期刊：Appl Microbiol Biotechnol
影响因子：4.813
发表时间：2022.04
样本类型：食管鳞状细胞癌组织
客户单位：东南大学刘冉课题组
一、研究背景
食管癌是常见的恶性肿瘤之一，具有发病率高、死亡率高的特点。通过全长 16S rRNA 测序技术研究食管鳞状细胞癌 (ESCC)患者肿瘤和邻近非肿瘤组织中微生物群的分类差异，探究肿瘤与相邻非肿瘤组织中微生物的相互作用以及功能差异。
二、实验设计
研究于2019 年和 2020 年，从中国江苏省淮安市第一人民医院接受治疗的51名食管鳞状细胞癌（ESCC）患者中获得了 102 份食管组织标本，包括肿瘤和邻近的非肿瘤组织。其中，19份肿瘤组织及其配对的相邻非肿瘤组织用于16S rRNA全长测序，其余样本用于qPCR检测差异细菌组成。
图1 实验设计
三、实验结果
1. 食管癌组织中微生物群落α多样性和β多样性分析
16S全长扩增子高通量测序结果表明，肿瘤组织和相邻非肿瘤组织之间的微生物群落物种丰富度和多样性没有差异（图1）。基于PCoA 分析（图2）肿瘤组织和相邻的非肿瘤组织微生物不能很好地分离，说明了肿瘤组织和相邻非肿瘤组织之间样本微生物群落组成结构相似。
图1 OTU、Chao1、Shannon、Simpson在肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中的差异分析结果
图 2 肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中细菌群落PCoA 分析
2.肿瘤组织和邻近非肿瘤组织的微生物群落分布
19对肿瘤组织和邻近非肿瘤组织的全长16S测序结果表明，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门是肿瘤和邻近非肿瘤组织中的主要细菌门。在属水平上，肿瘤和邻近非肿瘤组织中相对比例最高的细菌分别是链球菌属和Labrys属。种水平上，Streptococcus B6、Streptococcus mitis是肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中的主要细菌。
图 3 肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中微生物组的分类图谱
3.食管微生物群的生态网络以及差异菌群
共发生网络图分析用于在复杂的食管微生物群中描述微生物之间的相互作用（图4）。相邻非肿瘤组织中微生物之间的相互作用主要涉及厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门，多数组织与微生物之间呈正相关性，反映了正常组织与细菌之间可能存在一定的共生关系。肿瘤组织中微生物之间存在更复杂的相互作用，主要发生在厚壁菌门和变形菌门中。肿瘤组织中细菌之间的相关系数大多为正，表明两种细菌之间可能存在协同作用。
此外，相邻非肿瘤组织（90种）中构成微生物相关网络的微生物种类多于肿瘤组织（70种）。相邻抗肿瘤组织的微生物相关网络图中有24种特有微生物，而肿瘤组织中只有4种。同一种细菌可能在构建肿瘤组织和相邻非肿瘤组织中的微生物相关网络图时发挥不同的作用，或者不同细菌之间的相互作用程度可能会发生变化。
图4 肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中细菌属的共现网络分析
综合来看，肿瘤组织和相邻非肿瘤组织之间在门、属和种水平上，有24 个分类群被确定为差异丰富（图 5），例如，在门水平上的5种细菌相对丰度有显著差异。
图5 肿瘤组织与邻近非肿瘤组织微生物差异分析结果
4.qPCR差异物种定量分析
32对组织的qPCR结果进一步表明了布劳特氏菌、密螺旋体菌、鼠乳杆菌、Peptoanaerobacter stomatis 和牙周梭杆菌的相对比例在肿瘤和邻近的非肿瘤组织中存在统计学差异（图6）。但肿瘤组织中鼠乳杆菌的相对丰度高于邻近的非肿瘤组织，这与测序结果相反。
图6肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中差异分类群的qPCR分析结果
5.肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中微生物群的功能预测
基于16S全长扩增子测序结果进行PICRUSt2功能预测分析，通过KEGG和LEfSe鉴定，在肿瘤组织和邻近非肿瘤组织的微生物中存在13种潜在差异表达的功能蛋白（图7）。在KEGG数据库注释的结果中，肿瘤组织中微生物的LPS生物合成途径更为显著，而邻近非肿瘤组织中硫辛酸代谢更为普遍。
图 7 基于 KO 和 KEGG 数据库的肿瘤组织和邻近非肿瘤组织微生物功能预测
四、研究结论
综上所述，通过对食管癌患者肿瘤组织与癌旁非肿瘤组织中细菌结构的差异的探究，表明食管癌组织和邻近非肿瘤组织中的微生物群落结构相似，链球菌和Labrys分别是食管肿瘤组织和邻近非肿瘤组织中最重要的细菌，微生物相互作用在肿瘤组织中比在邻近的非肿瘤组织中更强。本研究补充了食管原位微生物的结构、功能和相互作用的现有信息，为进一步探索食管原位微生物与食管鳞状细胞癌的关系提供了方向。
参考文献
Identification of tissue‑specific microbial profile of esophageal squamous cell carcinoma by full‑length 16S rDNA sequencing.Appl Microbiol Biotechnol,2022.
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