客户案例 | Microbiome：代谢物与菌群的相互作用或是结直肠癌潜在诊断标志物-技术前沿-资讯-生物在线

客户案例 | Microbiome：代谢物与菌群的相互作用或是结直肠癌潜在诊断标志物

作者：麦特绘谱生物科技（上海）有限公司 2022-03-25T17:44 (访问量:7265)

发表期刊：Microbiome，IF=14.65

合作单位：香港中文大学

合作项目：宏代谢组

研究介绍

肠道菌群通过微生物及其代谢物参与结直肠癌（CRC）发生发展。微生物相关代谢物在CRC中的重要性表明从腺瘤-癌顺序上研究肠道代谢组的必要性，这样才能确定其在CRC发病机制中的意义。到目前为止，哪些微生物和代谢物及如何促进CRC早期事件的发生发展仍在很大程度上不清楚。近期，香港中文大学于君教授研究团队在《Microbiome》上发表研究成果，通过代谢组学和宏基因组学（n=386）检测与分析，确定了结直肠肿瘤发生早期阶段潜在的代谢物，综合代谢物和微生物组分析表明，肠道代谢物及其与肠道菌群的关联在CRC进展过程中受到干扰。粪便代谢物可用于结直肠肿瘤非侵入性诊断。（麦特绘谱提供宏代谢组学分析）

研究思路

研究结果

1. CRC不同阶段代谢组分析：纳入386名受试者，包括118名结直肠癌（CRC）患者，140名结直肠腺瘤（CRA）患者和128名正常对照（NC）者，采用靶向代谢组学分析三组之间粪便差异代谢物。两两组对比分析显示：与NC组相比，CRC组患者丁酸含量降低；与CRC组相比，CRA组患者36种代谢产物存在显著差异；与NC组和CRA组受试者相比，L-丙氨酸、甘氨酸、L-脯氨酸、L-天冬氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-丝氨酸、肉豆蔻酸和苯基乳酸在CRC组中富集。

图1. 代谢组学数据分析和通路富集分析

2. 筛选代谢物作为CRC诊断潜在标志物：基于上述分析结果，建立逐步逻辑回归模型，选择20种代谢物作为潜在标志物，可以将NC组受试者与CRC组受试者区分开来，曲线下面积（AUC）为0.80；相同的20个标志物可以将CRC组与CRA组区分开来，AUC为0.7889；进一步分别鉴定11种标志物和13种标志物来区分NC组、CRA组与CRC组。对临床特征（年龄、性别等）校正后，诊断效能均有所提高。

3. 筛选菌群物种作为CRC诊断潜在标志物：粪便宏基因组学分析在CRC各个阶段显著改变的细菌，通过NMDS β多样性分析显示，三组之间菌群存在差异，两两组对比分析筛选出差异菌种。采用逐步逻辑回归模型寻找具有潜在的诊断价值的细菌物种，结果发现，Fusobacterium nucleatum、Peptostreptococcus anaerobius、Parvimonas micra、 Roseburia inulinivorans、Eikenella corrodens和Xanthomonas perforans可以将CRC组与NC组区分开来，AUC为0.905；CRA组与NC组可以被14种细菌区分开来，AUC为0.8408；包括 F. nucleatum在内的6种细菌可以区分CRC组与CRA组，AUC为0.9071。

图2. 宏基因组学分析与诊断分析

4. 综合菌群与代谢物进行潜在诊断标志物分析：通过逐步逻辑分析，11种代谢物标志物与6种细菌标志物可以区分NC组与CRC组，AUC达到0.9417，而仅使用代谢物的AUC为0.905。进一步选择几种代谢物与几种细菌进行诊断分析，结果表明细菌提高了代谢物的诊断能力。

图3. 用于区分成对的CRC组、CRA组和NC组的细菌和代谢物标志物的组合

5. 差异代谢物与差异细菌之间的相互作用：采用ZINB回归进行关联分析，在CRC整个阶段菌群-代谢相互作用分布显著不同。此外，一些相互作用随着CRC进展呈增加或减少趋势，而一些相互作用则从负相关转变为正相关。比如，CRC组与NC组中筛选到的6种细菌物种，其中P. anaerobius与甘氨酸显著相关，且随着CRC进展而增加，而P. anaerobius与肉豆蔻酸之间的相关性会随着CRC进展而降低。P. micra与亚油酸和L-缬氨酸显著相关，并且相关性都遵循从NC组-CRA组-CRC组的下降趋势。因此，肠道代谢物和细菌之间存在显著相关性，而这些相关性会随着CRC进展发生变化。

参考文献

Altered gut metabolites and microbiota interactions are implicated in colorectal carcinogenesis and can be non-invasive diagnostic biomarkers. Microbiome. 2022.

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