结直肠癌及癌前息肉患者肠道微生物群组成特征与健康对照的对比研究

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Bratislava Medical Journal 1.5

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  为探究肠道微生物组在结直肠癌(CRC)多阶段进展中的作用,研究人员对比健康个体、癌前息肉(腺瘤)及癌性肿瘤(癌)患者的肠道细菌组成。利用 Illumina MiSeq 平台分析发现,肿瘤相关微生物群多样性增加,特定菌属如 Akkermansia、Porphyromonas 等富集,健康组 Microvirga 丰度更高,为 CRC 诊疗提供新方向。

  
结直肠癌(colorectal cancer, CRC)作为全球主要癌症死亡原因之一,其发病机制与肠道微生态的关系一直是研究热点。尽管早期诊断和治疗手段不断进步,但 CRC 的高发病率和死亡率仍困扰着欧美等地区,例如匈牙利和挪威的男女发病率均居前列。近年来,越来越多研究表明,肠道微生物群的失衡可能在 CRC 从正常黏膜到腺瘤、再到癌的多阶段进展中扮演关键角色,但不同阶段微生物组成的具体差异及潜在机制尚不完全明确。为填补这一空白,斯洛伐克科学院生物医学研究中心(Department of Genetics, Cancer Research Institute, Biomedical Research Center of Slovak Academy of Sciences)等机构的研究人员开展了一项对比研究,旨在揭示肠道微生物群在 CRC 发生发展中的动态变化,该研究成果发表在《Bratislava Medical Journal》。

研究人员从斯洛伐克布拉迪斯拉发国家癌症研究所招募了 27 名受试者,包括 10 名健康对照、11 名腺瘤患者和 6 名 CRC 患者,收集结肠黏膜活检样本。主要采用以下技术方法:①通过 Illumina MiSeq 平台对样本的 16S rRNA 基因 V3-V4 区域进行高通量测序;②利用 Micca 流程进行序列数据处理,包括引物修剪、质量过滤和操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)聚类;③借助 Microbiome Analyst 平台进行多样性分析(α 多样性和 β 多样性)、差异丰度分析(EdgeR 算法)和线性判别分析(LEfSe)等统计分析。

3.1 高通量测序结果


对 42 份样本的 16S rRNA 基因测序共获得 1,261,639 条高质量序列,平均每个样本 30,771 条 reads。α 多样性分析显示,CRC 组的 Chao1 指数(216.65)显著高于腺瘤组(180.07)和健康组(176.41),表明肿瘤组织微生物多样性更高。β 多样性分析通过主坐标分析(principal coordinate analysis, PCoA)和非度量多维尺度分析(nonmetric multidimensional scaling, NMDS)发现,三组的肠道微生物组成存在显著差异,其中 CRC 组与健康组差异最为显著。

3.2 组织微生物群结构组成


在门水平上,三组样本中最丰富的 phyla 为厚壁菌门(Firmicutes,38.4%)、拟杆菌门(Bacteroidetes,33.3%)和变形菌门(Proteobacteria,22.7%)。疣微菌门(Verrucomicrobia)在 CRC 组中的相对丰度显著高于健康组(p<0.05),而协同菌门(Synergistetes)在 CRC 组中也有显著差异。属水平分析显示,CRC 组中 Akkermansia、Porphyromonas、Prevotella 等菌属丰度显著增加,而健康组的 Microvirga 属丰度更高。此外,腺瘤组与健康组相比,Anaerostipes 和 Prevotella 属丰度显著升高。通过 LEfSe 分析进一步筛选出各组差异显著的生物标志物,如 CRC 组的 Akkermansia 和 Porphyromonas,健康组的 Microvirga。

研究结果表明,肠道微生物群组成在 CRC 不同阶段存在显著差异:CRC 患者的微生物多样性更高,且疣微菌门中的 Akkermansia 属、拟杆菌门中的 Porphyromonas 和 Prevotella 属等与肿瘤进展密切相关;而健康个体中 Microvirga 属等益生菌的丰度更高,可能具有抗肿瘤作用。此外,腺瘤阶段已出现部分菌属的异常富集,提示微生物群改变可能在 CRC 癌前病变阶段就已发生。

讨论部分指出,本研究观察到的 CRC 组织微生物多样性增加与部分既往研究结果不同,可能与肿瘤微环境的营养丰富性或菌群失调的过渡状态有关。Akkermansia 属通过降解黏膜促进肠道炎症,Porphyromonas 属则与慢性炎症和肿瘤微环境形成相关,而 Microvirga 属可能通过 DNA 修复途径发挥保护作用。尽管相邻组织与肿瘤组织的微生物组成差异不显著,但 CRC 组织中埃希氏菌 / 志贺氏菌(Escherichia/Shigella)的富集与邻近组织中拟杆菌(Bacteroides)的优势形成对比,提示不同部位微生物的功能差异。

该研究首次系统对比了健康对照、腺瘤和 CRC 患者的肠道黏膜相关微生物群,为 CRC 的早期预警和微生物干预提供了新靶点,例如通过调节 Akkermansia 或 Microvirga 属丰度可能阻断或延缓 CRC 进展。然而,研究样本量较小,且仅分析了黏膜组织而非粪便样本,未来需更大队列和多组学研究进一步验证。总体而言,这项工作深化了对肠道微生物群与 CRC 动态互作的理解,为开发基于微生物的诊断标志物和治疗策略奠定了基础。

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