Abstract
Tidligere rapporter har antydet involvering av tarmen bakterieflora i utviklingen av tykktarmskreft (CRC). Vi utnyttet pyrosekvensering basert analyse av 16S rRNA gener for å bestemme den overordnede strukturen av bakterieflora hos pasienter med tykktarmskreft og friske kontroller; vi undersøkte bakterieflora av intestinal lumen, kreftvev og matchet noncancerous normalt vev. Videre undersøkte vi mukosa-adherente mikrobiell sammensetning ved hjelp av rektale penselprøver fordi strukturen av det vev-heftende bakteriell samfunnet er potensielt endret ved tarm rensing. Våre funn indikerte at den mikrobielle strukturen i tarmlumen og kreftvev var signifikant forskjellig. Phylotypes som forbedrer energi høste fra dietter eller utføre metabolsk utveksling med verten var mer rikelig i lumen. Det var mer rikelig firmicutes og mindre rike bacteroidetes og Proteobacteria i lumen. De totale mikrobielle strukturer av kreftvev og noncancerous vev var lik; Howerer svulsten microbiota utstilt lavere mangfold. Strukturene i tarmlumen microbiota og slimhinne-tilhenger microbiota var annerledes i CRC pasienter sammenlignet med matchet bakterieflora hos friske individer. Lactobacillales ble beriket i kreftvev, mens
Faecalibacterium
ble redusert. I slimhinnene heft microbiota,
Bifidobacterium, Faecalibacterium
, og
Blautia
ble redusert i CRC pasienter, mens
Fusobacterium
,
Porphyromonas
,
Peptostreptococcus
, og
Mogibacterium
ble beriket. I lumen, ble dominerende phylotypes knyttet til metabolske forstyrrelser eller metabolsk utveksling med verten, Erysipelotrichaceae, Prevotellaceae, og Coriobacteriaceae økt hos kreftpasienter. Sammen med tidligere rapporter tyder disse resultater på at tarmfloraen er forbundet med CRC risiko og at intestinal lumen mikroflora potensielt påvirke CRC risiko via cometabolism eller metabolsk utveksling med verten. Men slimhinne-assosiert microbiota påvirker potensielt CRC risiko primært gjennom direkte interaksjon med verts
Citation. Chen W, Liu F, Ling Z, Tong X, Xiang C (2012) Menneskelig Tarm Lumen og slimhinner-Associated bakterieflora hos pasienter med tykktarmskreft. PLoS ONE 7 (6): e39743. doi: 10,1371 /journal.pone.0039743
Redaktør: Antonio Moschetta, University of Bari Consorzio Mario Negri Sud, Italia
mottatt: 12 januar 2012; Godkjent: 25 mai 2012; Publisert: 28 juni 2012
Copyright: © 2012 Chen et al. Dette er en åpen-tilgang artikkelen distribueres under betingelsene i Creative Commons Attribution License, som tillater ubegrenset bruk, distribusjon og reproduksjon i ethvert medium, forutsatt den opprinnelige forfatteren og kilden krediteres
Finansiering:. Dette arbeidet ble støttet av Project 2007CB513001 kinesiske nasjonale programmer for Fundamental Research and Development (973 program, https://www.973.gov.cn/AreaAppl.aspx). Finansiører hadde ingen rolle i studiedesign, datainnsamling og analyse, beslutning om å publisere, eller utarbeidelse av manuskriptet
Konkurrerende interesser:.. Forfatterne har erklært at ingen konkurrerende interesser eksisterer
Innledning
tykktarms~~POS=TRUNC kreft~~POS=HEADCOMP (CRC) er en av de vanligste ondartet svulst slag i verden. En av de viktigste faktorene i forbindelse med CRC er tarmfloraen [1]. Den fordøyelsessystem havner ca 1000 arter av bakterier på totalt 10
14 celler, som er mer enn 10 ganger antallet eukaryote menneskelige celler [2]. I tillegg til å påvirke vert ernæring via metabolisme, påvirker tarmfloraen det menneskelige legeme ved å kontrollere epithelial proliferasjon og differensiering, påvirke utviklingen av immunsystemet og beskytter mot patogener [3].
