科研 | 南大一附院 & 浙一醫(yī)院(IF:8.469):胃癌微生物群與代謝產(chǎn)物的相互作用(國人佳作)
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胃癌(GC)的發(fā)生和進(jìn)展受 胃微生物群及其代謝物的影響 。在本研究中,我們分別使用 16s rRNA基因測序和超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜技術(shù)對37例GC腫瘤組織和匹配的非腫瘤組織的胃微生物組和代謝組譜進(jìn)行了表征。 GC腫瘤組織的微生物多樣性和豐富度高于非腫瘤組織。非腫瘤組織中螺桿菌 Helicobacter 的豐度增加,而腫瘤組織中乳酸桿菌 Lactobacillus 、鏈球菌 Streptococcus 、擬桿菌 Bacteroides 、普雷沃氏菌 Prevotella 等6個屬的豐度增加。 非靶向代謝組 分析揭示了150種差異代謝物,其中氨基酸、碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物、甘油磷脂和核苷在腫瘤組織中的相對豐度高于非腫瘤組織。 靶向代謝組 分析進(jìn)一步表明, 1-甲基煙酰胺和N-乙酰-D-氨基葡萄糖-6-磷酸的結(jié)合可以作為區(qū)分GC腫瘤和非腫瘤組織的可靠生物標(biāo)志物。 相關(guān)分析表明, 螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillus 分別與氨基酸、碳水化合物、核苷和甘油磷脂類中的大多數(shù)差異代謝物分別呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān) ,表明螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillus 可能分別參與了這兩類中大多數(shù)差異代謝物的降解和合成。不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、糞桿菌 Faecalibacterium 、鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 和鏈球菌 Streptococcus 也與許多不同的氨基酸、碳水化合物、核苷、核苷酸和甘油磷脂顯著相關(guān)。綜上所述,GC腫瘤組織和匹配的非腫瘤組織之間代謝組譜的差異可能部分是 由于螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillus 和其他細(xì)菌的綜合作用,最終影響了GC癌變的發(fā)生和進(jìn)展 。
論文ID
原 名: Interactions between gastric microbiota and metabolites in gastric cancer
譯 名 : 胃癌微生物群與代謝產(chǎn)物的相互作用
期刊 : Cell Death & Disease
IF: 8.469
發(fā)表時間: 2021.11.24
通訊作 者: Daofeng Dai、葉菁、江紅群、滕理送
通訊作者單位: 南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院;浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院
DOI號: 10.1038/s41419-021-04396-y
實驗設(shè)計
結(jié)果
