▎學(xué)術(shù)經(jīng)緯/報(bào)道

正常情況下，人排出的糞便中，有1/3到2/3的固體成分是腸道細(xì)菌。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)顯示腸道微生物組對(duì)人體健康有著重要影響，也有越來(lái)越多的科學(xué)研究試圖從糞便中分析腸道菌群的特點(diǎn)，獲知有關(guān)疾病的線索。

本周剛剛在《自然·醫(yī)學(xué)》上在線發(fā)表的最新一批論文里，兩個(gè)跨國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)就在這一領(lǐng)域做出了新的突破。他們背靠背發(fā)表了兩篇論文，分別從近千份人類糞便樣品中，找出了可以用來(lái)預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌的腸道菌群特征。他們發(fā)現(xiàn)盡管兩項(xiàng)研究采納的數(shù)據(jù)來(lái)自歐洲、亞洲、美洲的多個(gè)國(guó)家，糞便樣本也來(lái)自生活在不同環(huán)境、有著不同飲食習(xí)慣的人群，然而腸道微生物組在結(jié)直腸癌發(fā)生時(shí)有著一致的特異性變化！

其中一項(xiàng)工作由歐洲分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室（EMBL）的科學(xué)家領(lǐng)銜。他們根據(jù)已有的4項(xiàng)結(jié)直腸癌研究和1項(xiàng)新增的研究，對(duì)386名結(jié)直腸癌患者和392名腸道健康的對(duì)照組受試的糞便樣品開(kāi)展宏基因組分析，也就是對(duì)糞便樣品中整個(gè)微生物群體的遺傳物質(zhì)進(jìn)行分析，找出患者腸道菌群有哪些與健康人群有顯著差別。

另一項(xiàng)由意大利Trento大學(xué)Nicola Segata教授主導(dǎo)的工作中，科學(xué)家們從5個(gè)公開(kāi)的數(shù)據(jù)庫(kù)和2個(gè)新增隊(duì)列中的結(jié)直腸癌患者和健康對(duì)照組中獲得了969份糞便樣品，采用鳥(niǎo)槍法宏基因組測(cè)序分析，尋找腸道微生物組和結(jié)直腸癌之間的關(guān)系。

以糞便樣本的數(shù)量和人群的多樣化來(lái)看，研究人員認(rèn)為，這兩項(xiàng)研究或許稱得上迄今規(guī)模最大的結(jié)直腸癌研究。

▲其中一項(xiàng)研究的薈萃分析，涵蓋了來(lái)自中國(guó)、美國(guó)、歐洲多國(guó)的樣本（圖片來(lái)源：參考資料[2]）

由于數(shù)據(jù)來(lái)自以往多項(xiàng)不同的研究，樣本的獲取方法、儲(chǔ)存條件、DNA抽提方法等都有所不同，兩組科學(xué)家分別設(shè)計(jì)了優(yōu)化的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)排除干擾因素。此外，生物信息學(xué)家借助宏基因組操作分類單元（mOTUs），對(duì)基因片段與它們所屬的微生物進(jìn)行關(guān)聯(lián)，不需要分離和培養(yǎng)糞便樣品中的細(xì)菌，就可以鑒別和量化樣品中的細(xì)菌種類，獲得對(duì)腸道微生物群的全面認(rèn)識(shí)。

盡管具體采用的方法不同，兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)殊途同歸，分別鑒定出了在結(jié)直腸癌患者的腸道菌群中豐度明顯高于健康腸道的細(xì)菌物種和菌株，可以作為與結(jié)直腸癌相關(guān)的生物標(biāo)志物。Trento大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)從中選出了16種差異最為顯著的細(xì)菌，該研究的第一作者Thomas博士說(shuō)：“希望以此為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單的診斷工具，無(wú)需對(duì)整個(gè)微生物群測(cè)序，同時(shí)又具有必要的精確度。”

▲意大利Trento大學(xué)的Nicola Segata教授（左數(shù)第10個(gè)）與其研究團(tuán)隊(duì)（圖片來(lái)源：University of Trento，拍攝者：Alessio Coser）

兩項(xiàng)研究結(jié)果為結(jié)直腸癌的發(fā)生提供了新的見(jiàn)解。他們發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌患者的腸道內(nèi)，除了過(guò)去已知與腸道疾病有關(guān)聯(lián)的幾種細(xì)菌外，還有一種名為具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum）的細(xì)菌非常豐富，然而這種細(xì)菌通常生活在口腔的某些區(qū)域。

過(guò)去人們?cè)J(rèn)為胃液的強(qiáng)酸性會(huì)阻止口腔中的這些細(xì)菌遷移到腸道，現(xiàn)在看來(lái)卻并非如此。這個(gè)結(jié)果也提示我們，控制口腔細(xì)菌的傳播，或許也是調(diào)節(jié)腸道菌群的一個(gè)重要途徑。

除了找出定植在結(jié)直腸癌患者腸道內(nèi)的細(xì)菌種類與健康腸道有哪些顯著差異外，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的訓(xùn)練，采用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)建立了預(yù)測(cè)模型，找出可以用于預(yù)測(cè)結(jié)直腸癌發(fā)生的微生物代謝特征。

▲腸道微生物表達(dá)膽堿代謝相關(guān)的酶的基因豐度在結(jié)直腸癌患者中更高（圖片來(lái)源：參考資料[1]）

研究人員對(duì)原始宏基因組的匯總分析顯示，結(jié)直腸癌的發(fā)生與微生物一種降解膽堿相關(guān)的基因有關(guān)。在結(jié)直腸癌患者的糞便樣品中，研究人員發(fā)現(xiàn)微生物的膽堿三甲酰胺酶（cutC-lyase）基因大量存在，這種基因表達(dá)的酶與膽堿的代謝有關(guān)。膽堿是肉類等食物中含有的一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，腸道內(nèi)某些細(xì)菌種類會(huì)將膽堿轉(zhuǎn)變?yōu)榭赡軐?duì)人體不利的代謝產(chǎn)物。這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步說(shuō)明，腸道微生物群與高脂飲食之間可能存在致癌聯(lián)系。