Akkumulerende bevis tyder på at tarmen microbiota er nært korrelert med utviklingen av tykktarmskreft [1], [4]. Wei
et al
. fant en økning på
Ruminococcus obeum Hotell og
Allobaculum
-lignende bakterier i avføringen til rottene utvikler forstadier slimhinnere [5]. En økning av
Prevotella
ble rapportert i CRC pasienter [6]. Wang
et al
. funnet en reduksjon i butyrat-produserende bakterier i avføringen til CRC-pasienter [7], noe som indikerer nytten av bakterielle metabolitter.
imidlertid mukosa-assosiert mikrobiomer i tarmvevet skiller seg fra lumen [8] og disse mikrobene også potensielt spille viktige roller. Marchesi og kolleger analyserte bakterie 16S rDNA sekvenser av seks CRC pasienter og fastslo at probiotiske bakterier som
Coriobacteria
ble beriket i svulstvev ved å analysere de bakterielle 16S rDNA sekvenser av seks CRC pasienter [9], noe som tyder på at probiotika potensielt spille en spesiell rolle i CRC progresjon.
Fusobacterium nucleatum
funnet i tykktarm kreft vev ble rapportert å være nært forbundet med CRC [10]. Men den eksakte sammensetningen av tarmfloraen og dens funksjon i CRC progresjon er fortsatt ukjent, fordi den overordnede strukturen av bakterieflora i CRC pasienter ikke har blitt fullstendig klarlagt.
Bakterier eller komponenter av bakterier funksjon ved direkte interaksjon med verten eller indirekte co-metabolisme eller metabolsk utveksling med verten. Van der Waaij
et al
. funnet at kommensale bakterier lever i den intestinale lumen suspensjonen, og har ingen direkte kontakt med epitelceller [11]. Vi antok at den mucosa-assosiert bakterieflora hovedsakelig fungerer ved å direkte kommunisere med verten, og at tarmlumen (dvs. avføring) mikrobiota hovedsakelig virker gjennom cometabolism eller metabolsk utveksling. I denne studien utførte vi pyrosekvensering av 16S rRNA gener for å analysere den overordnede strukturen av bakterieflora hos pasienter med CRC og hos friske kontroller. Vi studerte microbiota av tarmlumen, kreftvev, og matchet noncancerous normalt vev. I tillegg, undersøkte vi mukosa-adherente mikrobiell sammensetning ved hjelp av rektale penselprøver fordi strukturen av det vev-heftende bakteriell samfunnet er potensielt forandres ved å følge tarmtømming [12]. Videre forsøkte vi å identifisere viktige bakterie phylotypes eller potensielle biomarkører som potensielt spiller viktige roller i CRC utvikling.
Materialer og metoder
Pasienter og kontrollgrupper
Totalt 46 pasienter med CRC 37-88 år ble valgt fra First Affiliated Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Kina. Vi har samlet de følgende prøver fra disse pasientene: [21 avføring (STP) prøver, 32 gut pensel (SWP) prøver og 27 av hver av kreftvev (katt), matchet paracancerous vev 2-5 cm fra kreftvev (pa2t), og matchet paracancerous vev 10-20 cm fra kreftvev (pa10t)]. Den avføring, rektal pensel, og vevsprøver ble ikke samlet inn fra alle CRC-pasienter av følgende grunner: vassen krakk, krakk for tynne til å samle; Prøvene lagres for lenge ved værelsestemperatur; eller pasienten følte ubehagelig under innsamling av endetarms penselprøver. I tillegg 56 friske frivillige som møtte kravene til å ha matchet kjønn og samme alder med prøver av CRC pasienter, og som viste ingen colonic adenom ble valgt som kontroller; 22 avføringsprøver (STC) og 34 tørk (SWC) ble samlet inn fra disse frivillige (tabell 1). Vi definerte microbiota av vev, avføring, og pinnen som vev bakterieflora, lumen microbiota, og slimhinne-tilhenger bakterieflora, henholdsvis. Vi definerte både vev bakterieflora og slimhinne-tilhenger microbiota som slimhinne-assosiert bakterieflora. Ingen forsøkspersonene hadde diabetes, infeksjonssykdommer, eller spesielle dietter. Og BMI på alle fag var mellom 20 og 24. Denne studien ble godkjent av etikkomiteen av First Affiliated Hospital, College of Medicine, Zhejiang University, Kina; dokumentert informert samtykke ble innhentet fra alle deltagerne.