如表S1所示,16s rRNA基因測序結(jié)果顯示,37對腫瘤和非腫瘤組織(隊列1,表1)產(chǎn)生了中位數(shù)為80,110的純化reads。為了測量組間微生物多樣性的差異,我們分析了α多樣性。反映物種豐富度的observed OTUs在腫瘤組織中顯著高于非腫瘤組織(464.00 vs. 231.00; P < 0.001;圖1A)。 衡量物種豐富度和均勻度的Shannon指數(shù)在腫瘤組織中也顯著高于非腫瘤組織 (5.20 vs. 2.98; P < 0.001;圖1B)。為了比較非腫瘤組織和腫瘤組織之間微生物群落的組成,我們分析β多樣性。加權(quán)UniFrac主坐標(biāo)分析(PCoA)顯示 在組之間檢測到顯著的聚類 (PERMANOVA, R 2 = 0.211 , P = 0.001,圖1C)。如韋恩圖所示,在非腫瘤組織和腫瘤組織中分別檢測到2222和3961個OTU,兩組同時檢測到1832個OTU(圖1D)。為了確定與GC相關(guān)的特定微生物群落,我們使用LEfSe分析了非腫瘤和腫瘤組織中胃微生物群的組成。在從門到屬的所有分類水平上,共鑒定出64個有區(qū)別的分類群(LDA > 3.5, Q < 0.05)。在門水平上,非腫瘤組織中變形桿菌 Proteobacteria 的豐度增加,而腫瘤組織中厚壁菌 Firmicutes 、擬桿菌 Bacteroidetes 、放線菌 Actinobacteria 、梭桿菌 Fusobacteria 和螺旋菌 Spirochetes 的豐度增加(圖1E)。在屬水平上,非腫瘤組織中螺桿菌 Helicobacter 的豐度升高,而腫瘤組織中乳酸桿菌 Lactobacillus 、鏈球菌 Streptococcus 、不動桿菌 Acinetobacter 、普雷沃氏菌 Prevotella 、鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 、擬桿菌 Bacteroides 、梭桿菌 Fusobacterium 、叢毛單胞菌 Comamonas 、穩(wěn)桿菌 Empedobacter 和糞桿菌 Faecalibacterium 的豐度增加(圖1E)。
表1 本研究中GC患者的臨床病理特征。
圖1 與匹配的非腫瘤組織相比,37例胃癌(GC)組織的胃微生物群發(fā)生了改變。A,B 觀察到的OTU和Shannon指數(shù)用于評估配對腫瘤和非腫瘤組織的微生物多樣性。進(jìn)行了Wilcoxon配對符號秩檢驗。C 加權(quán)UniFrac距離的主坐標(biāo)分析(PCoA)表明非腫瘤和腫瘤組織顯示出兩個不同的聚類。D 韋恩圖說明了配對的GC腫瘤組織和非腫瘤組織之間的共有OTU。E 通過線性判別分析(LDA)效應(yīng)大?。↙EfSe)(LDA > 3.5, Q < 0.05)確定的門和屬水平的差異分類群。
由于GC患者的非腫瘤組織和腫瘤組織的胃微生物群的多樣性和組成不同,我們假設(shè)代謝組學(xué)途徑的變化可能部分受GC患者胃微生物群的影響。因此,使用UHPLC-MS/MS對組織樣本(37對GC組織樣本)進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)分析,并在陽性和陰性模式下對1198種代謝物進(jìn)行了定量。PLS-DA評分圖顯示 腫瘤和非腫瘤組織分為兩個不同的聚類 ( R 2 Y = 0.89 和 Q 2 Y = 0.78)(圖2A)。對PLS-DA模型的檢驗表明 R 2 值大于 Q 2 值, Q 2 回歸線有一個負(fù)截距( R 2 = [0.0,0.56], Q 2 = [0.0,-0.44]),說明本研究的PLS-DA模型是有效的(圖2B)。我們觀察到150種代謝物在非腫瘤組織和腫瘤組織之間具有顯著差異的相對豐度(投影中的變量重要性 (VIP) > 1和 Q 值 < 0.05 和FC ≥ 2 或 FC ≤ 0.5)(表S2),其中包括21個氨基酸、12種碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物、24種脂肪酰基、29種甘油磷脂、5種吲哚和衍生物、7種核苷、4種核苷酸、5種類固醇和衍生物、3種苯類和2種甘油脂(圖3)。這些代謝物在氨基酸、碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物、甘油磷脂和核苷類中的相對豐度在腫瘤組織中高于非腫瘤組織(圖3)。至于脂肪?;惖拇x物, 與非腫瘤組織相比,腫瘤組織中羥基脂肪酸和前列腺素的脂肪酸酯的相對豐度降低 。與非腫瘤組織相比,這類代謝產(chǎn)物中的大多數(shù)在腫瘤組織中相對豐度增加。
