Gut：獨特的口腔菌群可以用來預測結直腸癌

發(fā)稿時間：2017-11-03來源：天昊生物

副標題：結直腸癌竟然可以用口腔菌群來篩查！

英文題目：The oral microbiota in colorectal cancer is distinctive and predictive

中文題目：結直腸癌的口腔菌群是獨特的，可以用來預測結直腸癌

期刊名：Gut            發(fā)表時間： 2017.10           影響因子： 16.658

研究對象：

99名CRC患者，32名結腸直腸息肉患者，103名對照者的口腔拭子、結腸粘膜和糞便樣本

 

技術手段：16S rRNA 擴增子測序（V3-V4）

研究背景： 

腸道菌群變化與結腸直腸癌(CRC)顯著相關，值得注意的是結腸腫瘤患者含有豐度較高的口腔細菌。然而目前尚不清楚結腸粘膜相關細菌類群是否是口腔衍生的，或者這種情況只是某些患者的特有情況，或者口腔菌群適合用來篩選CRC患者。

研究結果：

1、 與對照相比CRC患者的口腔菌群差異很大

所有口腔拭子樣本中10個最豐富的細菌屬分別是：鏈球菌（30.7%），嗜血桿菌（14.2%）、奈瑟菌（8.8%），普雷沃菌（6.6%），具核梭桿菌（5.4%），韋榮球菌（5.4%），纖毛菌（3.9%），羅思氏菌（3.9%），放線菌（2.9%）和卟啉單胞菌（2.4%）。這些微生物豐度比例與以前口腔微生物研究中所報道的相似。與對照相比，CRC患者的口腔菌群差異很大。有7個OTU出現(xiàn)明顯差異：Haemophilus, Parvimonas,Prevotella, Alloprevotella, Lachnoanaerobaculum, Neisseria，Streptococcus，這些差異菌絕大部分在CRC患者中豐度更低。盡管對照組和息肉患者的整體菌群結構相似，仍然有4個OTU存在豐度差異，這其中有3個OTU也在CRC患者中存在差異。

 

圖1. PCoA分析顯示結直腸癌患者和對照者存在口腔菌群顯著性差異。

2、 口腔和糞便微生物群可作為結直腸癌標志物

目前非侵入性篩查工具是基于追查結腸病變釋放的便血來檢測晚期癌癥，但是這些方法檢測早期病變的敏感性很差。根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，基于RF分類方法評估了口腔微生物作為識別息肉和結腸直腸癌患者篩檢工具的適宜性。這個模型鑒定了16個口腔微生物可以用于區(qū)分CRC患者和健康人，檢測靈敏度達到53%，檢測特異性達到96% (AUC: 0.9)（圖2）。這個模型鑒定了12個口腔微生物可以用于鑒別結腸息肉患者，檢測靈敏度達到67% (95% CI：23.81% - 90.48%) (AUC: 0.89)。然而使用糞便微生物建立的模型來鑒別CRC患者的靈敏度相當?shù)?，檢測靈敏度達到22%，檢測特異性達 95%(AUC: 0.81)。結合26個糞便微生物和12個口腔微生物群可以將該模型針對CRC患者的檢測靈敏度增加至76％(AUC: 0.94), 結合34個糞便微生物和29個口腔微生物群針對息肉患者的檢測靈敏度增加至88％(AUC: 0.98) （圖2）。

 

圖2. 使用來自從口腔，糞便或兩者組合來預測CRC患者（A）和息肉患者（B）的ROC曲線及AUC值。FPR，假陽性率； TPR，真陽性率。

3、 CRC和結腸息肉患者含有豐富口腔細菌

很多研究發(fā)現(xiàn)CRC和結腸息肉患者含有豐富的口腔細菌，這些細菌與炎癥性宿主反應有關，并且加速結直腸癌發(fā)展。本研究關注口腔、CRC和結腸息肉患者組織樣本共有的17個OTU?；谒鼈冊谀[瘤樣本中的豐度對它們進行聚類（圖3a），發(fā)現(xiàn)兩個腫瘤相關的CAG：

1） 第1個CAG，屬于口腔病原菌，它們與口腔生物膜的晚期定植和CRC發(fā)生有關(定義為oral pathogen CAG，包括7個OUT) ，如F. nucleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis, Dialister pneumosintes。

2） 第2個CAG是早期牙生物膜形成過程的優(yōu)勢菌，它們主要與 健康牙周袋形成相關(定義為biofilm CAG，包括10個OUT)，如Actinomyces, Haemophilus, Rothia, Streptococcus，Veilonella spp.。

3） 相對于健康對照，這個兩個CAG在腫瘤on 和off 組別豐度更高（圖3b）。

 

圖3. 結腸粘膜中檢測到口腔細菌，并在CRC組富集。A. 17個與腫瘤組織相關的口腔OUT聚類成2個CAG。B. 口腔病原體CAG和口腔生物膜CAG在CRC患者結腸部位豐度更高。