Prøvetaking og DNA Extraction
Ingen av forsøkspersonene ble tatt medisiner på tidspunktet for prøvetaking, heller ikke hadde de brukt antibiotika innenfor minst en måned av prøveinnsamling. Pensel og fekale prøver ble samlet fra hvert fag før tarmen rensing. Under operasjonen ble tarmprøver samlet inn fra kreftvev og paracancerous vev (dvs. 2-5 cm og 10-20 cm fra kreftvev, henholdsvis). Alle prøver ble frosset og lagret ved -80 ° C inntil videre anvendelse.
Genomisk DNA ble ekstrahert fra vev og penselprøver ved hjelp av QIAamp DNA Mini Kit (Qiagen, Hilden, Tyskland) i henhold til produsentens instruksjoner med mindre modifikasjoner. Bakterieceller i vattpinner ble løsnet ved kraftig omrøring i 1 ml PBS. Cellene ble pelletert ved sentrifugering ved 17 000 g i 10 min. Pelletene ble resuspendert i 80 pl enzymløsning (22,5 mg lysozym pulver [katalog no.L6876, Sigma] og 40 enheter mutanolysine [katalog nr. M9901, Sigma] oppløst i 80 ul TE per prøve) [13], og 100 mg av zirkonium-kuler (0.1 mm) ble tilsatt. Blandingene ble ristet i en mini-vulst beater (FastPrep, Thermo Electron Corporation, USA) tre ganger for 40 s hver gang, og deretter inkubert ved 37 ° C i 40 minutter [14]. Påfølgende trinn ble utført i henhold til produsentens anbefalinger. Tarm vev ble grundig skyllet med sterilt vann, homogenisert i 80 mikroliter enzymoppløsning ved hjelp av en elektrisk homogenisator (PRO Scientific, Oxford, Connecticut, USA), inkubert ved 37 ° C i 40 min, og deretter fullstendig lysert i 1-3 timer ved 56 ° C i ATL-buffer og proteinase K. 70 ° C inkuberingstrinn ble utvidet fra 10 minutter til 30 minutter [8]. Krakk bakteriell genomisk DNA ble ekstrahert ved hjelp QIAamp DNA Stool Mini kit med de samme endringene som er nevnt ovenfor.
pyrosekvensering
PCR forsterkning av V1-V3 regionen bakteriell 16 S rDNA ble utført ved hjelp av universell primere (27F 5′-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3 «, 533R 5′-TTACCGCGGCTGCTGGCAC-3») som omfatter de FLX Titanium adaptere og en prøve strekkode sekvens. Syklusparametrene var som følger: 5 min innledende denaturering ved 95 ° C; 25 sykluser med denaturering ved 95 ° C (30 s), annealing ved 55 ° C (30 e), forlengelse ved 72 ° C (30 s); og endelig forlengelse ved 72 ° C i 5 minutter. Tre separate PCR-reaksjoner av hver prøve ble slått sammen for pyrosekvensering. PCR-produktene ble separert ved 1% agarosegelelektroforese og renset ved hjelp av QIAquick Gel utvinning kit (Qiagen). Like konsentrasjoner av amplikonene ble samlet fra hver prøve. Emulsion PCR og sekvensering ble utført i henhold til produsentens anbefalinger [15].
Alle pyrosekvensering leser ble filtrert i henhold til strekkode og primer sekvenser. De resulterende sekvenser ble ytterligere screenet og filtrert for kvalitet og lengde. Sekvenser som var mindre enn 150 nt, inneholdt tvetydige tegn, inneholdt over to uoverensstemmelser til primere, eller inneholdt mononukleotid ganger i løpet av seks nt ble fjernet [16]. Totalt 808,008 høykvalitets sekvenser ble produsert, sto for 80,8% av gyldige sekvenser ifølge barcode- og primer-sekvens filtrering.