圖2 胃癌組織的代謝組譜與匹配的非腫瘤組織的代謝組譜不同。A PLS-DA 顯示腫瘤組織和非腫瘤組織被分成兩個不同的聚類。B PLS-DA模型的檢驗表明本研究的PLS-DA模型是有效的。PLS-DA,偏最小二乘判別分析。QC,質(zhì)量控制。QC樣品是從所有樣品中提取等量的代謝物混合得到的,用于評價儀器的穩(wěn)定性。
圖3 熱圖顯示配對的胃癌組織和非腫瘤組織之間的差異代謝物。熱圖顯示了109種差異代謝物(VIP > 1和 Q 值 < 0.05 和倍數(shù)變化(FC) ≥ 2或FC ≤ 0.5)的比例相對豐度 (Lg)。從上到下有區(qū)別的代謝物是氨基酸、碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物、吲哚和衍生物、核苷、核苷酸、類固醇和衍生物、脂肪?;?、甘油脂和甘油磷脂。使用人類代謝組數(shù)據(jù)庫對差異代謝物進(jìn)行分類。 Q 值,修正 P 值。
為了鑒定用于區(qū)分腫瘤和非腫瘤組織的代謝物生物標(biāo)志物,我們根據(jù)VIP值選擇了前15種代謝物(圖4A)。在15種代謝物中,8種代謝物在腫瘤組織中的相對豐度高于非腫瘤組織(圖4B)。接下來,我們進(jìn)行了受試者工作曲線(ROC) 分析,以評估8種代謝物在區(qū)分腫瘤和非腫瘤組織方面的診斷準(zhǔn)確性。剔除了曲線下面積(AUC)< 0.95的代謝物。最后,我們獲得了兩個候選生物標(biāo)志物,1-甲基煙酰胺和 N -乙?;?D-葡糖胺-6-磷酸。它們相應(yīng)的AUC分別0.957(95% CI:0.917-0.997)和 0.951(95% CI:0.901-1.000)(圖4C)。兩種代謝物組合的AUC為0.976(95% CI:0.940–1.000)(圖4C)。這些結(jié)果表明1-甲基煙酰胺和 N -乙?;?D-氨基葡萄糖-6-磷酸的組合可作為區(qū)分GC腫瘤和非腫瘤組織的潛在生物標(biāo)志物。
圖4 用于區(qū)分胃腫瘤組織與非腫瘤組織的代謝物生物標(biāo)志物的鑒定。A 根據(jù) VIP 值顯示前15種代謝物。VIP,投影中的可變重要性。B 在15種代謝物中,8種代謝物的相對豐度較高,其余代謝物在腫瘤組織中的相對豐度低于非腫瘤組織。 Q 值,修正 P 值。C ROC分析1-甲基煙酰胺、 N -乙?;?D-氨基葡萄糖-6-磷酸以及這兩種代謝物的組合。ROC,受試者操作曲線。
為了驗證1-甲基煙酰胺和 N -乙酰-D-氨基葡萄糖-6-磷酸的組合作為區(qū)分GC腫瘤和非腫瘤組織的生物標(biāo)志物,我們招募了20名額外的GC患者(隊列2)進(jìn)行靶向代謝組學(xué)分析(表1)。如圖5A、B所示, GC腫瘤組織中1-甲基煙酰胺和 N -乙酰-D-葡糖胺-6-磷酸的濃度均顯著高于非腫瘤組織 ( P < 0.001)。1-甲基煙酰胺和N-乙?;?D-氨基葡萄糖-6-磷酸的AUC分別為0.908(95% CI:0.794-1.000)和0.835(95% CI:0.704-0.966)(圖5C,D)。兩種代謝物組合的AUC為0.945(95% CI:0.870–1.000)(圖5E)。這些結(jié)果表明 ,1-甲基煙酰胺和 N- 乙酰-D-氨基葡萄糖-6-磷酸的組合可以作為區(qū)分GC腫瘤和非腫瘤組織的有力生物標(biāo)志物。
圖5 用于區(qū)分胃腫瘤和非腫瘤組織的代謝物生物標(biāo)志物的驗證。A 比較了20名胃癌(GC)患者的腫瘤組織和匹配的非腫瘤組織之間的1-甲基煙酰胺濃度。B 20對GC腫瘤和非腫瘤組織之間 N -乙酰基-D-葡糖胺-6-磷酸的濃度比較。1-甲基煙酰胺 (C)、 N -乙?;?D-葡糖胺-6-磷酸(D)和兩種代謝物的組合(E)的C-E ROC分析。ROC,受試者操作曲線。
為了確定與非腫瘤和腫瘤組織中差異代謝物相關(guān)的主要代謝途徑和信號途徑,我們進(jìn)行了KEGG富集分析。圖6A顯示了150個不同的代謝產(chǎn)物,通過多種途徑分布,包括色氨酸代謝、氨基酸生物合成、脂肪酸生物合成、膽汁分泌和半乳糖代謝等。此外, 谷胱甘肽、半胱氨酸和蛋氨酸代謝、氨基糖和核苷酸糖代謝以及甲狀腺激素合成途徑顯著豐富。 谷胱甘肽、半胱氨酸和甲硫氨酸代謝(5種差異代謝通路)、氨基酸生物合成(7種差異代謝通路)和膽汁分泌(6種差異代謝通路)的差異代謝產(chǎn)物含量均高于其他代謝通路。
