基于2000重免疫蛋白质组筛查鉴定结直肠癌前病变的高精度粪便生物标志物

为解决结直肠癌（CRC）早期检测难题，研究人员通过2000重抗体微阵列（L2000）筛查粪便蛋白质组，鉴定出MMP-8、MMP-9、血红蛋白(Hb)、PGRP-S、结合珠蛋白(Hp)和纤维蛋白原(Fibrinogen)等关键生物标志物。这些标志物在区分CRC/晚期腺瘤/健康人群时AUC达0.91-0.95，性能优于现有标准，为无创筛查提供新策略。

　　

结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）作为全球第三大常见癌症和第二大癌症死因，其早期检测对降低死亡率至关重要。虽然结肠镜检查被视为金标准，但其侵入性、高成本（每次超过2000美元）和千分之一的穿孔风险限制了普及率。粪便潜血测试（FOBT）和粪便免疫化学测试（FIT）虽简便易行，但存在灵敏度低（FIT对晚期腺瘤仅23.8%）、假阳性率高以及需饮食限制等缺陷。更先进的FIT-DNA检测（如Cologuard?）虽灵敏度提升，但特异性下降且成本高昂。因此，开发高精度、非侵入性的粪便生物标志物成为迫切的临床需求。

本研究通过2000重抗体微阵列（L2000）对粪便蛋白质组进行大规模筛查，旨在鉴定可区分CRC、晚期腺瘤和健康对照的新型生物标志物，并评估其诊断性能。研究成果发表于《Molecular》期刊，为CRC早期筛查提供了突破性解决方案。

研究采用多项关键技术：首先，利用抗体微阵列（L2000平台）对2000种蛋白质进行高通量筛查；其次，通过酶联免疫吸附测定（ELISA）在多个独立队列（包括梅奥诊所的Cohort II、高加索人群Cohort III和印度人群Cohort IV）中进行验证；最后，结合生物信息学分析（如基因本体论GO、KEGG通路、蛋白质相互作用网络）和机器学习算法（LASSO回归、随机森林）筛选关键标志物并评估诊断效能。所有粪便样本均经标准化提取流程处理，确保数据可靠性。

2000重抗体微阵列筛查CRC粪便

研究人员首先对Cohort I（12例CRC vs 12例健康对照）的粪便样本进行L2000筛查。在2000种蛋白质中，116种在CRC中差异表达（p<0.05），其中45种表达升高超过2倍。基因本体分析显示，这些蛋白质富集于抗氧化活性、整合素/受体结合、细胞因子、血液凝固和脂蛋白生物合成等通路。蛋白质相互作用网络揭示了止血、胰岛素样生长因子（IGF）调控和血小板脱颗粒等关键过程。转录因子NFIC和信号分子IKZF2被鉴定为CRC中过度表达级联的关键调控因子。

基于阵列的CRC粪便蛋白质筛查

火山图可视化显示45种蛋白质在CRC中显著上调（p<0.05，FC>2）。主成分分析（PCA）表明前两个成分可解释72.4%的方差。随机森林分析将CA1、结合珠蛋白、PGRP-S等列为区分CRC与健康对照的前10位标志物。热图和聚类分析进一步验证了这些蛋白质的表达模式。值得注意的是，7种蛋白质（如GSTP1、NOTCH-2）在CRC中下调，但因缺乏共同通路未深入探讨。

ELISA验证CRC中升高的粪便蛋白质

基于筛查结果，37种蛋白质被选用于ELISA验证。在Cohort II（40例CRC、15例晚期腺瘤、23例健康对照）中，27种蛋白质验证成功，其中26种在CRC中显著升高。10种蛋白质（如YKL-40、纤维蛋白原、MMP-8）呈现从健康对照到腺瘤再到CRC的渐进升高趋势。ROC分析显示，MMP-8（AUC=0.95）、MMP-9（AUC=0.92）、血红蛋白（AUC=0.92）、PGRP-S（AUC=0.92）和结合珠蛋白（AUC=0.91）对区分CRC与健康对照性能最佳。对于晚期腺瘤与健康对照的区分，纤维蛋白原（AUC=0.86）、MMP-9（AUC=0.8）、血红蛋白（AUC=0.8）、MMP-8（AUC=0.79）和PGRP-S（AUC=0.78）位列前五。

多标志物组合的识别

为提升诊断性能，研究采用LASSO回归构建多标志物组合。在调整年龄和性别后，区分CRC与健康对照的最佳组合为MMP-8、血红蛋白、Serpin A4（Kallistatin）、纤维蛋白原和Properdin（AUC=0.97）。区分晚期腺瘤与健康对照的组合为血红蛋白、纤维蛋白原、MMP-8、Properdin和PGRP-S（AUC=0.81）。这些组合显著优于单一标志物。

其他患者队列的ELISA验证

在Cohort III（高加索人群）和Cohort IV（印度人群）中，17种领先标志物进一步验证。MMP-8、MMP-9、血红蛋白、PGRP-S和结合珠蛋白在所有队列中均显著升高，表明其跨种族稳定性。髓过氧化物酶（MPO）和纤维蛋白原在特定队列中表现突出。

讨论与结论

本研究通过迄今最大规模的粪便蛋白质组筛查，鉴定出一系列高精度CRC生物标志物。关键发现包括：MMP-8和MMP-9作为诊断CRC的敏感标志物（AUC>0.90），纤维蛋白原对晚期腺瘤检测具有高灵敏度（93%）。这些标志物涉及抗氧化、凝血和炎症通路，与CRC病理机制紧密相关。NFIC和IKZF2作为新型调控因子，为机制研究提供新方向。

与现有技术（FOBT AUC 0.77-0.87，FIT AUC 0.93）相比，这些标志物不仅性能相当或更优，还能有效检测晚期腺瘤——现有技术的薄弱环节。粪便检测的非侵入性、易操作性和低成本优势，使其适用于大规模筛查和家庭检测，有望显著提升早期诊断率和患者依从性。

研究局限性包括样本量较小和缺乏前瞻性验证，未来需在非洲裔等高风险人群和纵向队列中进一步验证。尽管如此，本研究为CRC筛查提供了革命性工具，标志着液体活检向精准医疗迈出重要一步。