bioinformatiske analyse
De høyverdige sekvenser ble tildelt prøvene i henhold til strekkoder. Sekvenser ble justert i samsvar med SILVA justering [17], [18] og gruppert i drifts taksonomiske enheter (Otus). Otus som nådde 97% likhet nivå ble brukt for mangfold (Shannon), rikdom (Chao), god dekning, og vakuum kurve analyse ved hjelp Mothur (versjon 1.5.0) https://schloss.micro.umass.edu/[19 ]. Taksonomiske oppdrag av Otus stiller 97% likhet ble utført ved hjelp Mothur i samsvar med SILVA 106 ved 80% konfidensnivået.
heatmap ble bygget ved hjelp av heatmap 2 funksjon av R gplots pakken og slekten informasjon på syv grupper [20]. Uvektede UniFrac avstandsberegninger analyse ble utført ved anvendelse av otus for hver prøve, [21], [22], og hovedkomponentanalyse (PCA) ble utført i henhold til matrisen av avstand. For å velge Otus at utstilt betydning i det strukturelle segregering mellom gruppene, ble en parametrisk Partial Least Squares diskriminant analyse (PLS-DA) modell generert ved hjelp Simca-P + 12,0 (https://www.umetrics.com/). PLS-DA er brukt i metabolomics, metagenomikk og microarray analyse, og Otus med variabel vekt i projeksjon (VIP) 1 ble ansett for å være viktige bidragsytere til den modellen [5], [23], [24], [25] .
Statistical Analysis
Mann-Whitney test,
t
-test, og enveis ANOVA-testen ble utført ved hjelp av SPSS versjon 19.0 for Windows.
data~~POS=TRUNC tilgang
16 S sekvensdata som genereres i denne studien ble sendt til GenBank Sequence Les Arkiv sjonsnummer SRP009633.
Resultater
Kjennetegn på pyrosekvensering Resultater
totalt 808,008 høykvalitets sekvenser ble produsert i denne studien, med et gjennomsnitt på 4253-sekvensene per prøve. Sammendrag informasjon er vist i tabell 2, og detaljerte egenskapene til hver prøve finnes i tabell S1.
estimatorer av samfunnet rikdom (Chao) og mangfold (Shannon) er vist i tabell 2. Det var statistisk signifikante forskjeller i Shannon indekser mellom grupper katt og pa10t (3,77 ± 0,67 vs. 4,13 ± 0,40,
P
= 0,012), noe som viser betydelig høyere mangfoldet som finnes i noncancerous normalt vev (dvs. de 10-20 cm fra cancervev) sammenlignet med cancervev. Detaljerte egenskapene til hver prøve er oppført i tabell S1. Den vakuum, analyse av syv grupper er vist på fig S1 indikerer at flere phylotypes vil mest sannsynlig bli oppdaget etter å utforske større antall sekvenser. Den gode dekning av hver gruppe var over 97%, noe som indikerer at de 16 S rDNA-sekvensene som er identifisert i disse gruppene representerer flertallet av bakterier tilstede i prøvene av denne studien.
Mikrobielle konstruksjoner av intestinal lumen og kreftvev ulik betydelig
Vi studerte avføring, rektal bomullspinne, og vev microbiota av pasienter med CRC og avføring og rektal pensel bakterielle samfunn av friske individer. Den samlede bakterieflora struktur for hver gruppe i rekken nivå er vist i figur 1. Den dominerende phyla av alle grupper var firmicutes, bacteroidetes, og Proteobacteria. Det var 17 phyla og 13 phyla i vev og penselprøver, henholdsvis, og bare 9 phyla i avføringsprøver. Phylum spesifikke forhold overflod av bakterieflora sekvenser avslørte at microbiota pinne utstilt en nærmere likhet til vev. Heatmap henhold til bakteriell slekten nivå også demonstrert det samme fenomenet (figur S2).
«annet» representerer de uklassifiserte bakterier, Chloroflexi, Deferribacteres, Chlorobi, Deinococcus-Thermus, acidobacteria, planctomycetes, Lentisphaerae, spiroketer, Synergistetes , Tenericutes, verrucomicrobia spinosum og Cyanobakterier. Den første åtte phyla var ikke tydelig i avføringsprøver, og de fire første phyla var ikke tydelig i penselprøver.