圖6 代謝物的通路分析以及微生物群和代謝物的綜合分析。A 使用KEGG數(shù)據(jù)庫研究了這些代謝物和代謝途徑的功能,并通過氣泡圖顯示了富集的途徑。B 使用Spearman相關(guān)方法分析了主要富集途徑中11個鑒別屬和25個差異代謝物之間的關(guān)聯(lián)。紅色,正相關(guān);藍(lán)色,負(fù)相關(guān)。 *P 值 < 0.05;** P 值 < 0.01。
利用Spearman相關(guān)分析評估了主要富集途徑中11個鑒別屬與25個差異代謝物之間的關(guān)聯(lián),差異代謝物不僅與螺桿菌屬 Helicobacter 相關(guān),還與其他屬相關(guān)(圖6B)。螺桿菌 Helicobacter 在非腫瘤組織中富集,與氨基糖和核苷酸糖代謝途徑中的差異代謝物;谷胱甘肽、半胱氨酸和蛋氨酸代謝;和脂肪酸的生物合成呈顯著負(fù)相關(guān)。這表明螺桿菌 Helicobacter 在這些代謝物的降解中起作用。氨基糖和核苷酸糖代謝途徑中的所有差異代謝物與乳酸桿菌 Lactobacillus 、鏈球菌 Streptococcus 、普雷沃氏菌 Prevotella 、不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、穩(wěn)桿菌 Empedobacter 和糞桿菌 Faecalibacterium 呈顯著正相關(guān)。乳酸桿菌 Lactobacillus 和鏈球菌 Streptococcus 均與谷胱甘肽、半胱氨酸和蛋氨酸代謝途徑中5種差異代謝物中的4種呈顯著正相關(guān)。脂肪酸生物合成途徑中的所有差異代謝物均與糞桿菌 Faecalibacterium 呈顯著正相關(guān)。該途徑中四分之三的差異代謝物與乳酸桿菌 Lactobacillus 和擬桿菌 Bacteroides 呈顯著正相關(guān)。這些結(jié)果表明, 乳酸桿菌 Lactobacillus 、鏈球菌 Streptococcus 、普雷沃氏菌 Prevotella 、不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、穩(wěn)桿菌 Empedobacter 和糞桿菌 Faecalibacterium 和擬桿菌 Bacteroides 對各自途徑中差異代謝物的合成有很大貢獻(xiàn)。 乳酸桿菌 Lactobacillus 與膽汁分泌途徑、氨基酸生物合成途徑和色氨酸代謝途徑中的所有差異代謝物顯著相關(guān)。在這些途徑中,螺桿菌 Helicobacter 與幾種鑒別代謝物也表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。
我們分析了不同屬和不同類代謝產(chǎn)物之間的關(guān)聯(lián)。如圖7A所示,螺桿菌 Helicobacter 與16種脂肪?;@著相關(guān),而乳酸桿菌 Lactobacillus 與21種脂肪酰基顯著相關(guān),表明 該類別中的代謝物受螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillus 的強(qiáng)烈影響 。螺桿菌 Helicobacter 與氨基酸、碳水化合物、核苷、核苷酸和甘油磷脂類中的大多數(shù)差異代謝物呈負(fù)相關(guān);然而,乳酸桿菌 Lactobacillus 與這些類別中的大多數(shù)差異代謝物呈正相關(guān)(圖7B-D)。這些結(jié)果表明, 螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillu 可能分別有助于這些類別代謝物的降解和合成。 擬桿菌 Bacteroides 與18種脂肪酰基和19種甘油磷脂顯示出顯著關(guān)聯(lián),而糞桿菌 Faecalibacterium 與21種脂肪?;?2種甘油磷脂顯示出顯著相關(guān)性(圖7A、B)。