說起大便，很多人可能會掩鼻皺眉。如今越來越多的科學(xué)研究試圖從糞便中分析腸道菌群的特點，以期獲得有關(guān)疾病的線索。
腸道菌群是指生活在腸道中的微生物群體，它們可用于預(yù)測結(jié)直腸癌的發(fā)生。結(jié)直腸癌是消化道最常見的惡性腫瘤之一。它是女性第二大常見癌癥，也是男性第三大常見癌癥。
近日，一國際科學(xué)家團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌與腸道微生物群模式的變化之間存在聯(lián)系，而這種變化并不依賴于研究對象的飲食習(xí)慣。這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)能夠預(yù)測疾病出現(xiàn)的非侵入性檢測鋪平了道路。研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Medicine》上。
兩大重要研究結(jié)果
該研究確定了與結(jié)直腸癌相關(guān)的微生物群，并在微生物代謝中發(fā)現(xiàn)了可用于預(yù)測疾病發(fā)生的特征。
這項研究還有兩個重要的成果。一是在結(jié)直腸癌患者的腸道中發(fā)現(xiàn)了一種特殊的細(xì)菌，這種細(xì)菌常見于口腔和呼吸道。另一個是結(jié)直腸癌與微生物酶基因存在相關(guān)性，微生物酶降解膽堿，而膽堿是必需的維生素B群營養(yǎng)素。
研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者體內(nèi)的具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum）水平高于健康個體。這種細(xì)菌通常生活在口腔的某些區(qū)域，而在胃腸道等其他部分出現(xiàn)則被認(rèn)為是致命的。
圣保羅大學(xué)(University of Sao Paulo)生物信息學(xué)博士Andrew Maltez Thomas說：“在結(jié)腸直腸癌患者中，大量的口腔細(xì)菌往往會進(jìn)入腸道。這種遷移可能導(dǎo)致腸道炎癥，進(jìn)而引發(fā)腫瘤。然而，我們不知道這種遷移的真正原因，只知道腸道中這些細(xì)菌的存在與結(jié)直腸癌之間存在聯(lián)系，這種聯(lián)系值得進(jìn)一步研究。”
另一項發(fā)現(xiàn)是，在結(jié)直腸癌患者的糞便樣本中發(fā)現(xiàn)了一種重要的微生物酶膽堿三甲胺裂解酶(cutC)基因，這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步證實了腸道微生物群與脂肪飲食之間存在致癌聯(lián)系的可能性。Thomas說:“當(dāng)這種酶分解大量紅肉和其他脂肪類食物中的膽堿時，會釋放出一種眾所周知的致癌物質(zhì)——乙醛。”
有關(guān)聯(lián)并不意味著有因果關(guān)系
在過去的10年里，有關(guān)腸道微生物群與人類健康之間聯(lián)系的研究不斷發(fā)展，但這項新研究的創(chuàng)新之處是，它將細(xì)菌視為疾病發(fā)展的標(biāo)志。
該文章的合作者Emmanuel Dias-Neto說：“標(biāo)記物通常與腫瘤細(xì)胞直接相關(guān)。我們使用不同的概念。我們的分析是基于生活在腸道內(nèi)的數(shù)百種細(xì)菌中相對較少的細(xì)菌集合的變化。”
從腸道微生物群中獲得的DNA測序，使研究人員能夠識別每個糞便樣本中存在的細(xì)菌，測量每個細(xì)菌的數(shù)量，并識別它們基因組中的變異，這些變異可能與不同的結(jié)果有關(guān)，比如結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險增加。
然而，需要強(qiáng)調(diào)的是，這項研究并沒有顯示腸道微生物群的改變會導(dǎo)致結(jié)直腸癌。
研究人員表示，“我們發(fā)現(xiàn)了一種關(guān)聯(lián)，但這并不一定意味著有因果關(guān)系。特定的細(xì)菌是否會導(dǎo)致癌癥或者癌癥在結(jié)直腸導(dǎo)管中創(chuàng)造了一個不同的環(huán)境，從而使特定的細(xì)菌比其他細(xì)菌更有優(yōu)勢，我們還沒有答案。”
多方助力，豐富研究數(shù)據(jù)
研究人員表示，這可以說是迄今為止規(guī)模的一次直腸癌研究，研究人員將宏基因組學(xué)、生物信息學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)（使用人工智能）結(jié)合起來，分析了來自加拿大、中國、法國、德國、日本、美國等國家的969人的糞便樣品。
研究小組分析了來自特倫托大學(xué)的五項公共研究和另外兩項研究的數(shù)據(jù)。根據(jù)這七項研究的數(shù)據(jù)，他們能夠識別酶和細(xì)菌，并找出腸道微生物群如何預(yù)測結(jié)直腸癌的發(fā)展。
“樣本的DNA測序需要區(qū)分微生物群DNA和人類DNA，這是鑒定和量化樣本中存在的微生物及其基因種類的一種手段，” Thomas說。“我們從糞便樣本中提取了DNA，并對其進(jìn)行了測序。然后我們使用計算方法來分析數(shù)據(jù)，結(jié)果我們能夠識別和量化物種和基因豐度。”
值得注意的是，這一發(fā)現(xiàn)也得到了特倫托大學(xué)計算生物學(xué)家Nicola Segata的證實，他也是該項目的海外主管。德國歐洲分子生物學(xué)實驗室(European Molecular Biology Laboratory, EMBL)進(jìn)行的另一項有關(guān)腸道微生物群與癌癥之間聯(lián)系的研究也進(jìn)一步證實了這一發(fā)現(xiàn)。更為巧合的是，關(guān)于EMBL研究的一篇文章發(fā)表在同一期的《Nature Medicine》雜志上。
Thomas說到，“在準(zhǔn)備論文的過程中，我們與另一個小組交換了數(shù)據(jù)和信息，事實證明，這對加強(qiáng)我們的研究結(jié)果非常重要。盡管我們使用了機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)和不同的統(tǒng)計方法，但我們得出了相同的結(jié)論，即腸道微生物群可以預(yù)測不同人群和研究中結(jié)直腸癌的存在。”
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