For å sammenligne den totale bakterieflora struktur hos pasienter med CRC, uvektet Unifrac avstand matrise ble beregnet basert på den otus av hver prøve [26]. Resultatene av PCA basert på avstand oppviste en signifikant forskjell i bakterie struktur i tarmlumen (dvs. avføring). Videre kreftvev, og slimhinne-tilhenger microbiota (dvs. vattpinne) overlappet med noen lumen og vev bakterieflora, som demonstrert av de første to viktigste komponent score, som stod for 30,57% og 9,12% av totalt antall variasjoner (figur 2A).
Hvert symbol representerer en prøve. (A) gruppe katt, stp og SWP; (B) gruppe katt, pa2t og pa10t; (C) gruppe SWP og SWC; (D) gruppe stp og stc.
Det var betydelige variasjoner i sammensetningen av tarmlumen og kreftvev på ulike bakterienivåer. En cladogram fremstilling av strukturen av vev og lumen bakterieflora og deres dominerende bakterier ble utført ved lefse er vist i figur 3 [27]; de største forskjellene i taxa mellom de to samfunnene vises. Pyrosekvensering data viste at et større antall phyla var tilstede i vev i forhold til lumen. De tre dominerende phyla-firmicutes (50.82% vs 77,59%,
P
0,001), bacteroidetes (26.37% vs 13,68%,
P
= 0,002), og Proteobacteria (14.51 % vs. 5,57%,
P
= 0,004) -alle utstilt statistisk signifikante forskjeller mellom kreftvev og tarmlumen. Fusobacteria (4,97% vs 0,47%,
P
0,001) og Synergistetes (0,14% vs 0%,
P
= 0,002) også forskjellig mellom gruppene. Det var 26 statistisk signifikante forskjeller mellom kreftvev og tarmlumen på familienivå. Den relative overflod av Bacteroidaceae (16,9% vs. 8,3%,
P
0,001), Streptococcaceae (10,2% vs. 2,8%,
P
= 0,0029), Fusobacteriaceae (4,57% vs . 0,47%,
P
0,001), Peptostreptococcaceae (4,07% vs 0,89%,
P
0,001), Veillonellaceae (2,87% vs 0,68%,
P
= 0,004), og Pasteurellaceae (2,25% vs. 0,007%,
P
0,001) var signifikant høyere i kreftvev i forhold til tarmlumen. Det var et betydelig lavere nivå av Lachnospiraceae (17,1% vs. 46,7%,
P
0,001), Ruminococcaceae (4,24% vs. 13,3%,
P
0,001), og lactobacillaceae (0,02% vs 2,88%,
P
0,001). i kreftvev i forhold til tarmlumen (tabell S2)
(A) Taksonomisk representasjon av statistisk og biologisk konsistente forskjeller mellom kreftvev og tarmlumen. Forskjellene er representert ved fargen av de mest tallrike klasse (Red indikerer kreftvev, gul ikke-signifikante og grønne tarmlumen). Diameteren av hver sirkelens diameter er proporsjonal med takson overflod. (B) Histogram av LDA score for ulikt rikelig slekter. Cladogram ble beregnet ved lefse, en metagenome analyse tilnærming som utfører lineær diskriminant analyse etter Wilcoxon Mann-Whitney test for å vurdere effekten størrelsen på hver forskjellig rikelig taxon eller Otu; den cladogram vises i henhold til effektstørrelse.
Den mikrobielle sammensetningen var også signifikant forskjellig på slektsnivå, med 43 signifikant forskjellig slekter mellom kreftvev og tarmlumen.
Bacteroides
,
Streptococcus
,
Prevotella
,
Fusobacterium
,
Peptostreptococcus
,
Haemophilus
,
Gemella
,
Veillonella
,
Granulicatella
,
Morganella
, og
Porphyromonas
, som utgjør over 1% av de totale bakterier i kreft vev, viste en relativt høyere overflod i kreftvev.
Pseudobutyrivibrio
,
Blautia
,
Lactobacillus
,
Roseburia
,
Dorea Hotell og
Coprococcus
, konstituerende som utgjør over 1% av den totale bakterier i avføring, var forholdsvis rik i tarmlumen i forhold til i kreftvev. Ytterligere informasjon om forskjellene mellom lumen microbiota og microbiota kreftvev kan finnes i tabell S2.
