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肠道菌群 | 非“浅尝辄止”者所能达到的境界(下)

接上一期肠道菌群研究,今天小编继续为大家分析“高产”的港中大于君团队是如何一步一步展开的。

单种细菌(口炎消化链球菌)的促癌作用

实验设计如下:

比对了在大肠癌患者的黏膜和粪便中显著升高的细菌,目前相对比较明确揪出的肿瘤驱动菌是具核梭杆菌、口炎消化链球菌和微单孢菌。

口炎消化链球菌是于君团队发现的,它是在腺瘤的时候已经出现了显著地升高,所以说有可能是一个早期的驱动菌。

 至此,于君教授认为可以得出结论— 菌群失调在大肠癌的发生发展过程中起着非常重要的作用,它们是相辅相成的、互相推动、会互相推波助澜,一起来促进大肠癌的发生和发展。

肠道菌群改变用于肠癌诊断

研究一 :对粪便梭菌属进行定量可改善粪便免疫化学测试以检测高危结直肠腺瘤。

通过宏基因组测序就可以有效地区分大肠癌和健康人群。而利用四种在腺瘤和大肠癌患者中丰度高的细菌,特别是具核梭杆菌,可以有效地筛查出大肠癌。在大肠癌1、2和3期,单一的具核梭杆菌检测的敏感性和特异性都比大便潜血试验要好。

研究二、 特定微生物菌血症与后续结直肠癌诊断之间的关联

① 一项香港的回顾性研究,纳入了13096名患菌血症时未诊断出癌症的患者,与32857匹配的非菌血症患者进行对比;

② 菌血症患者中后续结直肠癌(CRC)发生率高于非菌血症患者;

③ 脆弱拟杆菌、解没食子酸链球菌、具核梭杆菌、腐败梭菌、产气荚膜梭菌、麻疹孪生球菌和某些消化链球菌等CRC相关细菌的菌血症,后续CRC风险大幅升高;

④ 这些细菌与非CRC癌症无关,其它细菌则不影响CRC发生率;

⑤ 大部分CRC相关细菌的菌血症后一年内是CRC诊断的高危期。

研究三、 肠道病毒组特征或可用于大肠癌诊断和预后评估

① 共184名CRC患者,197个腺瘤患者,204个健康对照,粪便宏基因组测序;

② 分析74例结直肠癌(CRC)患者和92例对照个体的粪便样本的病毒组;

② CRC患者的肠道噬菌体多样性显著上升, 22个病毒属可作为区分CRC和对照的标志物(AUROC=0.802),并用另外3个队列数据进行验证;

③ 肠道病毒组特征可区分早期和晚期CRC,4个标志物与患者生存率降低相关,独立于肿瘤阶段、淋巴结转移等临床病理指标;

④ CRC患者粪便样本中,噬菌体与口腔共生细菌间的互作发生改变;

⑤与CRC相关的肠道病毒组特征,或可用于CRC诊断和预后预测。

研究四 、大肠癌中肠道真菌失调,有望用于诊断

① 共184名CRC患者,197个腺瘤患者,204个健康对照,粪便宏基因组测序

② 发现队列:分析73了例结直肠癌(CRC)+92例对照个体的粪便宏基因组,发现CRC与肠道真菌组成相关;

②  CRC肠道真菌失调,担子菌门/子囊菌门比值升高,马拉色菌纲增多、酵母菌纲和肺孢子菌纲减少,6个属富集,38个种丰度改变;

③ 用14个真菌生物标志物丰度可较准确地区分CRC和对照,AUC达0.93,在中国和欧洲两个独立验证队列中AUC分别为0.82和0.74;

④ CRC中真菌内部的共现关联和细菌-真菌的互斥关联均增加,变形菌门与子囊菌门的正向互作在CRC中变为互斥。

综上,我们不难看出,于君教授团队关于肠道菌群与肠癌(CRC)的研究,从微生物种类(细菌、真菌、病毒),研究手段(qPCR, 16S rRNA, 宏基因组测序,RNA-Seq等),样本类型(粪便、组织、血液),可以说是把肠菌群研究所能用到的方法几乎做遍了。

这里我们还可能还注意到,对肠道病毒、肠道真菌的研究中,样本量明显较之间细菌增多,主要是由于肠道中病毒、真菌含量较低,只有通过大样本量宏基因测序才能发现这些差异。

通过对于君教授团队关于肠道菌群与肠癌(CRC)的研究总结,您是否也觉得这些方法同样适用于自己领域的研究呢?

参考文献

1. Yu J, Feng Q, Wong SH, Zhang D, Liang Q, et al. Metagenomic analysis of faecal microbiome as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for colorectal cancer. Gut 2017;66:70–78.

2. Dai, Z., Coker, O. O., Nakatsu, G., Wu, W. K. K., Zhao, L., Chen, Z., … Wong, S. H. (2018). Multi-cohort analysis of colorectal cancer metagenome identified altered bacteria across populations and universal bacterial markers. Mbio, 6(1), 70.

3. Nakatsu, G., Li, X., Zhou, H., Sheng, J., Wong, S. H., Wu, W. K. K., … Zhang, N. (2015). Gut mucosal microbiome across stages of colorectal carcinogenesis. Nature Communications, 6(1), 8727–8727.

4. Wong, S. H., Zhao, L., Zhang, X., Nakatsu, G., Han, J., Xu, W., … Wu, W. K. K. (2017). Gavage of Fecal Samples From Patients With Colorectal Cancer Promotes Intestinal Carcinogenesis in Germ-Free and Conventional Mice. Gastroenterology, 153(6).

5. Tsoi, H., Chu, E. S. H., Zhang, X., Sheng, J., Nakatsu, G., Ng, S. C., … Yu, J. (2017). Peptostreptococcus anaerobius Induces Intracellular Cholesterol Biosynthesis in Colon Cells to Induce Proliferation and Causes Dysplasia in Mice. Gastroenterology, 152(6), 1419–1433. 

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8. Nakatsu, G., Zhou, H., Wu, W. K. K., Wong, S. H., Coker, O. O., Dai, Z., … Lam, T. Y.-T. (2018). Alterations in Enteric Virome Associate With Colorectal Cancer and Survival Outcomes. Gastroenterology, 155(2).

9. Coker, O. O., Nakatsu, G., Dai, R. Z., Wu, W. K. K., Wong, S. H., Ng, S. C., … Yu, J. (2019). Enteric fungal microbiota dysbiosis and ecological alterations in colorectal cancer. Gut, 68(4), 654–662..

10. 肠·道 | 于君:18分钟讲透大肠癌和细菌的5大知识!

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