這些結(jié)果表明擬桿菌 Bacteroides 和糞桿菌 Bacteroides 可能在脂肪酰基和甘油磷脂的合成或降解中起重要作用。叢毛單胞菌 Comamonas 與14個氨基酸顯著正相關(guān),表明叢毛單胞菌 Comamonas 對氨基酸合成的重要貢獻(xiàn)(圖7C)。不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、糞桿菌 Faecalibacterium 、鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 和鏈球菌 Streptococcus 分別與7、7、7、5和6種碳水化合物呈顯著正相關(guān),表明不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、糞桿菌 Faecalibacterium 、 鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 和鏈球菌 Streptococcus 可能參與碳水化合物的合成(圖7D)。相關(guān)性分析還表明, 叢毛單胞菌 Comamonas 和鏈球菌 Streptococcus 可能在核苷和核苷酸的合成中發(fā)揮作用 (圖7D)。
圖7 不同類屬和代謝物相關(guān)性分析。A-D 脂肪?;?n = 24)(A)、甘油磷脂( n = 29)(B)、氨基酸( n = 21)(C)類中11個差異屬與鑒別代謝物的相關(guān)性分析、碳水化合物( n = 12)、核苷( n = 7)和核苷酸( n = 4)(D)。紅色,正相關(guān);藍(lán)色,負(fù)相關(guān)。* P 值 < 0.05;** P 值 < 0.01。
微生物組和非靶向代謝組分析隊列1納入16例早期(I-II期)胃癌患者和21例晚期(III期)胃癌患者(表1)。熱圖顯示大部分碳水化合物從非腫瘤組織逐漸增加到早期和晚期腫瘤組織(圖8)。特別是, N -乙酰-D-氨基葡萄糖-6-磷酸的濃度從非腫瘤組織到早期和晚期腫瘤組織逐漸升高,差異顯著 ( Q < 0.05,圖S1)。我們觀察到不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 和鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 的豐度從非腫瘤組織到早期和晚期腫瘤組織逐步增加(圖S2 D-F)。盡管如此,差異并不顯著( Q > 0.05)。然而,在螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 和鏈球菌 Streptococcus 中沒有觀察到這種趨勢(圖S2 A-C)。如圖S3和S4顯示,并發(fā)癥與微生物群之間以及并發(fā)癥與代謝物之間沒有相關(guān)性。
圖8 熱圖顯示代謝物與腫瘤分期之間的關(guān)聯(lián)。顯示了非腫瘤組織( n = 37)、早期(I-II期, n = 16)和晚期胃腫瘤組織(III期, n = 21)代謝物的差異。熱圖顯示了109種代謝物的比例相對豐度(Lg)。
討論
本研究發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中胃微生物群的多樣性和豐富度高于非腫瘤組織,這與之前的研究結(jié)果一致。然而,Liu等人觀察到,與來自276名GC患者的非腫瘤組織相比,腫瘤周圍和腫瘤組織的多樣性和豐富度降低。微生物多樣性與胃黏膜組織的關(guān)系尚未達(dá)成共識。與非腫瘤組織相比, GC腫瘤組織中螺桿菌 Helicobacter 的相對豐度降低 ,這與之前兩項研究的結(jié)果一致。螺桿菌 Helicobacter 的減少可能是由于特殊的腺體組織的喪失和酸分泌的減少。