Bakteriell Fellesskapet i kreftvev og matchede noncancerous normalt vev
Selv om lavere diversitet (Shannon) ble observert i microbiota av kreftvevet (tabell 2), mikrobielle samfunn av svulsten og matchet noncancerous normalt vev lignet (Figur 1, Figur S2). Ifølge uvektet Unifrac PCA analyse, mikrobielle samfunn av kreftvev og noncancerous vev er like ifølge PC1 og PC2 (51,37% og 4,35% forklart varians, henholdsvis) (figur 2B), som indikerer at det ikke er store forskjeller i mikrobiell sammensetning av svulsten og noncancerous vev.
En taksonomi-basert sammenligning ble utført for å bestemme forskjellene mellom microbiota av svulsten og noncancerous vev. Det var 12, 17, og 14 fyla og 169, 198, og 198 slektene i microbiotas på katten, pa2t, og pa10t, respektivt. Dette ble bekreftet av Shannon (mangfold) analyse. Ingen statistisk ble observert signifikante forskjeller mellom de mikrobielle samfunn av kreft og noncancerous vev på phylum nivå. Alphaproteobacteria, som utgjør mindre enn 1% av total bakterier i både pa2t og pa10t, var mest utbredt i katt. Færre
Ochrobactrum
slekten medlemmer var til stede i pa2tcompared til katt. Den basiller klassen ble høyanriket i katt i forhold til pa10t. Men slekten
Bacillus
, som basiller tilhører, var mindre utbredt i katt. Den Ruminococcaceae familien var betydelig lavere i katt i forhold til pa10t. Genus
Faecalibacterium
, tilknyttet Ruminococcaceae, ble også høyanriket i pa10t forhold til katten. Genera
Paraprevotella
,
Parabacteroides, Phascolarctobacterium
,
Acidocella
, og
Methylobacterium
utstilt lav overflod; Men de var alle statistisk beriket i pa10t forhold til katten. Videre den relative overflod av bakterier i prøvene økes eller reduseres gradvis i takt med avstanden fra kreftvev (tabell 3).
metagenome analyse tilnærming lefse ble brukt til å identifisere de viktigste phylotypes ansvarlige for forskjellen mellom katt og pa10t. Basiller (hovedkomponenten Lactobacillales), som ble beriket i katten, og
Phascolarctobacterium
, Ruminococcaceae (hovedkomponenten
Faecalibacterium
), som ble beriket i pa10t var de dominerende phylotypes som bidrar til forskjellen mellom den microbiota av kreftvev og noncancerous vev.
slimhinner-tilhenger microbiota i CRC pasienter og friske personer
Fordi den mikrobielle sammensetningen kan endres av tarmen rensing før operasjonen, slimhinner heft bakterier var undersøkt i prøver samlet på endetarms vattpinner. Som forventet, mikrobielle struktur var noe forskjellig sammenlignet med vev (Figur 1, figur 2A) og var lik den intestinale lumen (noen eksempler overlappet på PCA-plott) på grunn av de uunngåelige avføring på penselprøver.
uveide Unifrac PCA basert på den relative overflod av otus for hver prøve viste et skille mellom CRC-pasienter og friske individer som bruker PC1 og PC2 (10,64% og 6,58% av forklart varians, henholdsvis) (figur 2C). Familiene Porphyromonadaceae (3,86% vs 1,41%,
P
= 0,045), Fusobacteriaceae (3,72% vs 0,18%,
P
= 0,045), og Peptostreptococcaceae (2,13% mot 0,66 %,
P
= 0,03) ble beriket i CRC pasienter, men Bifidobacteriaceae (0,03% vs 0,32%,
P
0,001) og Alcaligenaceae (0,39% vs 0,63%,
P
= 0,03) ble redusert i CRC pasienter. Genera
Fusobacterium plakater (Fusobacteriaceae),
Porphyromonas plakater (Porphyromonadaceae),
Peptostreptococcus plakater (Peptostreptococcaceae),
Gemella
,
Mogibacterium, etter og
Klebsiella
ble beriket i CRC pasienter.
