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第一部分基于肠道菌群的结直肠癌失衡指数分析目的:结直肠癌（Colorectal cancer,CRC）患者存在肠道菌群失衡,其发生是一个涉及多个细菌种类或类群组成改变的复杂过程。如果能将这种复杂的变化提炼为一个简单的指标,将有助于推动肠道菌群相关研究结果的临床应用。本研究旨在通过16S rRNA测序建立失衡指数模型,以评估与CRC相关的肠道菌群失衡情况。方法:收集自2017年1月至2018年7月在苏州大学附属第一医院行肠镜检查的129例志愿者粪便样本,其中CRC组70例,对照组59例,所有样本均于手术或内镜操作前采集。通过16S rRNA高通量测序分析样本中的微生物组成及总体多样性,比较CRC组和对照组肠道菌群组成差异,并进一步分析不同病变部位、不同病理类型CRC患者的菌群特征。基于CRC组相对丰度升高或降低的菌群建立加权失衡指数（Weighted dysbiosis index of cancer,WDIc）模型,以此检测另一单独队列的 123 例样本,同时进一步验证了来自不同作者发表的3个公共数据集中的396例样本。结果:共鉴定出7个丰度差异显著的类群:与对照组相比,具核梭杆菌、微小微单胞菌、消化链球菌、Clostridiales Family Ⅺ以及卟啉单胞菌在CRC组明显增多,而假丁酸弧菌和唾液链球菌在CRC组明显减少。同时发现,不同病变部位、不同病理类型CRC患者存在特征性的肠道菌群组成差异。以CRC组7个差异类群建立的WDIc评分显著高于对照组,且与肿瘤大小和TNM分期正相关。WDIc可以有效区分CRC组和对照组,其受试者工作特征曲线（Receiver operating characteristic curve,ROC）下面积（Area under ROC curve,AUC）为 0.83,敏感性为 71.4%,特异性为83.1%。以此模型检测第二队列患者时的敏感性为71.0%,特异性为87.0%,而在三个公共数据集中进一步验证时同样发现其可以有效区分CRC组和对照组。结论:我们建立了一个可以衡量CRC患者肠道菌群失衡的指数,其具有较好的区分CRC患者和健康人群的能力,可能有助于促成肠道菌群检测在CRC诊治中的潜在临床应用。第二部分肠道菌群变化与结直肠腺瘤的相关性研究目的:结直肠腺瘤（Colorectal adenoma,CRA）是经典的CRC癌前病变,如能早期诊断和治疗,将极大改善患者预后。但临床常用的粪便隐血试验（Fecal occult blood test,FOBT）、血清 CEA（Carcinoembryonic antigen）等筛查指标对 CRA 判别能力较低,尚缺乏无创且高效的早期检测手段。本研究旨在基于16S rRNA测序基础上,寻找一个新的指标用于结直肠早期病变的筛查。方法:收集自2017年1月至2018年7月在苏州大学附属第一医院行肠镜检查的155例志愿者粪便样本,其中CRA组96例（包括进展期腺瘤52例,非进展期腺瘤44例）,对照组59例。均接受FOBT和血清CEA检测。通过16S rRNA高通量测序比较CRA和对照组的肠道菌群组成,并分析CRA组内非进展期和进展期不同阶段的菌群构成差异,同时进一步探讨在结直肠肿瘤发展过程中肠道宏基因组的功能变化。基于CRA与对照组差异菌株构建加权失衡指数（Weighted dysbiosis index of adenoma,WDIa）模型,对比分析此模型与FOBT、血清CEA在CRA临床检测中的效能。结果:CRA患者具有更高的体重指数（Body mass index,BMI）（P=0.014）,腺瘤大小与进展期风险呈显著正相关（P=9.1×10-18）。相比对照组,CRA组肺炎克雷伯杆菌、粪副拟杆菌、梭杆菌属显著增多,而毛螺菌科、布劳特氏菌属、放线菌门、双歧杆菌属、罗氏杆菌属、链球菌属、假丁酸弧菌属、溃疡梭杆菌显著减少。普雷沃菌属和拟杆菌属在非进展期腺瘤组中显著增多,而厌氧消化链球菌、Lachnoclostridium在进展期腺瘤组中明显增多。同时发现以氨基酸代谢,心血管、神经、内分泌系统,过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome proliferators-activatedreceptors,PPARs）和P53等为代表的30条京都基因与基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）信号通路在结直肠肿瘤发展的不同阶段存在明显的差异表达。比较WDIa、FOBT和血清CEA的检验效能,发现FOBT对于CRA的敏感性为45.5%,特异性为91.5%,误诊率为8.5%,漏诊率为54.5%。CEA对CRA的诊断敏感性为52.3%,特异性70.6%,AUC为0.614,而WDIa的敏感性为88.1%,特异性为54.2%,AUC 为 0.756。结论:在结直肠肿瘤发展的CRA阶段就存在着特征性的肠道菌群构成和宏基因组功能变化。根据CRA和对照组核心差异菌株构建模型的灵敏度明显优于FOBT及血清CEA检测,能更快速便捷的早期识别和诊断CRA,或许有望成为结直肠肿瘤早期筛查的潜在标志物。第三部分微小微单胞菌在结直肠腺瘤-癌序列中的丰度变化目的:目前认为微小微单胞菌（Parvimonas micra,P.micra）与CRC密切相关。然而,它与CRA的关系及其在结直肠肿瘤发生中的作用尚不明确。本研究旨在通过分析一个苏州地区队列和4个公共测序数据集中P.micra在腺瘤到癌的发展进程中的丰度变化,探讨P.micra与CRA和CRC的关系。方法:运用定量 PCR（Quantitative polymerase chain reaction,qPCR）方法对 277例自2017年1月至2019年3月间在苏州大学附属第一医院行肠镜检查的门诊患者（包括CRA 128例,CRC 66例,健康对照83例）粪便样本进行检测,探讨在腺瘤到癌进程中肠道内P.micra的丰度变化情况。同时,在4个公共的16S rRNA测序数据集中,分析了 596名受试者（包括CRA 253例,CRC 158例,健康对照185例）粪便样本的P.micra相对丰度。结果:CRA组P.micra丰度与健康对照组相似（P=0.2）,而CRC组P.micra丰度显著增加（P=8.2×10-11）。P.micra丰度水平可以有效区分CRC和健康对照者,但对于CRA的区分能力相对有限,其对CRC患者ROC曲线下面积为0.867,CRA患者为0.554。在所有的4个公共测序数据集中均发现了上述相同的P.micra丰度变化模式,即P.micra在健康对照组和CRA患者中丰度相对较低,而在CRC患者中则显著升高。结论:P.micra与CRC而非CRA密切相关,并有可能成为CRC的诊断标志物。此外,P.micra作为一种机会致病菌,可能促进了 CRC的发展,但其在CRA阶段的作用可能相对有限。