研究背景:结直肠癌(CRC)是男性第三大,女性第二大常见癌症,且致死率排在所有癌症的第三位,近20年来结直肠癌在亚洲各国的发病率也呈明显上升趋势。结直肠癌的发病机制仍不完全清楚,但大多数学者认为是环境与基因相互作用的结果。CRC患者有60%~70%在首次确诊时即为进展期,如果在转移前被诊断的结直肠癌存活率比较高,病人的5年生存率达到60-95%,但如果出现淋巴结转移则生存率则急剧下降到35%,表明结直肠癌的早期检测和治疗对患者的预后以及生存极为重要。研究发现,实现CRC的早期诊治,可避免约60%CRC患者死亡,平均五年生存率可以从46%提高到73%。但目前临床运用的早期筛查方法非常有限,非侵入性检查假阳性和假阴性率比较高,而结肠镜检查是侵入性的,存在一定并发症和禁忌症,且费用较高。我们知道,绝大部分CRC(95%)为散发性结直肠癌,其中80%以上是由结直肠腺瘤(colorectal adenoma)转化而来,而结直肠癌早期多无明显症状已供预防。由此可见,腺瘤是结直肠致癌作用的重要中间体,以腺瘤为切入点找出其发生发展及癌变的规律及危险因素,对CRC的早期诊断和预防、降低死亡率提高生存质量显得十分重要而迫切。1990年Fearon在Cell上发表的“腺瘤-癌序列”模型一直被认为是CRC发生的经典模型。APC是结直肠癌发生的关键基因。APC基因突变在癌症早期就可以检测到,且良性肿瘤与癌的突变频率相似,所以通常认为大多数结肠癌是从APC基因的突变开始的。APC通过降低Wnt通路的活性维持结肠上皮的稳态,当APC基因缺失时,Wnt通路的活性增加上皮细胞增殖激活,最终导致腺瘤的形成。Nosho等学者提出,结直肠癌的形成是个复杂且多样的过程,成因包括体细胞分子改造,饮食,环境,微生物,宿主免疫等。具有家族史的病人只有25%,并且只有不到6%的癌症的发生显著与癌基因的高表达有关.随着近几年人类微生物研究的热潮,人类微生物组参与机体代谢,疾病的发展已被证实。实验研究表明微生物发酵产物(如丁酸盐)和微生物活化植物化学物质(例如聚-酚类)具有广泛的抗炎、抗肿瘤效果,能抵抗肿瘤发生信号通路如组蛋白脱乙酰酶抑制促进细胞凋亡,抑制增殖并阻滞肿瘤转化。而肠道微生物代谢产物与宿主免疫交互作用,肠道微生物与宿主血清代谢成分之间的联系等机制正被慢慢揭示。而目前肠道微生物在癌症治疗方面取得了突破性的进展,特别是肠道微生物与免疫疗法的结合,已在临床试验中被证实显著的提高了肺癌、肾癌患者的肿瘤生存期,成倍增加了黑色素瘤患者的无病生存期。而关于微生物与肿瘤发生方面的研究却没有太大进展,虽然有研究表明肠道菌群在癌症早期已经发生了变化,但是直接通过差异菌群来作为结直肠癌的早期筛查的预测模型显然没有太高的灵敏度和特异度.有文章指出一种代谢物可由多种菌群分泌,所以单一从菌群多样性水平可能不能很客观和全面的反映出肠道菌群与宿主的相互作用。而目前随着代谢组学的发展,各种分析方法和仪器的不断完善,代谢物的改变与癌症等疾病的关系发掘,对肠道菌群以及宿主血清代谢物的检测已经成为肠道菌群对结直肠癌发生产生影响的一个很好的补充方向。研究目的:通过对腺瘤性息肉病人的肠道菌群多样性,代谢物,宿主免疫因子,宿主血清代谢组的联合分析,找出肠道微生物参与结直肠癌发生的机制,从而发现分泌与癌症相关的代谢物的特征菌群,为微生物与结直肠癌的发生机制做出更深入的探究。并通过肠道菌群与代谢物作为生物标志物联合预测和筛查早期结直肠癌。研究方法:入组35例腺瘤性息肉病人,记录入选病人的详细临床资料,包括年龄、性别、饮食习惯、BMI指数。通过区域重测序技术检测病人APC基因突变情况,将病人分为实验组与对照组。