基于PacBio SMRT测序技术分析食管癌特征性肠道菌群及其生物标志物

作者：万萍; 沈伟涛; 彭珍燕; 刘冉^*

来源：环境与职业医学, 2022, 39(09): 1011-1020.

• PacBio单分子实时测序技术
• 食管癌
• 肠道菌群
• 16S rDNA
• 生物标志物

[背景]食管癌是常见的消化道肿瘤，中国是食管癌高发地区。有研究提示，肠道菌群与肿瘤等多种疾病的发生发展相关。受测序读长所限，传统的16S rDNA测序技术只能鉴定到属。[目的]本研究基于PacBio单分子实时(SMRT)测序技术在种水平筛选与食管癌相关的特征性微生物标志。[方法]招募首次诊断为食管癌的新发病例120例，和性别、年龄匹配的健康对照60例。采集所有研究对象的新鲜粪便样本。利用第三代测序PacBio SMRT技术对4例食管癌患者及1:1匹配的健康对照者样本进行16S rDNA全长测序，基于测序结果分析其肠道菌群结构差异。采用PICRUSt软件进行功能预测。通过线性判别分析和群落差异分析筛选差异肠道微生物进行大样本人群验证，识别食管癌相关肠道微生物。[结果]基于测序样本，α多样性分析中食管癌组的Ace、Chao1、Simpson Diversity、Shannon Wiener指数均高于健康对照组(P<0.05),β多样性分析显示食管癌组和健康对照组散点簇分离，二者肠道菌群结构存在差异。在门水平上，食管癌组肠道菌群中变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门丰度升高。在属水平上，食管癌组毛螺旋菌属、巴氏杆菌属、罗斯氏菌属和拟杆菌属相对丰度增加。在种水平上，食管癌组相对丰度增加的微生物是肠杆菌E.20、卵形拟杆菌V975、普氏栖粪杆菌等11种，丰度降低的微生物是皮氏罗尔斯通氏菌、肠杆菌未分类、唾液链球菌JIM8777 3种。PICRUSt功能注释后发现食管癌组与健康组在丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢(map00250)、肽聚糖生物合成(map00550)、叶酸一碳单位库(map00670)、硫胺素代谢(map00730)、氨基酸的生物合成(map01230)通路上存在差异。对验证人群的分析结果显示，与健康对照人群相比，食管癌人群的肠杆菌E.20、马赛拟杆菌的丰度升高，唾液链球菌JIM8777的丰度降低，差异具有统计学意义(P<0.05)。建立受试者工作特征分析发现，肠杆菌E.20、唾液链球菌JIM8777、马赛拟杆菌联合诊断的曲线下面积(AUC)为0.779，高于单一诊断结果(AUC分别为0.610、0.608、0.659)。[结论]食管癌组的肠道菌群与健康对照组存在差异。肠杆菌E.20、唾液链球菌JIM8777、马赛拟杆菌的联合应用对食管癌的诊断具有潜在应用价值。

• 单位
  公共卫生学院; 东南大学