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Nature Medicine:肠道宏基因组学及代谢组学标志物或可用于结直肠癌早期诊断
时间:2019年06月26日 来源:测序中国 作者:测序中国
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在大多数散发性结直肠癌病例中,肿瘤的发生是一个多阶段的过程,包括基因组的改变和形态学的改变。近年来,越来越多的证据显示,人类肠道微生物组与结直肠癌的发生具有一定的关联,越来越多的科学研究试图从粪便中分析肠道菌群的特点,获知有关肠道微生物与结直肠癌的线索。今年4月,两个跨国科学团队在Nature Medicine期刊同期发表两篇文章,分别从近千份人类粪便样品中找出了可以用于预测结直肠癌的肠道菌群特征。研究团队发现,尽管两项研究的数据来自不同国家、环境及饮食习惯的人群,但肠道微生物组在结直肠癌发生时有着一致的特异性变化。

近日,来自日本大阪大学的研究团队通过大规模粪便样本宏基因组和代谢组学分析,揭示了结直肠癌不同阶段肠道微生物组的具体变化,并发现特定肠道微生物的增加可能与结肠直肠癌相关恶性肿瘤密切相关,如粘膜内癌和息肉样腺瘤。此外,研究结果还显示,这些特定的宏基因组和代谢组学标志物可以帮助区分结直肠癌病例和健康样本。大队列多组学数据进一步表明,微生物组和代谢组的变化发生于结直肠癌发展的早期阶段,或具有重要的病因和诊断意义。相关研究于6月7日发表于Nature Medicine期刊,论文题为“Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer”。

图1. 结直肠癌发展过程中主要的微生物和代谢组学改变

“我们认为,结直肠癌从根本上不仅是一种遗传性疾病,也是一种微生物疾病,”论文通讯作者Shinichi Yachida表示,“我们的研究结果表明,肠道微生物组的变化存在于结直肠癌发展的早期阶段,这可能为该疾病提供重要的诊断和致病线索。”

具体而言,研究人员对616名接受结肠镜检查的大样本人群进行了粪便宏基因组和代谢组学研究,以评估肠道微生物组和代谢产物的分类和功能特征。研究人员发现,在多发性息肉样腺瘤和粘膜内癌的病例中,除了更晚期的病变外,微生物组和代谢组变化也很明显,并发现了两种截然不同的微生物组升高模式。首先,具核梭杆菌属(Fusobacterium nucleatum spp.)的相对丰度在粘膜内癌中至晚期持续显著升高(P< 0.005)。其次,在多发性息肉样腺瘤和/或粘膜内癌中,极小阿托波氏菌(Atopobium parvulum)和龋齿放线菌(Actinomyces odontolyticus)显著增加(P< 0.005)。代谢组学分析显示,粘膜内癌支链氨基酸和苯丙氨酸显著升高(P< 0.005),而包括脱氧胆酸在内的胆汁酸在多发性息肉样腺瘤和/或粘膜内癌中显著升高(P< 0.005)。此外,研究人员最后确定了用于区分粘膜内癌和健康对照组的宏基因组和代谢组学标记物。

图2. 癌症不同阶段的特异性分类学特征

图3. 肿瘤早期阶段代谢组变化

“我们的研究结果显示,结肠直肠癌与肠道微生物组中某些因素的增加以及癌症相关生物有关,”论文共同通讯作者Takuji Yamada说到,“未来的研究将聚焦于探索个体结直肠癌患者的肠道微生物组与肿瘤特征之间的关系。这将有助于我们了解微生物组在结直肠癌发展中的作用。

根据国家癌症中心最新发布的全国癌症统计数据,结直肠癌已是我国第三高发恶性肿瘤。随着人们生活方式尤其是饮食结构的改变,近年来我国结直肠癌的发病率有逐年增多的趋势。但结直肠癌从癌前病变(腺瘤)发展到恶性病灶有一个较长的过程,是少数能通过筛查做到早发现、早治疗的恶性肿瘤之一。如果在以上几项研究的基础上,未来通过粪便样品检查肠道微生物学特征就可以预测结直肠癌的发生,那么既可以减少肠镜筛查时的痛苦,也有望获得早发现、早治疗的机会。

这项最新研究为结直肠癌的发生、预防、筛查提供了新的视角。我们也期待,未来全世界科学家能够利用肠道微生物标志物,开发出新型、侵入性更低的诊断或筛查技术,造福人类健康。