IF = 36.13（Nat Med）
樣本類型：糞便
檢測平臺：宏基因組測序、非靶向代謝組
背景知識
腸道生態(tài)環(huán)境的改變與人類健康與疾病顯著相關(guān)。腸道代謝物，包括氨基酸和細(xì)菌代謝物（eg. 膽汁酸和短鏈脂肪酸）與腸癌狀態(tài)有關(guān)。因此，通過宏基因組和代謝組分析可以為了解腸道環(huán)境的變化與 CRC 的發(fā)展提供方法。
結(jié)直腸癌根據(jù)結(jié)腸鏡和組織學(xué)檢測可以分為以下 9 個(gè)階段：
健康對照：
① Nomal（結(jié)腸鏡檢查無明顯發(fā)現(xiàn)）
② 少于 2 個(gè) < 5 mm 的息肉
疾病：
③ MP：息肉狀腺瘤（超過 3 個(gè)或 5 個(gè) low-grade 發(fā)育不良的腺瘤）
④ stage 0 CRC：粘膜內(nèi)癌（high-grade 發(fā)育不良的息肉狀腺瘤）
⑤ stage I CRC
⑥ stage II CRC
⑦ stage III CRC
⑧ stage IV CRC
術(shù)后：
⑨ HS：normal with a history of colorectal surgery
研究內(nèi)容
1. 宏基因組熱圖：擬桿菌 Bacteroides 明顯富集，普氏菌屬 Prevotella 含量低。Megamonas 巨單胞菌屬在歐美人群的腸道微生物不常見，但能在中國人群中被發(fā)現(xiàn)，因此預(yù)測可能是亞洲人群的特征菌屬。宏基因組數(shù)據(jù)中，人基因組占比在 CRC 的不同階段都明顯增加（P?<0.005; 單側(cè) Mann-Whitney U test）。
宏基因組 PCA 圖：人類腸道菌群的主要成分——擬桿菌與普氏菌是 PCA 分析中的兩個(gè)主要的異變聚類。
代謝熱圖：丙酸鹽和丁酸鹽是大腸中的主要能源物質(zhì)，含量較豐富。
代謝 PCA 圖：propionate 二氫尿嘧啶和 butyrate 尿素也存在較大差異。
2. 宏基因組：不同 CRC 階段 / 健康，變形菌門、擬桿菌門、梭桿菌門、厚壁菌門和放線菌門的變化趨勢。作者發(fā)現(xiàn)兩種物種高度顯著的模式，一種是從早期到晚期都有所增加，一種是只在早期階段增加，并鑒定到與 CRC 相關(guān)的新物種。根據(jù)已有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)丁酸鹽生產(chǎn)者 Lachnospira multipara 和 Eubacterium eligens 在 CRC 中含量降低，生成硫化物的細(xì)菌 Desulfovibrio vietnamensis、D.longreachensis 和 Bilophila wadsworthia 增加。
代謝組：不同 CRC 階段 / 健康，取并集得到 65 個(gè)差異代謝物（P <0.005）。膽汁酸、短鏈脂肪酸、氨基酸和中心碳代謝物等與腸道菌群關(guān)系密切，是目前關(guān)注的焦點(diǎn)，關(guān)注這幾類物質(zhì)在不同階段的含量變化。
相關(guān)性分析：DCA 在 MP 中顯著升高，尋找 DCA 顯著相關(guān)的菌屬 -B. wadsworthia（Spearman 相關(guān)性分析）。由于 a . parvulum 在 MP 和 S0 中顯著升高，并有報(bào)道稱在炎癥性腸病患者中與鏈球菌高共現(xiàn)關(guān)系，構(gòu)成產(chǎn)生 H2S 細(xì)菌的網(wǎng)絡(luò)中心，因此，作者展現(xiàn)了 A . parvulum 豐度與其他物種的相關(guān)性。構(gòu)建 A. parvulum 屬相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)（屬豐度 > 10-4，相關(guān)性系數(shù) > 0.4），熱圖（屬豐度 > 10-5，相關(guān)性系數(shù) > 0.5）。
3. KO gene（P<0.005）在氨基酸代謝通路中的作用，構(gòu)建 KEGG 富集熱圖。
芳香族氨基酸代謝途徑與硫化物生產(chǎn)途徑與 CRC 的發(fā)生有關(guān)，因此作者主要關(guān)注這兩類化合物，并繪制 Pathway 展示。
4. 尋找標(biāo)志物：分別利用菌屬、KO 基因、代謝數(shù)據(jù)、三組聯(lián)合的數(shù)據(jù)建立隨機(jī)森林模型和 LASSO 邏輯回歸模型，比較發(fā)現(xiàn)聯(lián)合數(shù)據(jù)分組效果，建立 ROC 曲線評估模型質(zhì)量。
比較治療前后，菌種的差異。
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