腸道宏基因組學及代謝組學標志物或可診斷早期結直腸癌

　　在大多數散發性結直腸癌病例中，腫瘤的發生是一個多階段的過程，包括基因組的改變和形態學的改變。近年來，越來越多的證據顯示，人類腸道微生物組與結直腸癌的發生具有一定的關聯，更多的科學研究試圖從糞便中分析腸道菌群的特點，以期找到有關腸道微生物與結直腸癌的線索。今年4月，兩個科學團隊在Nature Medicine同期發表兩篇論文，分別從近千份人類糞便樣品中找出了可以用于預測結直腸癌的腸道菌群特征。研究團隊發現，盡管兩項研究的數據來自不同國家、環境及飲食習慣的人群，但腸道微生物組在結直腸癌發生時有著一致的特異性變化。

　　近日，來自日本大阪大學的研究團隊通過大規模糞便樣本宏基因組和代謝組學分析，揭示了結直腸癌不同階段腸道微生物組的具體變化，并發現特定腸道微生物的增加可能與結腸直腸癌相關惡性腫瘤密切相關，如粘膜內癌和息肉樣腺瘤。此外，研究結果還顯示，這些特定的宏基因組和代謝組學標志物可以幫助區分結直腸癌病例和健康樣本。大隊列多組學數據進一步表明，微生物組和代謝組的變化發生于結直腸癌發展的早期階段，或具有重要的病因和診斷意義。相關研究于6月7日發表于Nature Medicine，題為“Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer”。

圖1. 結直腸癌發展過程中主要的微生物和代謝組學改變

　　“我們認為，結直腸癌從根本上不僅是一種遺傳性疾病，也是一種微生物疾病，”論文通訊作者Shinichi Yachida表示，“我們的研究結果表明，腸道微生物組的變化存在于結直腸癌發展的早期階段，這可能為該疾病提供重要的診斷和致病線索。”

　　具體而言，研究人員對616名接受結腸鏡檢查的大樣本人群進行了糞便宏基因組和代謝組學研究，以評估腸道微生物組和代謝產物的分類和功能特征。研究人員發現，在多發性息肉樣腺瘤和粘膜內癌的病例中，除了更晚期的病變外，微生物組和代謝組變化也很明顯，并發現了兩種截然不同的微生物組升高模式。首先，具核梭桿菌屬（Fusobacterium nucleatum spp.）的相對豐度在粘膜內癌中至晚期持續顯著升高（P< 0.005）。其次，在多發性息肉樣腺瘤和/或粘膜內癌中，極小阿托波氏菌（Atopobium parvulum）和齲齒放線菌（Actinomyces odontolyticus）顯著增加（P< 0.005）。代謝組學分析顯示，粘膜內癌支鏈氨基酸和苯丙氨酸顯著升高（P< 0.005），而包括脫氧膽酸在內的膽汁酸在多發性息肉樣腺瘤和/或粘膜內癌中顯著升高（P< 0.005）。此外，研究人員最后確定了用于區分粘膜內癌和健康對照組的宏基因組和代謝組學標記物。

圖2. 癌癥不同階段的特異性分類學特征

圖3. 腫瘤早期階段代謝組變化

　　“我們的研究結果顯示，結腸直腸癌與腸道微生物組中某些因素的增加以及癌癥相關生物有關，”論文共同通訊作者Takuji Yamada說到，“未來的研究將聚焦于探索個體結直腸癌患者的腸道微生物組與腫瘤特征之間的關系。這將有助于我們了解微生物組在結直腸癌發展中的作用。”

　　根據國家癌癥中心最新發布的全國癌癥統計數據，結直腸癌已是我國第三高發惡性腫瘤。隨著人們生活方式尤其是飲食結構的改變，近年來我國結直腸癌的發病率有逐年增多的趨勢。但結直腸癌從癌前病變（腺瘤）發展到惡性病灶有一個較長的過程，是少數能通過篩查做到早發現、早治療的惡性腫瘤之一。如果在以上幾項研究的基礎上，未來通過糞便樣品檢查腸道微生物學特征就可以預測結直腸癌的發生，那么既可以減少腸鏡篩查時的痛苦，也有望獲得早發現、早治療的機會。

　　這項最新研究為結直腸癌的發生、預防、篩查提供了新的視角。我們也期待，未來全世界科學家能夠利用腸道微生物標志物，開發出新型、侵入性更低的診斷或篩查技術，造福人類健康。

　　參考資料：

　　1. Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer

　　2. A gut feeling: Microbiome changes may mean early detection of colorectal cancer