产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF）菌株特异性遗传特征揭示bft-2作为结直肠癌的候选生物标志物

《Anaerobe》：Strain-Specific Genetic Signatures of Enterotoxigenic Bacteroides fragilis (ETBF) Reveal bft-2 as a candidate Biomarker for Colorectal Cancer

本研究通过病例对照分析发现，携带bft-2亚型的产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF）与结直肠癌（CRC）显著相关（OR=6.27），其毒素基因表达量在CRC患者中上调3.2–5.1倍，表明bft-2可作为CRC潜在的诊断生物标志物，为微生物-癌症相互作用提供了新的机制见解。

　　

Abstract

Background

结直肠癌（CRC）中特定肠道微生物菌株的作用尚未被完全阐明。产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF），尤其是其毒素基因（bft）同种型，已被认为与CRC相关，但菌株特异性贡献仍需进一步探究。

Materials and Methods

本病例对照研究收集了伊朗哈马丹Shahid Beheshti医院（2023–2024年）60名CRC患者和60名匹配健康对照者的粪便样本。通过培养和16S rRNA PCR确认脆弱拟杆菌分离株。使用多重和常规PCR评估bft、fpn、nanH和leuB基因的存在。通过qRT-PCR定量基因表达，并通过REP-PCR分析遗传多样性。

Results

与对照组相比，CRC患者的ETBF携带率（任何bft）显著更高（85.0% vs. 66.7%；p=0.036，OR=2.78）。bft-2同种型在CRC病例中显著富集（55.8% vs. 16.7%；p<0.001，OR=6.27），而bft-1在对照组中占主导。包括罕见bft-3（在转移病例中始终与bft-2共存）在内的多个bft等位基因主要存在于晚期肿瘤中。辅助毒力基因fpn（31.4% vs. 17.5%；p=0.048）和nanH（56.7% vs. 26.7%；p=0.002）在CRC分离株中也更为普遍。bft、fpn和nanH的转录水平在CRC菌株中增加了3.2至5.1倍，并与肿瘤分期相关。leuB未见显著差异。肿瘤解剖位置不影响基因流行率或表达。

Conclusions

bft-2阳性脆弱拟杆菌菌株与CRC显著相关，突显bft-2作为一个有前景的候选生物标志物。需要进行纵向和机制研究以确认其诊断和预后效用。

Introduction

结直肠癌（CRC）是全球第三大常见癌症和癌症死亡的主要原因，2020年报告了近200万新病例和超过90万死亡病例1, 2。尽管遗传倾向和环境因素在结直肠肿瘤发生中的作用已明确，但越来越多的证据表明肠道微生物群的紊乱 critically 影响CRC的发生和进展(3)。

作为多样化肠道微生物环境的重要组成部分，脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）具有双重作用，既是主要的共生菌，也是潜在的机会性病原体(4)。虽然非产毒素菌株（NTBF）被认为维持肠道稳态，但其产肠毒素变体（ETBF）表达脆弱拟杆菌毒素（BFT），这是一种能够破坏上皮完整性和诱导慢性炎症的金属蛋白酶(5)。值得注意的是，ETBF在无症状个体和胃肠道疾病患者中均有检测到，但越来越多的数据表明，这种病原体与CRC的病因有关，特别是通过菌株特异性属性和宿主相互作用，其影响超出了定植本身6, 7, 8。事实上，最近的发现表明，仅仅存在ETBF不足以解释CRC的发展，因为其在CRC患者和健康对照中的流行率相当。这一观察强调了有必要仔细研究菌株异质性、毒力基因谱和宿主易感因素，以阐明微生物群-癌症轴(9)。

ETBF致病性的核心是产生BFT，这是一种含锌金属蛋白酶，分为至少三种同种型（bft-1、bft-2和bft-3），每种都表现出独特的生物活性和促炎潜力10, 11。仅携带bft基因并不能预测致癌能力；相反，同种型分布以及辅助基因（如编码fragipain的fpn、神经氨酸酶的nanH和β-异丙基苹果酸脱氢酶的leuB）的共表达似乎有助于ETBF在结肠生态位中的毒力和持久性12, 13, 14, 15。最近的研究表明，某些bft同种型（尤其是bft-2）的优势可能作为结直肠癌（CRC）风险的推定生物标志物，尽管这需要在不同人群中进一步验证。例如，fragipain（fpn）介导BFT前体的激活，而神经氨酸酶活性促进粘膜粘附和免疫逃避。最近采用先进分子和系统基因组分析的研究表明，这些基因的序列多样性可能与CRC的致病潜力、临床结果和流行病学模式相关(16-18)。然而，特定ETBF同种型、其毒力库与CRC之间的关系仍需更精确地界定，因为不同人群和研究设计的结果产生了不一致的结果。

鉴于上述情况，本研究旨在调查来自结直肠癌患者和匹配健康对照粪便样本中ETBF毒力决定因子（包括bft同种型、fpn、nanH和leuB基因）的分布。通过将分子数据与临床病理特征相结合，我们试图阐明菌株特异性因素在CRC风险中的相关性，为微生物-宿主动态提供新见解，可能为靶向诊断或治疗策略提供信息。

Section snippets

Materials & Methods

研究人群和样本收集。 这项病例对照研究招募了60名经组织学证实为结直肠肿瘤（CRC组）的成年患者和60名接受结肠镜常规筛查的年龄和性别匹配个体，所有参与者均在2023年7月至2024年5月期间于伊朗哈马丹Shahid Beheshti医院招募。对照组参与者是接受常规筛查结肠镜检查的个体，发现没有大肠腺瘤、息肉、

Results

脆弱拟杆菌和毒力基因的鉴定与分布。 共回收了120株脆弱拟杆菌分离株，与收集的粪便样本数量直接对应——60株来自结直肠癌（CRC）患者，60株来自健康对照。这表明成功从所有样本中分离和确认了脆弱拟杆菌。关键毒力基因（包括绝对数量和百分比）的流行率和统计关联见

Discussion

当前的调查旨在阐明产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF），特别是特定毒素同种型和毒力决定因子，与结直肠癌（CRC）发病率之间的关联。通过将稳健的分子分析与详细的临床病理数据相结合，我们的发现 reinforce 并扩展了越来越多的证据，表明肠道微生物失调与结直肠癌发生有关。

我们的研究结果证实，CRC患者粪便中bft基因的流行率显著更高

Conclusion

这项研究将bft-2确定为与结直肠癌相关的推定生物标志物；然而，在临床应用之前，需要通过更大规模的纵向队列和功能研究进行确认。我们的研究表明，产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF），特别是携带bft-2同种型的菌株，与结直肠癌（CRC）之间存在显著关联。bft基因（尤其是bft-2在CRC患者中的优势）的较高流行率