期刊：Appl Microbiol Biotechnol
影響因子：4.813
發表時間：2022.04
樣本類型：食管鱗狀細胞癌組織
客戶單位：東南大學劉冉課題組
一、研究背景
食管癌是常見的惡性腫瘤之一，具有發病率高、死亡率高的特點。通過全長 16S rRNA 測序技術研究食管鱗狀細胞癌 (ESCC)患者腫瘤和鄰近非腫瘤組織中微生物群的分類差異，探究腫瘤與相鄰非腫瘤組織中微生物的相互作用以及功能差異。二、實驗設計
研究於2019 年和 2020 年，從中國江蘇省淮安市第一人民醫院接受治療的51名食管鱗狀細胞癌（ESCC）患者中獲得了 102 份食管組織標本，包括腫瘤和鄰近的非腫瘤組織。其中，19份腫瘤組織及其配對的相鄰非腫瘤組織用於16S rRNA全長測序，其餘樣本用於qPCR檢測差異細菌組成。
圖1 實驗設計
三、實驗結果
1. 食管癌組織中微生物群落α多樣性和β多樣性分析
16S全長擴增子高通量測序結果表明，腫瘤組織和相鄰非腫瘤組織之間的微生物群落物種豐富度和多樣性沒有差異（圖1）。基於PCoA 分析（圖2）腫瘤組織和相鄰的非腫瘤組織微生物不能很好地分離，說明了腫瘤組織和相鄰非腫瘤組織之間樣本微生物群落組成結構相似。
圖1 OTU、Chao1、Shannon、Simpson在腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中的差異分析結果
圖 2 腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中細菌群落PCoA 分析
2.腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織的微生物群落分佈
19對腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織的全長16S測序結果表明，變形菌門、厚壁菌門、擬桿菌門是腫瘤和鄰近非腫瘤組織中的主要細菌門。在屬水平上，腫瘤和鄰近非腫瘤組織中相對比例最高的細菌分別是鏈球菌屬和Labrys屬。種水平上，Streptococcus B6、Streptococcus mitis是腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中的主要細菌。
圖 3 腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中微生物組的分類圖譜
3.食管微生物群的生態網絡以及差異菌群
共發生網絡圖分析用於在複雜的食管微生物群中描述微生物之間的相互作用（圖4）。相鄰非腫瘤組織中微生物之間的相互作用主要涉及厚壁菌門、變形菌門和擬桿菌門，多數組織與微生物之間呈正相關性，反映了正常組織與細菌之間可能存在一定的共生關係。腫瘤組織中微生物之間存在更復雜的相互作用，主要發生在厚壁菌門和變形菌門中。腫瘤組織中細菌之間的相關係數大多為正，表明兩種細菌之間可能存在協同作用。此外，相鄰非腫瘤組織（90種）中構成微生物相關網絡的微生物種類多於腫瘤組織（70種）。相鄰抗腫瘤組織的微生物相關網絡圖中有24種特有微生物，而腫瘤組織中只有4種。同一種細菌可能在構建腫瘤組織和相鄰非腫瘤組織中的微生物相關網絡圖時發揮不同的作用，或者不同細菌之間的相互作用程度可能會發生變化。
圖4 腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中細菌屬的共現網絡分析
綜合來看，腫瘤組織和相鄰非腫瘤組織之間在門、屬和種水平上，有24 個分類群被確定為差異豐富（圖 5），例如，在門水平上的5種細菌相對丰度有顯著差異。
圖5 腫瘤組織與鄰近非腫瘤組織微生物差異分析結果
4.qPCR差異物種定量分析
32對組織的qPCR結果進一步表明了布勞特氏菌、密螺旋體菌、鼠乳桿菌、Peptoanaerobacter stomatis 和牙周梭桿菌的相對比例在腫瘤和鄰近的非腫瘤組織中存在統計學差異（圖6）。但腫瘤組織中鼠乳桿菌的相對丰度高於鄰近的非腫瘤組織，這與測序結果相反。
圖6腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中差異分類群的qPCR分析結果
5.腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中微生物群的功能預測
基於16S全長擴增子測序結果進行PICRUSt2功能預測分析，通過KEGG和LEfSe鑑定，在腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織的微生物中存在13種潛在差異表達的功能蛋白（圖7）。在KEGG數據庫註釋的結果中，腫瘤組織中微生物的LPS生物合成途徑更為顯著，而鄰近非腫瘤組織中硫辛酸代謝更為普遍。
圖 7 基於 KO 和 KEGG 數據庫的腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織微生物功能預測
四、研究結論
綜上所述，通過對食管癌患者腫瘤組織與癌旁非腫瘤組織中細菌結構的差異的探究，表明食管癌組織和鄰近非腫瘤組織中的微生物群落結構相似，鏈球菌和Labrys分別是食管腫瘤組織和鄰近非腫瘤組織中最重要的細菌，微生物相互作用在腫瘤組織中比在鄰近的非腫瘤組織中更強。本研究補充了食管原位微生物的結構、功能和相互作用的現有信息，為進一步探索食管原位微生物與食管鱗狀細胞癌的關係提供了方向。參考文獻
Identification of tissuespecific microbial profile of esophageal squamous cell carcinoma by fulllength 16S rDNA sequencing.Appl Microbiol Biotechnol,2022.
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