本研究中乳酸桿菌 Lactobacillu 豐度在胃癌組織中僅次于螺桿菌 Helicobacter 豐度排名第二,與之前的研究結(jié)果有所不同。然而,一些研究發(fā)現(xiàn), 與健康對照組相比,GC患者中螺桿菌 Helicobacter 的比例更高。 Liu等人還發(fā)現(xiàn),與非腫瘤組織相比,GC腫瘤組織中的乳酸桿菌 Lactobacillu 含量更高。Sonveaux等人報道,乳酸桿菌 Lactobacillu 可能產(chǎn)生代謝物,可用作腫瘤生長和血管生成的能量來源。先前的研究還表明,與非腫瘤組織相比,GC腫瘤組織中鏈球菌 Streptococcus 的豐度增加。而與非腫瘤組織相比,肺癌患者的腫瘤組織中鏈球菌 Streptococcus 的豐度升高。鏈球菌 Streptococcus 與肺癌患者的ERK和PI3K信號通路的上調(diào)相關(guān),氣道上皮細(xì)胞在體外暴露于鏈球菌導(dǎo)致這些相同的信號通路上調(diào)。我們發(fā)現(xiàn)擬桿菌 Bacteroides 在腫瘤組織中的豐度高于非腫瘤組織。僅含有乳酸桿菌 Lactobacillu 、擬桿菌 Bacteroides 和梭狀芽孢桿菌 Clostridium 的限制性胃微生物區(qū)系促進(jìn)GC的發(fā)育,其速率與胰島素-胃泌素轉(zhuǎn)基因小鼠的復(fù)雜微生物區(qū)系相似。
我們的微生物組研究與之前的兩項研究有一些相似之處,但也與兩項研究略有不同。Shao等人的研究,利用胃賁門組織進(jìn)行微生物組分析,而Liu等人的研究,使用近端胃、胃體/胃底部和胃竇組織進(jìn)行研究。我們的研究還 使用了近端胃、胃體/胃底部和胃竇組織。 我們的研究與Liu等人研究之間的差異主要在于Liu等人的研究樣本主要來自胃體/胃底部和胃竇,而我們研究的樣本主要來自近端胃和胃竇。因此,3項研究之間的差異可能源于不同腫瘤定位的樣本。
我們對GC腫瘤組織和匹配的非腫瘤組織的代謝組分析揭示了150種不同的代謝物,包括氨基酸、碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物、脂肪?;?、甘油磷脂、核苷和核苷酸。與之前的研究一致,氨基酸類中的大多數(shù)有區(qū)別的代謝物在腫瘤組織中的相對豐度高于非腫瘤組織。由于腫瘤細(xì)胞利用氨基酸來產(chǎn)生能量并合成蛋白質(zhì)和核苷,因此增加氨基酸濃度對腫瘤細(xì)胞增殖至關(guān)重要。我們還觀察到, 與非腫瘤組織相比,腫瘤組織中碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物的相對豐度增加。 葡萄糖攝取升高是腫瘤細(xì)胞的代謝特征,碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物可用作腫瘤細(xì)胞的葡萄糖來源。因此,增加碳水化合物和碳水化合物結(jié)合物對于提供足夠的葡萄糖以滿足腫瘤細(xì)胞生長的能量需求可能是至關(guān)重要的。在本研究中發(fā)現(xiàn) GC腫瘤組織中核苷水平升高 ,這與之前的研究一致。Kaji等人報道,與沒有腹膜復(fù)發(fā)的GC患者相比,有腹膜復(fù)發(fā)的GC患者的核苷濃度增加。核苷(尤其是腺苷)水平的提高可能導(dǎo)致GC患者的生存期縮短。腺苷是一種關(guān)鍵的代謝和免疫檢查點調(diào)節(jié)因子,參與腫瘤從宿主免疫系統(tǒng)的逃逸。許多靶向腺苷代謝的療法正在進(jìn)行中。一項研究發(fā)現(xiàn),6種甘油磷脂與前列腺癌的風(fēng)險呈正相關(guān)。有趣的是,我們觀察到25種甘油磷脂在GC腫瘤組織中水平升高,這可能在GC發(fā)展中起重要作用。
KEGG富集分析表明, 谷胱甘肽、半胱氨酸和甲硫氨酸代謝途徑中含有5種代謝物(谷胱甘肽、 S -腺苷高半胱氨酸、 S -腺苷甲硫氨酸、L-胱硫醚和 S -甲基-5’-硫腺苷),其中相對豐度顯著增加。 Kaji等人報道,谷胱甘肽在GC腫瘤組織中的水平高于非腫瘤組織。與非腫瘤組織相比,嫌色腎細(xì)胞癌患者的腫瘤組織中的谷胱甘肽水平也有所增加。谷胱甘肽和半胱氨酸是非常重要的抗氧化劑, S -腺苷高半胱氨酸、 S -腺苷甲硫氨酸、L-胱硫醚和 S -甲基-5’-硫腺苷可以作為谷胱甘肽和半胱氨酸的前體。因此,該途徑中代謝物水平的增加可以為GC腫瘤組織提供強(qiáng)大的抗氧化能力。