Filifactor
,
Catonella Hotell og
Selenomonas
var fraværende fra friske individer.
Faecalibacterium
,
Blautia
,
Lachnospira
,
Bifidobacterium plakater (Bifidobacteriaceae) og
Anaerostipes
ble redusert i CRC pasienter, og
Catenibacterium Hotell og
Gardnerella plakater (Bifidobacteriaceae) var fraværende fra CRC pasientprøver (figur 4).
(A) Genera forskjellig mellom SWP og SWC. (B) Genera forskjellig mellom stp og STC. Mann-Whitney-testen ble anvendt for å vurdere betydningen av sammenligninger mellom angitte grupper. * P 0,05, ** P. 0,01
Porphyromonas plakater (tilknyttet Porphyromonadaceae),
Fusobacterium
,
Peptostreptococcus, etter og
Mogibacterium
ble beriket i CRC pasienter, mens
Faecalibacterium
,
Blautia
, og
Bifidobacterium
ble tømt hos disse pasientene. Ifølge lefse analyse, disse er de viktigste phylotypes som bidrar til den strukturelle segregering av slimhinne-tilhenger microbiota i CRC pasienter og friske personer.
mikrobiell sammensetning av tarmlumen i CRC pasienter og friske personer
The intestinal lumen floraen av CRC pasienter kan skilles fra friske individer i henhold til uvektet Unifrac PCA analyse (figur 2D). Familiene Erysipelotrichaceae (6,09% vs 2,42%,
P
= 0,035), Prevotellaceae (1,46% vs 1,14%,
P
= 0,035), Coriobacteriaceae (1,19% vs 0,74%
P
= 0,035), og Peptostreptococcaceae (0,89% vs 0,45%,
P
= 0,035) ble betydelig anriket i CRC pasienter. Peptostreptococcaceae ble også beriket i penselprøver av CRC pasienter, mens den relative overflod var høyere sammenlignet med kreftvev. Genera
Peptostreptococcus plakater (Peptostreptococcaceae),
Porphyromonas
,
Mogibacterium
,
Anaerococcus
,
Slackia
,
Anaerotruncus
,
Collinsella plakater (Coriobacteriaceae),
Desulfovibrio
,
Eubacterium Hotell og
Paraprevotella
var også mer utbredt i pasienter sammenlignet med kontroller (figur 4B).
Erysipelotrichaceae, Prevotellaceae, Coriobacteriaceae (
Collinsella
),
Peptostreptococcus
, og
Anaerotruncus plakater (Clostridiales), som ble beriket i pasienter ble klassifisert som nøkkel phylotypes som bidrar til utskillelse av intestinal lumen floraen struktur i CRC pasienter og friske personer.
Identifikasjon av Key Otus Ansvarlig for Structural Segregering av slimhinnen assosierte microbiota av kreft og kontrollprøver
Sears og Pardoll foreslått en Alpha-Bug hypotesen i en fersk rapport-viss mikrobiomer medlemmer som besitter unike virulens egenskaper, for eksempel enterotoksigenisk
Bacteroides fragilis
, er ikke bare direkte pro-onkogen, men er i stand til ombygging mikrobiomer som helhet, og dermed fremme slimhinneimmunresponser og colonic epitelial celleforandringer og resulterer i tykktarm kreft [28]. Vi antok at dette Alpha-Bug potensielt tilhører slimhinne-assosiert bakterier samfunnet. For det første, lefse, en streng verktøy, ble anvendt for å identifisere dominante otus. Vi fant seks dominerende Otus, som alle ble redusert i kreftvev og disse viktige bidragsytere tilhører
Faecalibacterium
,
Dorea
,
ukultiverte Ruminococcus
sp.,
Ruminococcus gnavus
, Lachnospiracea, og Peptostreptococcaceae. Vi ga en PLS-DA-modellen ble generert for å finne mer Otus som potensielt kan bidra til separasjon. Otus som ble differensiert fordelt ble valgt i henhold til deres variable betydning i fremspring (VIP). Totalt 27 Otus med VIP 2 ble identifisert som relativt viktige bidragsytere (fire av disse ble beriket i katten, de andre ble redusert). Disse var medlemmer av Lachnospiracea (14), Bacteroidaceae (6), Ruminococcaceae (6), og Peptostreptococcaceae (1); alle utstilt signifikante forskjeller mellom katt og pa10t (
P
0,05, Mann-Whitney test). Ytterligere to Otus nært knyttet til
Ruminococcus gnavus Hotell og 4 Otus tilhører slekten
Faecalibacterium
ble også funnet å være redusert i kreftvev.