4、 口腔粘膜和結腸組織具有類似的細菌網(wǎng)絡

分析了不同疾病階段和不同樣本類型的口腔細菌網(wǎng)絡，結果發(fā)現(xiàn)：結直腸癌活檢組織發(fā)現(xiàn)的細菌網(wǎng)絡（圖4a）與口腔拭子（圖4b）以及結腸直腸癌和結腸息肉患者健康組織樣本（圖4c）類似。另外口腔環(huán)境細菌類網(wǎng)絡與健康人的組織樣本也很相似（圖4d），這表明這些細菌網(wǎng)絡在CRC發(fā)展之前就存在，并且參與到CRC發(fā)生過程中。從結腸癌或息肉者糞便樣本（圖4e）和健康對照組糞便樣本中（圖4f）只能檢測到部分網(wǎng)絡,這表明糞便樣本在檢測CRC患者菌群方面具有局限性。

 

 

圖4. 結腸粘膜表面（A、C、D）檢測到的細菌網(wǎng)絡與口腔粘膜表面（B）檢測到的細菌網(wǎng)絡相似，而糞便樣本中沒有或僅僅檢測到部分細菌網(wǎng)絡（E、F）。A. 病變結直腸組織;  B.口腔拭子樣本; C. 結腸直腸癌和結腸息肉患者健康組織樣本; D. 健康人的組織樣本;  E. 結腸癌患者或息肉者糞便樣本；F. 健康對照組糞便樣本;

5、 低豐度毛螺旋菌有利于與CRC相關口腔病原體定植腸黏膜

考慮到口腔細菌與結腸直腸癌活檢組織菌群改變相關，以及口腔細菌可用于篩查CRC，因此推測口腔菌群可能普遍反映腸道菌群組成。然而在口腔和結腸都存在并且在結直腸癌組織顯著富集的細菌通常在CRC患者的口腔黏膜中比健康者少。此外CRC患者口腔部位檢出的口腔病原體CAG細菌總數(shù)也較低。因此想知道人體（無論患癌與否）的總體腸道菌群組成是否決定口腔細菌成為腸道菌群的一部分。

l 首先確定了結腸病變部位（圖5a）和正常人結腸黏膜的細菌CAG：在CRC患者富集的CAG主要包括Bacteroidetes, Prevotella和口腔細菌CAG，而毛螺旋菌CAG（產(chǎn)丁酸梭菌，能降低CRC風險）在CRC患者中較少（圖5a）。

l 無論是結腸病變部位還是正常人結腸黏膜，口腔病原體CAG與毛螺旋菌CAG都呈強負相關（圖5a，深綠色CAG），實際上96%的口腔細菌與毛螺旋菌CAG呈負相關。

l 接著評估了結直腸癌部位口腔細菌的發(fā)病率：結果發(fā)現(xiàn)盡管口腔病原體CAG和口腔生物膜CAG在CRC患者結腸部位豐度更高，但是只在40%–70%結直腸癌部位定植（圖5b）。

l 毛螺旋菌CAG豐度和西方式飲食呈負相關，這表明CRC相關口腔細菌在腸道的定植與可能部分由高脂肪和碳水化合物的西方飲食所介導。

l 以上結果表明結腸直腸癌，結腸息肉及具有低豐度毛螺旋菌個體更容易在結腸部位發(fā)生口腔細菌的定植。

 

圖5. CRC患者結腸粘膜口腔細菌定植與處毛螺旋菌豐度負相關。A. 結腸病變部位口腔病原菌（亮紅色）的相對豐度與毛螺旋菌（深綠色）豐度負相關。B. 口腔病原體CAG和口腔生物膜CAG在結腸部位的發(fā)病率。

6、 口腔細菌與非腫瘤性結腸疾病

為了確定口腔細菌在結腸定植是否只發(fā)生在老年人。把本研究數(shù)據(jù)（V4區(qū)序列）和300個CD（克羅恩?。﹥和颊吆徒】祵φ照叩?/span>16S數(shù)據(jù)（V4區(qū)序列）進行比較分析。結果發(fā)現(xiàn)和CRC結果一樣，CD兒童患者的病原CAG也包括口腔來源細菌（圖6a）。CRC患者和CD患者具有以下共同細菌：Fusobacterium,Haemophilus, Streptococcus, Gemella, Rothia, Actinomyces,Granulicatella，Veilonella。而Peptostreptococcus，Parvimonas只在CRC患者中存在（圖6b）。這兩種疾病共有的口腔菌種具有類似的網(wǎng)絡（圖6 c-e）。類似于CRC，CD患者中口腔細菌的豐度與毛螺旋菌的豐度呈負相關。

 

圖6.非腫瘤性和腫瘤性結腸疾病細菌譜具有相似性。A.有無CD疾病兒童直腸組織菌種相關性的heatplot圖。B. CD患者結腸，CRC患者結腸腫瘤和口腔拭子細菌的維恩圖。C–E. 在口腔和不同結腸組織樣本中發(fā)現(xiàn)的細菌網(wǎng)絡圖，（C）CRC腫瘤；（D）CD粘膜；（E）健康對照者黏膜。