IF = 36.13（Nat Med）
樣本類型：糞便
檢測平臺：宏基因組測序、非靶向代謝組
背景知識
腸(chang)道生態環(huan)境(jing)的(de)改變與(yu)人類(lei)健康與(yu)疾病顯著相(xiang)關。腸(chang)道代(dai)謝(xie)物(wu)，包括氨基酸和(he)細菌代(dai)謝(xie)物(wu)（eg. 膽汁(zhi)酸和(he)短鏈脂肪酸）與(yu)腸(chang)癌狀態有關。因此，通過宏(hong)基因組和(he)代(dai)謝(xie)組分析可以(yi)為了解腸(chang)道環(huan)境(jing)的(de)變化與(yu) CRC 的(de)發展(zhan)提供方法。
結(jie)直(zhi)腸(chang)(chang)癌根據結(jie)腸(chang)(chang)鏡和(he)組(zu)織學檢測可以(yi)分(fen)為(wei)以(yi)下 9 個階段：
健康對照：
① Nomal（結腸鏡檢查(cha)無明顯發現）
② 少(shao)于 2 個 < 5 mm 的(de)息肉
疾病：
③ MP：息肉狀腺瘤(liu)（超過 3 個(ge)或 5 個(ge) low-grade 發(fa)育不良的腺瘤(liu)）
④ stage 0 CRC：粘膜內癌(ai)（high-grade 發育(yu)不良的(de)息(xi)肉狀腺瘤(liu)）
⑤ stage I CRC
⑥ stage II CRC
⑦ stage III CRC
⑧ stage IV CRC
術后：
⑨ HS：normal with a history of colorectal surgery
研究內容
1. 宏基因組(zu)熱圖：擬桿菌(jun) Bacteroides 明(ming)顯富(fu)集，普(pu)氏菌(jun)屬 Prevotella 含量低。Megamonas 巨單胞(bao)菌(jun)屬在(zai)歐(ou)美人群的(de)腸道微生物不常見，但(dan)能在(zai)中國人群中被發現(xian)，因此(ci)預測可能是亞(ya)洲人群的(de)特征(zheng)菌(jun)屬。宏基因組(zu)數據中，人基因組(zu)占比在(zai) CRC 的(de)不同階段都(dou)明(ming)顯增加（P?<0.005; 單側(ce) Mann-Whitney U test）。
宏(hong)基因組 PCA 圖：人類(lei)腸道菌群的主要成分(fen)——擬桿菌與普氏菌是(shi) PCA 分(fen)析(xi)中的兩個(ge)主要的異變聚類(lei)。
代謝(xie)熱(re)圖：丙(bing)酸(suan)鹽和丁酸(suan)鹽是大(da)腸中(zhong)的主要能源(yuan)物(wu)質，含量(liang)較豐富。
代謝 PCA 圖：propionate 二氫尿嘧(mi)啶和 butyrate 尿素也(ye)存在較大差異。
2. 宏基因組：不同 CRC 階段(duan) / 健康，變形菌(jun)門、擬桿菌(jun)門、梭(suo)桿菌(jun)門、厚(hou)壁(bi)菌(jun)門和(he)放線(xian)菌(jun)門的(de)變化(hua)趨勢(shi)。作者發(fa)現(xian)兩(liang)種(zhong)物(wu)種(zhong)高度顯著的(de)模式，一(yi)種(zhong)是從早期(qi)到晚期(qi)都有所(suo)增(zeng)加(jia)，一(yi)種(zhong)是只(zhi)在(zai)早期(qi)階段(duan)增(zeng)加(jia)，并鑒定到與(yu) CRC 相關的(de)新(xin)物(wu)種(zhong)。根據已有報道發(fa)現(xian)，兩(liang)個丁酸鹽生產者 Lachnospira multipara 和(he) Eubacterium eligens 在(zai) CRC 中含量降低，生成硫(liu)化(hua)物(wu)的(de)細(xi)菌(jun) Desulfovibrio vietnamensis、D.longreachensis 和(he) Bilophila wadsworthia 增(zeng)加(jia)。
代謝(xie)組：不同 CRC 階(jie)段(duan) / 健(jian)康，取并集(ji)得到 65 個差異代謝(xie)物(wu)（P <0.005）。膽(dan)汁(zhi)酸(suan)、短鏈脂肪(fang)酸(suan)、氨基(ji)酸(suan)和中心碳代謝(xie)物(wu)等(deng)與腸(chang)道菌群關(guan)(guan)系密切(qie)，是目前(qian)關(guan)(guan)注的(de)焦點，關(guan)(guan)注這幾類物(wu)質在不同階(jie)段(duan)的(de)含(han)量變化。
相(xiang)(xiang)關(guan)性分(fen)析(xi)：DCA 在 MP 中顯(xian)(xian)著升高，尋(xun)找 DCA 顯(xian)(xian)著相(xiang)(xiang)關(guan)的(de)菌(jun)屬(shu) -B. wadsworthia（Spearman 相(xiang)(xiang)關(guan)性分(fen)析(xi)）。由于 a . parvulum 在 MP 和 S0 中顯(xian)(xian)著升高，并有報(bao)道稱在炎癥性腸病患者中與(yu)鏈球菌(jun)高共現(xian)關(guan)系，構成產生(sheng) H2S 細(xi)菌(jun)的(de)網絡中心(xin)，因此，作者展現(xian)了 A . parvulum 豐(feng)度與(yu)其他物種的(de)相(xiang)(xiang)關(guan)性。構建 A. parvulum 屬(shu)相(xiang)(xiang)關(guan)性網絡（屬(shu)豐(feng)度 > 10-4，相(xiang)(xiang)關(guan)性系數 > 0.4），熱圖（屬(shu)豐(feng)度 > 10-5，相(xiang)(xiang)關(guan)性系數 > 0.5）。
3. KO gene（P<0.005）在氨(an)基酸代謝通路(lu)中的作(zuo)用，構建(jian) KEGG 富集熱圖。
芳香(xiang)族氨基(ji)酸代(dai)謝途(tu)徑與硫化物(wu)(wu)生(sheng)產途(tu)徑與 CRC 的發生(sheng)有關，因此作者主(zhu)要(yao)關注這(zhe)兩類化合(he)物(wu)(wu)，并(bing)繪制 Pathway 展(zhan)示(shi)。
4. 尋找標志物：分(fen)別利(li)用菌屬、KO 基因、代謝數(shu)(shu)據(ju)、三組聯合(he)的數(shu)(shu)據(ju)建立(li)隨機森(sen)林模型(xing)和 LASSO 邏輯回歸模型(xing)，比(bi)較發現聯合(he)數(shu)(shu)據(ju)分(fen)組效果，建立(li) ROC 曲線評(ping)估(gu)模型(xing)質量。
比較(jiao)治療前后(hou)，菌(jun)種的(de)差異。
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