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記仍然難以捉摸。本研究對1056例糞便樣本進行了綜合分析,以確定與CRC相關(guān)的微生物作為早期檢測CRC的標志物。
1. meta-analysis
對來自4項研究的16s rRNA測序進行分析,評估隨著CRC進展(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,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(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志物的模式,將它們進一步組裝成具有不同分類學組成的四個簇。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的細小螺旋藻科物種被分配的ASV最少,而聚類2在分類學上是異質(zhì)的,在CRC個體中患病率較高。
4. 結(jié)腸癌、腺瘤分類模型的驗證
結(jié)果表明,微生物來源的生物標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確性。
5. 在獨立隊列中驗證結(jié)直腸腺瘤標志物
本研究納入了另外兩個來自美國(驗證組1)和中國(驗證組2)的獨立隊列。驗證隊列1由70名對照和102例腺瘤患者組成,而驗證隊列2中有57例腺瘤患者和52例CRC患者。
6. 大腸腺瘤預(yù)測模型的特異性驗證
提高標志物的特異性可以減少臨床診斷中的假陽性,因此有必要進一步評估腺瘤標志物的特異性,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?。∟AFLD)和2型糖尿病(T2D)。 非CRC疾病模型的AUC值明顯低于獨立腺瘤模型的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。