更好地理解癌症中的宿主-环境相互作用。”该研究的共同负责人、肿瘤学家桑迪普·普拉文·帕特尔博士说。他认为，如果研究结果能够在未来得到检验，“它可能对癌症患者的诊断和治疗以及癌症的早期诊断产生重要影响。”

▲自然杂志也发表了评论，对该研究给予了积极评价(照片来源:Nature.com)

当然，作为一项早期的概念验证研究，将这种检测方法应用于临床还需要做大量的工作，对于微生物在人体和肿瘤微环境中的作用，我们还有许多问题需要回答。正如研究人员所说，“这只是研究血液微生物群和癌症之间相互作用的开始。”然而，随着新知识的积累，我们期待一种全新的治疗方法在我们的脚下展开。

人工智能“验血”从一个新的角度检验癌症