揭示人群中结直肠癌粪便样本中古细菌的改变,可作为诊断生物标志物

古细菌是宿主微生物组的重要组成部分,但它们在结直肠癌(CRC)中的作用仍不清楚。

2024年10月25日,香港中文大学于君团队在Gastroenterology(IF=25.7)在线发表题为”Multi-cohort analysis reveals altered archaea in colorectal cancer fecal samples across populations“的研究论文,该研究利用多队列分析揭示了人群中结直肠癌粪便样本中古细菌的改变。

整体古菌α多样性从HC、腺瘤患者转移到CRC患者,甲烷菌门丰富,而甲烷菌门减少。Methanobrevibacter_A smithii和Methanobrevibacter_A sp002496065在多个队列的结直肠癌患者中有富集,而包括Methanosphaera stadtmanae和methanomassiliicoccus_A ninteinalis在内。其中,M. stadmanae、Methanobrevibacter_A sp900314695和Methanocorpusculum sp001940805在HC-腺瘤-CRC序列中表现出递进性降低。贫CRC产甲烷古菌与产丁酸菌表现出增强的共发生相互作用。与此一致,产甲烷相关基因和途径在结直肠癌患者中富集。结合古细菌和细菌生物标志物的模型在区分CRC患者和健康个体方面优于单一王国模型,在队列分析中AUC范围为0.744至0.931。这项多队列分析揭示了健康个体、腺瘤患者和结直肠癌患者肠道古菌及其与细菌相互作用的显著变化。古细菌生物标志物结合细菌特征,有可能成为结直肠癌的非侵入性诊断生物标志物。

结直肠癌(CRC)是最常见的癌症之一,在全球发病率和死亡率方面排名第三。肠道微生物群的失调,以致病性微生物的富集和保护性微生物的耗竭为特征,已在结肠肿瘤发生中得到广泛认可。然而,尽管作为肠道微生物组的稳定组成部分,古生菌在探索CRC宿主相关微生物群落的研究中经常被忽视。古细菌具有不同于细菌和真核生物的特性,包括独特的鞭毛蛋白和细胞壁中缺乏肽聚糖和脂多糖。尽管与细菌相比,肠道中古细菌的丰度相对较低,但古细菌对宿主肠道微环境的稳态至关重要。它们参与甲烷生成、碳水化合物代谢、三甲胺(TMA)代谢和免疫调节。在粪便和结肠活检样本中均检测到结直肠癌中产甲烷古菌的改变。

古生菌分布在多个队列和分析工作流程的概述(图源自Gastroenterology )由于在人类肠道中分离和培养古细菌存在困难,因此建议采用散弹枪宏基因组测序来全面分析肠道古细菌,并表征它们在胃肠道疾病中的潜在作用。先前关于肠道古菌对CRC的贡献的研究受到队列规模小和古菌数据库不完整的限制。一项研究进行了大样本量的多领域肠道微生物组分析,以了解古生菌在结直肠癌中的分布。然而,细菌和古细菌之间的相互作用以及健康对照-腺瘤-CRC序列中古细菌组成和功能的改变仍有待全面破译。在这项研究中,作者进行了一项多队列分析,包括10个已发表的队列(n=2005)和一个内部队列(n=419),以深入了解古细菌与CRC的关系。研究人员观察到,在不同的队列中,古细菌沿着健康对照(HC)- 4腺瘤-CRC序列转移,α多样性减少,产甲烷古细菌丰富,潜在的古细菌益生菌减少。该研究结果强调了结合古细菌和细菌特征的通用生物标志物面板在区分结直肠癌患者和健康个体方面的诊断潜力。

原文链接:https://www.gastrojournal.org/article/S0016-5085(24)05596-3/fulltext