采集病人的粪便与血液分别进行宏基因组学、代谢组学检测。通过多组学比较,找到与APC基因突变相关的肠道菌群与相关的代谢产物。本次研究与病人进行了充分沟通,所收集样本均通过了伦理委员会审查。研究结果:1.实验组与对照组肠道菌群差异分析中发现,对照组在门水平上actinobacteria(放线菌),属水平上faecalibacterium(粪杆菌)、Bifidobacterium(双歧杆菌)、Streptococcus(链球菌)、Dorea,种水平上Faecalibacterium Prausnitzii,Roseburia intestinalis(罗氏弧菌),Bifidobacterium Pseudocatenula,Streptococcus salivarius(唾液链球菌)的菌群丰度显著高于试验组。而实验组与对照组差异代谢通路的预测显示,突变组微生物基因更多的被注释到PWY-5104(L-异亮氨酸生物合成),PWY-5676(乙酰-CoA发酵成丁酸酯),PWY-6588(丙酮酸发酵成丙酮),PWY-7197(嘧啶脱氧核糖核苷酸磷酸化),PWY0-166(嘧啶脱氧核糖核苷酸从头生物合成的超级通路),Ko00360(苯丙氨酸代谢),Ko00363(双酚降解),Ko00472(D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢)。而非突变组微生物基因则更多的被注释到PWY-5384(蔗糖降解IV)PWY-6507(4-脱氧-L-苏糖-己-4-烯吡喃糖醛酸酯降解),PWY-7242(D-果糖醛酸盐降解),PWY-724(L-赖氨酸,L-苏氨酸和L-甲硫氨酸生物合成的超级通路II),RUMP-PWY(甲醛氧化)。2.血清代谢组学分析显示Synthesis and degradation of ketone bodies(酮体的合成和降解途径),Purine metabolism(嘌呤代谢通路),Prostate cancer(前列腺癌通路),Biosynthesis of unsaturated fatty acids(不饱和脂肪酸的生物合成通路),Choline metabolism in cancer(胆碱在癌症中的代谢通路)在实验组与对照组中发生显著变化。3.微生物组学与代谢组学联合预测APC突变分析表明,对照组显著升高的益生菌Faecalibacterium Prausnitzii与实验组显著升高的差异代谢产物肌苷与次黄嘌呤各自组成的预测模型均有统计意义,提示Faecalibacterium Prausnitzii与肌苷,次黄嘌呤之间存在一定的拮抗作用。结论:实验组较之对照组,肠道菌群及血清代谢轮廓均发生了显著的变化,对照组病人种水平上4种肠道优势菌群均在抗炎或调节免疫方面发挥了重要作用,其中Faecalibacterium Prausnitzii是已知人体最主要的产丁酸盐菌。而在血清代谢组水平,通过对差异代谢产物及显著变化的代谢通路的分析发现,实验组病人的血清代谢轮廓与CRC病人更为相似,其中实验组高表达的差异代谢物肌苷与次黄嘌呤富集的嘌呤代谢通路与CRC显著相关。而宏基因组学与代谢组学联合分析预测APC突变模型发现,Faecalibacterium Prausnitzii与肌苷、次黄嘌呤组成的预测模型均有显著的统计学意义提示两者之间可能存在一定的拮抗作用。以上我们发现实验组在肠道菌群与血清代谢轮廓上均与已知的CRC患者特征更为相似,这一结论也从肠道菌群与血清代谢层面论证了APC基因突变可能为CRC发生的重要的起始条件之一。而肠道菌群与血清代谢物联合预测的结果也为后续的研究提供了实验思路以及参考依据。