多组学整合解析结直肠癌术前血清CEA状态相关的瘤内微生物-免疫-代谢协变网络及候选机制轴

《BMC Microbiology》：Multi-omics profiling reveals the intratumoral microbiota-immune-metabolism axis associated with preoperative serum CEA status in colorectal cancer

　　

摘要

背景与目的

癌胚抗原（CEA）是结直肠癌（CRC）临床管理中使用最广泛的血清标志物之一，但患者之间CEA状态差异的瘤内生态学基础仍不清楚。本研究旨在整合瘤内微生物组、转录组和代谢组数据，以解析与术前血清CEA状态相关的多组学特征。

方法

本研究纳入63例未经术前抗肿瘤治疗并接受根治性切除的原发性CRC患者，根据术前血清CEA 5 ng/mL临界值分为高CEA组（H-CEA，n?=?27）和低CEA组（L-CEA，n?=?36）。对肿瘤组织进行16S rRNA基因测序、RNA-seq和非靶向代谢组学分析，以比较两组间瘤内微生物群结构、宿主转录谱、免疫细胞浸润和代谢物差异，并进一步进行跨组学相关性分析、中介分析和机器学习建模。

结果

与L-CEA组相比，H-CEA组瘤内微生物群的Observed、Chao1和ACE丰富度指数升高，而Shannon、Simpson和Coverage指数无显著差异；基于Bray-Curtis、Jaccard和加权/非加权UniFrac距离的PERMANOVA分析亦未显示整体群落结构显著分离。线性判别分析效应大小（LEfSe）分析鉴定出39个CEA相关的差异分类单元，其中33个在H-CEA组中富集，包括Selenomonas sputigena、Campylobacter gracilis、Peptococcus niger和Pyramidobacter piscolens。转录组和免疫浸润分析显示，H-CEA肿瘤伴有活化肥大细胞和中性粒细胞浸润增加，并表现出与炎症、趋化、内皮活化和免疫调节相关的转录特征增强。Pyramidobacter相关分类单元与中性粒细胞浸润、PTGS1、S100A8、SELE及多种趋化因子相关。代谢组学筛选出5种候选差异代谢物；探索性中介分析提示，木兰碱可能在Synergistaceae/Pyramidobacter和Oscillospiraceae相关分类单元与CEA状态之间的关联中起部分中介作用，中介比例分别为57.4%和53.2%。基于差异微生物分类单元的随机森林分类器在内部交叉验证中显示出探索性的判别性能，但这些估计值为内部衍生结果，可能偏乐观，需在独立队列中验证。

结论

本研究描绘了与术前血清CEA状态相关的瘤内微生物-免疫-代谢协变网络，并提出Pyramidobacter-髓系炎症免疫轴和微生物-木兰碱代谢轴作为候选机制的线索。鉴于本研究为单中心观察性队列，相关性、中介效应及模型性能仍需在独立队列、空间定位及机制实验中验证。