GUT：国家癌症中心崔巍联合多组学技术团队发表血清代谢组肠癌早筛新机制

结直肠癌（CRC）的早期诊断是提高患者生存率的有效方式。目前临床常用的非侵入性和入侵式检测方法因其准确率低或对患者造成伤害，大规模使用仍受限制。因此，发展无创且准确的检测方法变得尤为重要。

由国家癌症中心中国医学院科学院肿瘤医院崔巍研究员与专业多组学技术团队合作在医学一区消化道领域国际期刊《GUT》期刊发表了题为 “Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome- associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma ”的研究成果，通过非靶向代谢组、靶向代谢组以及 AFADESI-MSI 空间代谢组学研究方法，整合了宏基因组的数据，发现了可用于腺瘤及结直肠癌诊断的代谢标志物，建立的相关预测模型显示出较高诊断准确性，为结直肠癌早期诊断奠定坚实基础。其中 AFADESI-MSI 空间代谢组学由贺玖明教授团队提供技术支持。

研究技术路线

 

研究方法

1、研究队列：四个研究队列（发现队列、建模队列、验证队列、血清和粪便匹配队列），每个队列中均有不同数量的正常人群（蓝色）、腺瘤（红色）和 CRC 患者（绿色）样本。

2、非靶代谢组分析：血清和粪便样本中提取的代谢物，进行 LC-MS 非靶代谢分析

3、靶向代谢物分析:血清中游离胆汁酸和脱氧胆汁酸

4、宏基因组测序和分类：提取粪便样本 DNA，使用鸟枪法进行宏基因组测序，并进行肠道微生物组的分类和功能分析。

5、空间代谢组分析：9 对人类结直肠组织样本（包括晚期腺瘤或 CRC 以及癌旁组织）进行 AFADESI-MSI 空间代谢组学分析

6、肠道微生物组-血清代谢组相关分析：使用血清和粪便匹配集中的 33 名结直肠癌患者进行肠道微生物组与血清代谢物之间的相关性分析

7、为 CRC 的 GMSM 组选择的代谢特征进行验证：

研究看点：

为研究血清代谢组与结直肠腺瘤或癌症之间的关系，作者对发现队列样本进行非靶向代谢组学分析，发现在腺瘤阶段肿瘤就已经诱导了血清代谢组显著变化；为进一步研究肠道微生物组与结直肠异常相关血清代谢物之间的关联，并确定这些微生物组相关代谢物对预测结直肠异常的潜在贡献，作者在血清和粪便匹配队列（44 个样本）进行了微生物组-胆汁酸靶向代谢组整合分析，发现 322 种结直肠异常相关代谢物与肠道微生物组有显著关联，包括与 CRC 发生和进展相关的细菌。

 

接着作者运用空间代谢组技术揭示活检组织中特征代谢物与 CRC 相关微生物有密切联系，作者使用空间代谢组技术（AFADESI-MSI）检测了结肠直肠组织中的肠道微生物组相关代谢物是否发生改变。九对来自结直肠腺瘤/肿瘤和癌旁活检组织，对其代谢物的相对含量进行比较。与邻近的正常组织相比，肿瘤/腺瘤组织中代谢物 N,O-双-（三甲基甲硅烷基）苯丙氨酸的丰度显著上调，在结直肠异常患者的血清中也观察到类似的变化。在 33 名结直肠异常患者中，该代谢物与梭菌属和丹毒丝菌属细菌在内的几种微生物有显著正相关性，且这些微生物的相对丰度在结直肠异常患者中也上调，表明 CRC 相关微生物组重编程可能对这种代谢物的生物合成有正向调节作用，而该变化也可在血清代谢组中反映出来。

图 | 直肠腺瘤/肿瘤和癌旁活检组织的质谱成像结果和相关代谢物的相对含量比较

 

文章推荐：

肿瘤的早期诊断标志物的发现对于癌症的诊断、治疗、预后甚至靶向治疗都具有重大价值。理想的诊断标志物应具有非侵入性和诊断准确的特点，本研究提出的 8 个 GMSM 标志物组就符合上述特点。虽然该发现还需进行更严格的验证，但已经展现出让人振奋的临床应用前景。而这篇文章使用非靶代谢组-肠道菌群宏基因组整合分析寻找潜在标志物、靶向代谢组学技术验证发现结果、AFADESI-MSI 空间代谢组技术从另一维度对结果进一步确认，一整套“宏基因组+代谢组技术组合拳”打得行云流水，不仅最大程度发掘了代谢组学技术的应用潜力，多组学联合分析的思路也非常值得相关研究者借鉴。本文作为临床生物标志物发掘的典型案例，值得进一步研读与关注。