12+:在大腸癌的早期檢測中鑒定跨人群的微生物標(biāo)志物

腸道菌群與結(jié)直腸癌 (CRC) 之間的關(guān)聯(lián)已被廣泛研究。然而，用于多個人群的早期診斷標(biāo)記仍然難以捉摸。本研究對1056例糞便樣本進(jìn)行了綜合分析，以確定與CRC相關(guān)的微生物作為早期檢測CRC的標(biāo)志物。

1.  meta-analysis

對來自4項(xiàng)研究的16s rRNA測序進(jìn)行分析，評估隨著CRC進(jìn)展（無疾病-腺瘤-結(jié)直腸癌）腸道微生物的變化，并鑒定出針對腺瘤的為微生物標(biāo)志物。

2.  構(gòu)建腺瘤微生物模型

除了使用差異ASV作為關(guān)鍵指標(biāo)，模型構(gòu)建中還包括α多樣性指數(shù)（Shannon指數(shù)，Simpson指數(shù)和Observed ASV）以及三個患者臨床指標(biāo)（年齡，性別和體重指數(shù)（BMI））。最終構(gòu)建了包括八個差異性ASV（作為生物標(biāo)記物）以及年齡，性別和BMI為核心的模型，可區(qū)分對照對象與腺瘤患者（準(zhǔn)確度：0.73，敏感性：0.82，特異性：0.62，精度：0.73，F(xiàn)1得分：0.77）。其中，用ASV區(qū)分腺瘤和癌癥的RF模型達(dá)到了0.89的AUC（精度：0.80，靈敏度：0.66，特異性：0.90，精度：0.83和F1得分：0.72）。

3.  構(gòu)建微生物群共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行聚類分析

使用SparCC算法構(gòu)建差異ASV共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)。

分析并比較了腺瘤和對照組中生物標(biāo)志物的模式，將它們進(jìn)一步組裝成具有不同分類學(xué)組成的四個簇。這些簇與患者的年齡，性別和BMI等特征沒有緊密聯(lián)系。此外，還探討了CRC患者腸道菌群在24種生物標(biāo)記物組中的共發(fā)生網(wǎng)絡(luò)，并產(chǎn)生了三個簇。聚類1的細(xì)小螺旋藻科物種被分配的ASV最少，而聚類2在分類學(xué)上是異質(zhì)的，在CRC個體中患病率較高。

4.  結(jié)腸癌、腺瘤分類模型的驗(yàn)證

結(jié)果表明，微生物來源的生物標(biāo)志物組在檢測大腸腺瘤方面優(yōu)于FIT，并且它們的組合可以提高非侵入性腺瘤診斷的準(zhǔn)確性。

5.  在獨(dú)立隊(duì)列中驗(yàn)證結(jié)直腸腺瘤標(biāo)志物

本研究納入了另外兩個來自美國（驗(yàn)證組1）和中國（驗(yàn)證組2）的獨(dú)立隊(duì)列。驗(yàn)證隊(duì)列1由70名對照和102例腺瘤患者組成，而驗(yàn)證隊(duì)列2中有57例腺瘤患者和52例CRC患者。

6.  大腸腺瘤預(yù)測模型的特異性驗(yàn)證

提高標(biāo)志物的特異性可以減少臨床診斷中的假陽性，因此有必要進(jìn)一步評估腺瘤標(biāo)志物的特異性，在此分析中，考慮了5種非CRC疾病，包括克羅恩病（CD），潰瘍性結(jié)腸炎（UC），腸易激綜合征（IBS），非酒精性脂肪肝疾病（NAFLD）和2型糖尿?。═2D）。 非CRC疾病模型的AUC值明顯低于獨(dú)立腺瘤模型的AUC值。

7.  大腸腺瘤的微生物功能改變分析

在腺瘤和對照之間的比較中，腺瘤中富含碳水化合物的生物合成途徑（例如，ADP-庚糖生物合成），無機(jī)營養(yǎng)代謝以及核苷和核苷酸的生物合成，而芳香化合物降解的途徑和次級代謝產(chǎn)物的生物合成則更為豐富。腺瘤樣本減少。比較腺瘤和CRC，輔助因子，輔基，電子載體，維生素生物合成（例如MK-10生物合成）以及氨基酸降解和發(fā)酵的途徑富含癌癥。另一方面，腺瘤的細(xì)胞結(jié)構(gòu)生物合成以及脂肪酸和脂質(zhì)的生物合成/降解途徑減少。