I tillegg ble det utført denne analysen ved hjelp av slimhinner heftbakterieprøver. To dominerende Otus for hver av de
Peptostreptococcus
sp. og
Parvimonas
sp. ble beriket over 100 ganger i CRC pasienter. En Otu relatert til
Bacteroides caccae Hotell og en relatert til
Clostridium
sp. Det ble også beriket. To Otus tilhører
Faecalibacterium Hotell og
Blautia
ble betydelig redusert hos pasienter. Vi valgte 69 Otus med VIP 2 som var viktige bidragsytere i henhold til PLS-DA, og 64 av dem var signifikant forskjellig mellom CRC pasienter og kontroller. Blant dem, seks Otus tilhører slekten
Faecalibacterium Hotell og seks Otus tilhører slekten
Blautia
ble redusert hos pasienter med CRC. I tillegg to Otus relatert til
Fusobacterium varium
, en Otu relatert til
Bacteroides xylanisolvens
, og en Otu relatert til
Dialister pneumosintes
ble høyanriket hos pasienter med CRC. To ekstra Otus relatert til
Peptostreptococcus sp.
Og
Parvimonas sp.
Ble beriket hos pasienter med CRC.
Diskusjoner
Vi spekulert i at mucosa- assosiert microbiota virker hovedsakelig gjennom direkte interaksjon med verten og at intestinal lumen floraen virker primært gjennom cometabolism eller metabolsk utveksling med verten. Vi utnyttet strek multiplex-454 pyrosekvensering for å sammenligne bakteriesammensetningen kreftvev og tarmlumen av pasienter med CRC til de av friske kontroller. Vi har også undersøkt slimhinnen heft mikrobiell sammensetning ved hjelp av endetarms penselprøver fordi bakteriesamfunnet er potensielt endres ved å følge tarm rensing. Vi har funnet at strukturen av bakterieflora i kreftvev skiller seg vesentlig forskjellig fra den i tarmlumen. Den relative overflod av dominerende phyla firmicutes, bacteroidetes, og Proteobacteria og dominerende slektene
Bacteroides
,
Streptococcus
, og
Pseudobutyrivibrio
var alle forskjellige. Firmicutes, noe som har vist seg å forbedre energi høste fra kosten, var sterkt anriket i tarmlumen [29], [30], [31]. Videre er de dominerende slekten
Pseudobutyrivibrio
oppviste butyrat som en hovedmetabolitten, samt melkesyre og maursyre [32]. I motsetning til dette, bacteroidetes, som er sterkt anriket på mukosa, kan det være primært involvert i interaksjoner med tarmen [33]. De høyanriket store gramnegative bakterier Proteobacteria i mucosa, med en ytre membran bestående av lipopolysakkarider, utviser potensielt direkte interaksjon med tarmceller gjennom bakterie sekresjon systemer som T2SS eller T3SS [34], [35]. I tillegg er anriket Fusobacteria og Synergistetes i mucosa også infiserer tarmvevet [36], [37], [38]. Som forventet, våre funn indikerer at strukturen av slimhinnen heft microbiota var mer lik vev bakterieflora. Slimhinne-tilhenger mikrobielle strukturer også utstilt likhet med lumen microbiota; Dette er delvis på grunn av den uunngåelige avføring crossover på vattpinner. Vi postulerte at mikroflora pinnen representerer en kombinasjon av fecal mikroflora og en slimhinne befolkning mindre tett festet, mens vevet microbiota representerer tett koloniserte bakterier. Uvektet Unifrac PCA analyse bekreftet dette resultatet. Totalt mikrobielle strukturer var lik mellom kreftvev og noncancerous vev.
