IF = 36.13（Nat Med）

樣本類型：糞便

檢測平臺：宏基因組測序、非靶向代謝組

背景知識

腸道生態(tài)環(huán)境的改變與人類健康與疾病顯著相關(guān)。腸道代謝物，包括氨基酸和細菌代謝物（eg.  膽汁酸和短鏈脂肪酸）與腸癌狀態(tài)有關(guān)。因此，通過宏基因組和代謝組分析可以為了解腸道環(huán)境的變化與 CRC 的發(fā)展提供方法。

結(jié)直腸癌根據(jù)結(jié)腸鏡和組織學檢測可以分為以下 9 個階段：

健康對照：

① Nomal（結(jié)腸鏡檢查無明顯發(fā)現(xiàn)）

②  少于 2 個  < 5 mm 的息肉

疾病：

③ MP：息肉狀腺瘤（超過 3 個或 5 個 low-grade 發(fā)育不良的腺瘤）

④ stage 0 CRC：粘膜內(nèi)癌（high-grade 發(fā)育不良的息肉狀腺瘤）

⑤ stage I CRC

⑥ stage II CRC

⑦ stage III CRC

⑧ stage IV CRC

術(shù)后：

⑨ HS：normal with a history of colorectal surgery

研究內(nèi)容

1.  宏基因組熱圖：擬桿菌 Bacteroides 明顯富集，普氏菌屬 Prevotella 含量低。Megamonas 巨單胞菌屬在歐美人群的腸道微生物不常見，但能在中國人群中被發(fā)現(xiàn)，因此預(yù)測可能是亞洲人群的特征菌屬。宏基因組數(shù)據(jù)中，人基因組占比在 CRC 的不同階段都明顯增加（P?<0.005; 單側(cè) Mann-Whitney U test）。

宏基因組 PCA 圖：人類腸道菌群的主要成分——擬桿菌與普氏菌是 PCA 分析中的兩個主要的異變聚類。

代謝熱圖：丙酸鹽和丁酸鹽是大腸中的主要能源物質(zhì)，含量較豐富。

代謝 PCA 圖：propionate 二氫尿嘧啶和 butyrate 尿素也存在較大差異。

2.  宏基因組：不同 CRC 階段 / 健康，變形菌門、擬桿菌門、梭桿菌門、厚壁菌門和放線菌門的變化趨勢。作者發(fā)現(xiàn)兩種物種高度顯著的模式，一種是從早期到晚期都有所增加，一種是只在早期階段增加，并鑒定到與 CRC 相關(guān)的新物種。根據(jù)已有報道發(fā)現(xiàn)，兩個丁酸鹽生產(chǎn)者 Lachnospira multipara 和 Eubacterium eligens 在 CRC 中含量降低，生成硫化物的細菌 Desulfovibrio vietnamensis、D.longreachensis 和 Bilophila wadsworthia 增加。

代謝組：不同 CRC 階段 / 健康，取并集得到 65 個差異代謝物（P <0.005）。膽汁酸、短鏈脂肪酸、氨基酸和中心碳代謝物等與腸道菌群關(guān)系密切，是目前關(guān)注的焦點，關(guān)注這幾類物質(zhì)在不同階段的含量變化。

相關(guān)性分析：DCA 在 MP 中顯著升高，尋找 DCA 顯著相關(guān)的菌屬 -B. wadsworthia（Spearman 相關(guān)性分析）。由于 a  . parvulum 在 MP 和 S0 中顯著升高，并有報道稱在炎癥性腸病患者中與鏈球菌高共現(xiàn)關(guān)系，構(gòu)成產(chǎn)生 H2S 細菌的網(wǎng)絡(luò)中心，因此，作者展現(xiàn)了 A  . parvulum 豐度與其他物種的相關(guān)性。構(gòu)建 A. parvulum 屬相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)（屬豐度  > 10-4，相關(guān)性系數(shù)  > 0.4），熱圖（屬豐度  > 10-5，相關(guān)性系數(shù)  > 0.5）。

3. KO gene（P<0.005）在氨基酸代謝通路中的作用，構(gòu)建 KEGG 富集熱圖。

芳香族氨基酸代謝途徑與硫化物生產(chǎn)途徑與 CRC 的發(fā)生有關(guān)，因此作者主要關(guān)注這兩類化合物，并繪制 Pathway 展示。

4.  尋找標志物：分別利用菌屬、KO 基因、代謝數(shù)據(jù)、三組聯(lián)合的數(shù)據(jù)建立隨機森林模型和 LASSO 邏輯回歸模型，比較發(fā)現(xiàn)聯(lián)合數(shù)據(jù)分組效果，建立 ROC 曲線評估模型質(zhì)量。

比較治療前后，菌種的差異。

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