Facteurs microbiens et épidémiologiques dans la détection précoce du carcinome épidermoïde de l’œsophage et des lésions précancéreuses
Le cancer de l’œsophage (CO) est un problème de santé mondial majeur, se classant au neuvième rang en termes de morbidité liée au cancer et au cinquième rang en termes de mortalité dans le monde. Parmi ses sous-types, le carcinome épidermoïde de l’œsophage (CÉO) est la forme prédominante en Chine. La détection et le diagnostic précoces sont essentiels pour réduire la morbidité et la mortalité associées au CÉO. Bien que le dépistage par endoscopie se soit avéré efficace dans les populations à haut risque, son application généralisée dans des populations naturelles plus larges reste difficile. Avec les avancées des technologies de séquençage à haut débit, l’étude du microbiote est devenue un domaine prometteur pour l’identification de nouveaux biomarqueurs pour le dépistage primaire du CÉO. Cette étude explore les facteurs microbiens et épidémiologiques associés à la progression du CÉO, en se concentrant sur des échantillons appariés de biopsies et de frottis œsophagiens, et développe des modèles de stratification des risques pour les populations à haut risque.
L’étude a été menée dans le cadre du projet national de dépistage du CO en Chine. Elle a inclus 234 participants de Linzhou, dans la province du Henan, dont 70 individus sains, 69 atteints d’œsophagite, 70 avec une néoplasie intraépithéliale de bas grade (NIBG), 18 avec une néoplasie intraépithéliale de haut grade (NIHG) et sept avec un CÉO. Des enquêteurs épidémiologiques formés ont recueilli des informations de base sur les habitudes alimentaires, le mode de vie et la santé bucco-dentaire. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé, et l’étude a été approuvée par le comité d’éthique de l’hôpital du cancer de l’Académie chinoise des sciences médicales.
Des échantillons appariés de frottis et de biopsies œsophagiens ont été prélevés chez chaque participant. Les échantillons de frottis ont été obtenus à l’aide d’une brosse stérile, avec cinq passages effectués au niveau du site de la lésion ou au milieu de l’œsophage si aucune lésion n’était présente. La tête de la brosse a été coupée et placée dans un tube stérile contenant un liquide de préservation cellulaire. Les échantillons de biopsies ont été macrodisséqués à partir du site de brossage et placés dans des tubes stériles. Tous les échantillons ont été immédiatement stockés à −80℃ et transportés au laboratoire sur de la glace carbonique.
L’ADN bactérien a été extrait à l’aide du kit PowerSoil DNA Isolation et stocké dans une solution tampon Tris-EDTA à −80℃. La région V4 du gène de l’ARN ribosomal 16S (ARNr) a été amplifiée à l’aide d’amorces universelles pour les bactéries. Les mélanges de réaction en chaîne par polymérase (PCR) comprenaient des amorces avant et arrière, de l’ADN modèle, des désoxyribonucléosides triphosphates (dNTPs), un tampon EasyPfu, une polymérase EasyPfu et de l’eau distillée double. Le cyclage thermique de la PCR impliquait des étapes de dénaturation, d’hybridation et d’extension. Les amplicons ont été quantifiés à l’aide du kit Qubit double-stranded DNA (dsDNA) HS, et les bibliothèques ont été séquencées sur la plateforme Illumina MiniSeq. Les séquences brutes ont été traitées pour le contrôle de qualité et la construction de tableaux de caractéristiques à l’aide de l’algorithme DADA2. L’assignation taxonomique a été déterminée à l’aide d’un classificateur Naive Bayes pré-entraîné via le plugin q2-feature-classifier. Pour éviter les biais liés à la profondeur d’échantillonnage, 1000 lectures ont été sélectionnées aléatoirement dans chaque échantillon pour calculer l’abondance relative des taxons.
L’étude a identifié des genres indicateurs associés à la progression du CÉO basés sur des différences statistiques entre ou parmi les groupes normaux, œsophagite, NIBG, NIHG et CÉO. Quatre exigences de détection ont été incluses : (A) distinguer les groupes normaux, œsophagite, NIBG, NIHG et CÉO ; (B) distinguer les groupes normaux, œsophagite, NIBG et NIHG et plus ; (C) distinguer les groupes normaux/œsophagite, NIBG et NIHG et plus ; et (D) distinguer les groupes normaux/œsophagite et NIBG et plus.
Les analyses statistiques comprenaient des tests du chi-carré, des tests exacts de Fisher, des tests de Wilcoxon et des tests de Kruskal-Wallis. Des corrections de Bonferroni ont été appliquées pour les tests multiples. Des modèles de stratification des risques ont été développés à l’aide de régressions logistiques multinomiales, et des courbes ROC (Receiver Operating Characteristic) avec l’aire sous la courbe (AUC) ont été tracées. Une validation interne a été réalisée par validation croisée à dix plis, et l’erreur quadratique moyenne normalisée (NMSE) a été calculée.
