为什么别人的肠道菌群与结直肠癌关系研究能发Nature Medicine | 微生物专题
在本研究中，研究者们将研究对象按照病情的发展程度分组：正常+少量息肉(健康对照)、多发性息肉样腺瘤伴低度发育不良(MP)、粘膜内癌，0期CRC(S0)、CRC I期+II期(SI/II)、CRC III期+IV期(SIII/IV)、正常，有结直肠手术史(HS)，共6组。
研究者取了616位研究对象的粪便样本进行了宏基因组测序，以及406份样本进行代谢组分析。
从研究的总览中，研究者发现Megamonas 属的细菌在近20%的样本中检出了较高丰度，但此前这类菌并没有见诸欧美的研究报道，只有中国的研究曾经报道过这类菌作为优势菌，说明这可能是一类亚洲人特异的优势菌种。Bacteroides和Prevotella是PCA分析中得到的发生变化最明显的两类细菌，这两类菌也是肠型的主要贡献者。
从代谢组的情况看，丙酸盐和丁酸盐作为结肠细胞能量的主要来源，是粪便中最丰富的代谢物；而二氢尿嘧啶和尿素的含量在不同个体中的变化程度较大。
随着疾病的发生发展，有很多菌种的丰度是呈上升趋势的，包括Firmicutes、Fusobacteria和Bacteroidetes门的许多种菌。菌种丰度的上升包括2种模式，一种是从疾病的早期到中后期一直持续升高，另一种是仅在疾病的早期丰度升高。部分随着CRC发展而丰度升高的菌是首次报道。另外研究还发现，丁酸盐生产菌在CRC阶段减少，而硫化物生产菌则显著增加。
代谢物方面，与健康对照相比，MP期的脱氧胆酸盐、S0期的甘胆酸盐和牛磺胆酸盐均显著升高。另外，多种支链氨基酸的含量均显著升高，其中亮氨酸发酵产生的异戊酸从S0期到SIII/IV期逐渐增加。
研究者对一类特殊的菌A.parvulum进行了深入的研究，研究发现这类菌在MP期和S0期显著增加，并且之前的研究显示这类菌可能在炎症性肠炎患者体内通过与其他菌的共轭关系能构成一个产生硫化氢的细菌网络。分析表明，在S0期，属和种水平上与A.parvalum相关的细菌数量均有显著增加。它在CRC发展早期的丰度增加可能说明了它对产生硫化氢的细菌群落有很强的影响。
利用宏基因组分析，研究者还对基因的丰度以及基因涉及的通路进行了分析，并进行了Z-score校正，以判断与特定功能相关的基因丰度以及其变化程度。
分析中，1243个KO基因在至少一个阶段中出现丰度的显著升高，而仅96个KO基因出现显著降低。在丰度差异最大的通路中，芳香氨基酸代谢和产生硫化物的通路与CRC是相关的。苯丙氨酸和酪氨酸合成基因显著升高，而参与苯丙氨酸降解生成苯乙酸盐的基因在MP期显著升高，参与硫化氢生成的dsrA基因在SIII/IV期显著升高。
为了讨论宏基因组和代谢数据用于作为诊断标志物的潜力，研究者构建了随机森林模型用于区分健康人和S0期、健康人和SIII/IV期。基于菌种、KO基因和代谢物以及这三个指标的结合构建的模型中，组合模型在分辨率上是最优的。对于单个指标而言，区分S0期最优的指标是pheC基因，该基因参与苯丙氨酸和酪氨酸的生物合成；而区分SIII/IV期最优的则是几类口腔厌氧菌，其中几类已经被鉴定为是CRC的标志细菌。
最后，研究还对28例经过CRC手术治疗的患者手术前和手术后1年的肠道菌群数据进行了比较，研究发现，在那些显著升高并且被认为和CRC有关的菌种当中，有5种菌在手术后一年丰度发生了显著回落，并且术后一年的这5类菌的丰度和正常人没有显著差异。
编者说
本研究尽管十分翔实系统，但仍旧存在一些不足。研究构建了随机森林模型用于探讨标志物的诊断潜力，但是却缺少验证队列，用于确认所构建的模型的可靠性；研究没有确认粪便中的总细胞数，从而缺乏对菌群中绝对丰度的深入研究；研究采用的口服清肠剂并收集第一次排出的粪便的方式是否足够可靠仍有待进一步了解，清肠剂是否会对微生物的组成有所影响仍不清楚。不过，本研究仍然是一个良好的典范，通过系统地分析多阶段CRC发展与宏基因组和代谢之间的联系，为今后进一步阐明CRC的发生发展奠定了重要基础。