在該途徑中,螺桿菌 Helicobacter 與鑒別代謝物呈負(fù)相關(guān),而乳酸桿菌 Lactobacillu 和鏈球菌 Streptococcus 與這些代謝物呈正相關(guān),表明螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 和鏈球菌 Streptococcus 共同導(dǎo)致了該途徑中差異代謝物的相對豐度增加。我們的數(shù)據(jù)還表明,脂肪酸生物合成途徑中的鑒別代謝物的水平被螺桿菌 Helicobacter 、 糞桿菌 Faecalibacterium 、乳酸桿菌 Lactobacillu 和擬桿菌擬桿菌 Bacteroides 的集體活性上調(diào)。一致地,我們發(fā)現(xiàn)螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 、糞桿菌 Faecalibacterium 和擬桿菌 Bacteroides 可能共同導(dǎo)致脂肪酰基和甘油磷脂類代謝物相對豐度的改變。氨基糖和核苷酸糖代謝途徑中差異代謝物的相對豐度升高可能是由于螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 、鏈球菌 Streptococcus 、普雷沃氏菌 Prevotella 、不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、穩(wěn)桿菌 Empedobacter 和糞桿菌 Faecalibacterium 的共同影響,這與觀察到的螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 、不動桿菌 Acinetobacter 、叢毛單胞菌 Comamonas 、糞桿菌 Faecalibacterium 、鞘氨醇單胞菌 Sphingomonas 和鏈球菌 Streptococcus 可能共同負(fù)責(zé)碳水化合物的合成的結(jié)果一致。 螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillu 分別與氨基酸、碳水化合物、核苷、核苷酸和甘油磷脂類中的大多數(shù)差異代謝物呈負(fù)相關(guān)和正相關(guān),表明螺桿菌 Helicobacter 和乳酸桿菌 Lactobacillu 可能分別參與了這兩類中大多數(shù)差異代謝物的降解和合成。 這些結(jié)果表明 GC組織的代謝組譜受螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 等微生物的影響較大,可能促進(jìn)GC的發(fā)展。
我們的研究有幾項局限性。首先, 樣本量非常小 ,導(dǎo)致臨床特征與微生物組、臨床特征與代謝組之間缺乏顯著相關(guān)性。其次,我們 沒有進(jìn)行縱向研究 ,因為我們無法從招募的患者那里獲得連續(xù)的組織樣本。第三,我們利用極易過擬合的 PLS-DA來表征GC腫瘤和非腫瘤組織之間的差異代謝物。因此,需要適當(dāng)?shù)哪P万炞C,我們證明了 模型不是過度擬合的 。第四,飲食會嚴(yán)重影響胃微生物群和代謝物,但我們 無法獲得患者的飲食信息來分析飲食對胃微生物群和代謝物的影響。
結(jié)論
總之,我們首次對GC患者的腫瘤組織和匹配的非腫瘤組織的微生物組和代謝組進(jìn)行了分析。腫瘤組織和非腫瘤組織的胃微生物群的多樣性和組成存在顯著差異。非腫瘤組織中富含螺桿菌 Helicobacter ,而腫瘤組織中富含乳酸桿菌 Lactobacillu 、鏈球菌 Streptococcus 、不動桿菌 Acinetobacter 、普雷沃氏菌 Prevotella 和其他6個屬。 GC腫瘤組織中的代謝組譜與匹配的非腫瘤組織中的代謝組譜顯著不同,部分原因可能與螺桿菌 Helicobacter 、乳酸桿菌 Lactobacillu 和其他細(xì)菌的綜合作用有關(guān)。 胃微生物組和代謝組譜的差異最終會影響GC的發(fā)生和進(jìn)展。這些微生物群和代謝物的功能值得進(jìn)一步研究,因為它們可能揭示或加強(qiáng)GC治療。
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