Des différences significatives ont été observées dans l’âge, le niveau d’éducation, la santé bucco-dentaire (saignements gingivaux) et les habitudes alimentaires (eau potable, viande, aliments frits et oignon, gingembre ou ail) parmi les groupes de participants. La diversité alpha du microbiote œsophagien a été influencée par le niveau d’éducation, le nombre de parents atteints de cancer, la perte de dents, les saignements gingivaux, l’eau potable, les légumes, les aliments épicés et les aliments salés.
Dans les échantillons de biopsies, 37 genres indicateurs associés à la progression du CÉO ont été identifiés. Fusobacterium et Bergeyella ont montré une abondance relative moyenne (ARA%) significativement plus élevée dans le groupe CÉO par rapport au groupe normal. Neisseria et Oribacterium étaient significativement différents entre les groupes précancéreux (NIBG et NIHG) et le groupe normal. Sphingomonas était le seul genre présentant des différences significatives entre le groupe normal et les autres groupes et parmi les cinq groupes. Dans les échantillons de frottis, 16 genres indicateurs ont montré une tendance à l’augmentation du groupe normal, œsophagite, NIBG, NIHG au CÉO. Capnocytophaga, Aggregatibacter, Bergeyella, Streptococcus et Megasphaera étaient statistiquement différents entre les groupes normaux et CÉO. Fretibacterium, Filifactor et Solobacterium étaient notables entre les groupes normaux et NIBG et plus. Bergeyella a montré une ARA% statistiquement plus élevée dans le groupe CÉO sur la base des échantillons de frottis et de biopsies. Ralstonia était dominant dans le groupe normal.
Quatorze genres indicateurs identiques ont été observés entre les échantillons de biopsies et de frottis. Haemophilus, Neisseria, Fusobacterium, Aggregatibacter, Bergeyella et Alysiella ont augmenté du groupe normal, œsophagite, NIBG, NIHG au CÉO. Streptococcus, Actinomyces, Rikenellaceae RC9 gut group, Oribacterium, Filifactor et Novosphingobium ont diminué du groupe normal, œsophagite, NIBG, NIHG au CÉO. Neisseria, Rikenellaceae RC9 gut group, Oribacterium, Novosphingobium et Alysiella ont montré des différences significatives entre les échantillons de biopsies et de frottis dans au moins un groupe de participants.
Des modèles de stratification des risques ont été développés en utilisant les groupes normaux, œsophagite, NIBG, NIHG et CÉO comme variables dépendantes. La précision du modèle incluant sept facteurs épidémiologiques significatifs était de 54,26%, supérieure à celle du modèle incluant huit facteurs épidémiologiques significatifs liés à la diversité alpha (37,23%). Huit genres indicateurs ont été inclus dans le modèle de stratification des risques des cinq groupes, avec une précision de 41,49%. La combinaison de chaque genre indicateur avec sept facteurs épidémiologiques significatifs a donné des précisions allant de 54,26% à 60,64%.
Des combinaisons flexibles des huit genres indicateurs et des sept facteurs épidémiologiques significatifs ont été utilisées pour développer des modèles de stratification des risques pour chaque exigence de détection. Les précisions les plus élevées étaient de 68,09% (model_1-ajout de la perte de dents, AUC = 0,87), 68,09% (model_6-ajout de la perte de dents, AUC = 0,84), 73,40% (model_7-ajout de la perte de dents, AUC = 0,88) et 84,04% (model_12-ajout de la perte de dents, AUC = 0,90). La validation croisée à dix plis a donné des valeurs NMSE de 0,77, 0,89, 0,83 et 0,92 pour les modèles respectifs.
Des études précédentes ont mis en évidence l’association de différents genres avec le CÉO et le rôle de la mauvaise santé bucco-dentaire dans la progression du microbiote et du CÉO. La perte de dents et les maladies parodontales sont des facteurs quantitatifs associés à une mauvaise santé bucco-dentaire. Cette étude a simulé diverses exigences de détection pour le dépistage primaire du CÉO, avec « Groupe A » comme modèle idéal, malgré les limitations dues aux tailles d’échantillon déséquilibrées. « Groupe D » était rationnel pour le suivi et le traitement des individus avec NIBG ou NIHG et plus. « Groupe B » et « Groupe C » étaient des méthodes de compromis pour répondre aux coûts de dépistage, au personnel médical et aux limitations des équipements. Les échantillons buccaux, tels que la plaque dentaire et la salive, peuvent être des alternatives préférables pour la détection précoce du CÉO, mais des études supplémentaires avec des échantillons plus larges et multicentriques sont nécessaires.
Cette étude exploratoire présente des limitations, notamment sa conception basée sur une population naturelle, des modes de vie similaires parmi les participants du même comté, et l’impossibilité de valider les échantillons buccaux et œsophagiens des mêmes participants sans collecter d’échantillons buccaux.
En conclusion, l’étude démontre la faisabilité de combiner des facteurs microbiens et épidémiologiques pour différencier le CÉO et les lésions précancéreuses des groupes normaux et œsophagite. Bien que la collecte d’échantillons œsophagiens soit difficile, les échantillons buccaux offrent une alternative plus accessible. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour optimiser et améliorer les résultats pour le dépistage primaire du CÉO et des lésions précancéreuses en utilisant des biomarqueurs microbiens.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002275