基础研究 开放获取
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世界J胃肠罗。 2021年10月14日; 27 (38): 6430 - 6441
在线发布于10月14日,2021年。Doi:10.3748 / wjg.v27.i38.6430
粪便代谢物谱:结肠直肠癌患者的比较研究vs腺瘤息肉
Giulia Nannini,Gaia Meoni,Leonardo Tenori,Maria Novella Ringressi,Antonio Taddei,Elena Niccolai,Simone Baldi,Edda Russo,Claudio Luchinat,Amedeo Amedei
Giulia Nannini, Maria Novella Ringressi, Antonio Taddei, Elena Niccolai, Simone Baldi, Edda Russo, Amedeo Amedei,佛罗伦萨大学临床与实验医学系,佛罗伦萨50134,意大利
盖亚·梅奥尼,列奥纳多·特诺里,佛罗伦萨大学化学系“乌戈希夫”,意大利佛罗伦萨50134
克劳迪奥·Luchinat,佛罗伦萨大学化学与磁共振中心(CERM),意大利佛罗伦萨50134
ORCID号码: 会Nannini (0000-0002-6481-6864);盖亚Meoni (0000-0002-8608-4641);莱昂纳多Tenori (0000 - 0001 - 6438 - 059 - x);Maria Novella Ringressi(0000-0002-1644-0583);Antonio Taddei(0000-0003-2963-4085);埃琳娜Niccolai (0000-0002-9205-8079);西蒙Baldi (0000-0002-5151-2618);埃达罗威(0000-0003-3141-1091);克劳迪奥·Luchinat (0000-0003-2271-8921);阿米地奥•Amedei (0000-0002-6797-9343)。
作者的贡献: Nannini G和Meoni G对手稿的起草做出了同样的贡献;Nannini G, Meoni G, Tenori L, Luchinat C和Amedei A设计并协调了研究;Nannini G和Meoni G进行了这项研究;Niccolai E、Ringressi MN和Taddei A提供了患者的临床信息;Niccolai E、Baldi S和Russo E收集生物样本;Meoni G和Tenori L分析了数据;Luchinat C和Amedei A协调研究;Nannini G和Meoni G起草了手稿;Tenori L、Luchinat C和Amedei A修改了手稿。
机构审查委员会声明:通过Comitato Itico Regionale审查并批准了该研究,每拉斯皮特拉齐斯皮特拉地区Toscana,Sezione地区Vasta Centro机构审查委员会(CE:11166_SPE和13080_OSS)。
利益冲突声明:所有其他作者都没有什么可披露的。
数据共享声明:没有额外的数据可用。
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通讯作者: Amedeo Amedei,理学士,副教授,佛罗伦萨大学临床与实验医学系,Largo Brambilla 3,意大利佛罗伦萨50134。 aamedei@unifi.it
收到:2021年3月9日
同行评审开始: 2021年3月9日
第一个决定:5月1日,2021年
修改:2021年5月17日
公认:2021年8月25日
新闻文章: 2021年8月25日
在线发布:2021年10月14日

抽象的
背景

结直肠癌(CRC)是全球男性和女性的第三大常见死亡原因,在早期发现时,对治疗有积极的反应,通常预后较好。然而,如果诊断晚了,肿瘤扩散到其他器官,存活率就会下降。目前临床上广泛采用的检测方法是粪便潜血检测和血清肿瘤标志物评价,但这些标志物缺乏敏感性和特异性,限制了其在CRC诊断中的应用。结肠镜检查由于其高灵敏度和高精度,是目前CRC的金标准筛查技术,但它是一个昂贵和有创的过程。因此,定制方法的实施,包括那些最小的侵入性,保护,重现性是非常可取的。与其他筛选方法相比,粪便样本的筛选有几个好处,代谢组学是将生命系统中的代谢物转移分类为病理生理影响、遗传修饰和环境因素反应的成功方法。

目的

为了确定变异组的特征并识别一些诊断标志物,我们与健康对照(hc)比较了CRC或腺瘤性息肉病(AP)患者的粪便核磁共振(NMR)代谢谱。

方法

利用质子核磁共振波谱结合多变量和单变量统计方法,确定32例CRC患者、16例AP患者和38例年龄、性别和体重指数匹配良好的hc的粪便代谢谱。

结果

核磁共振代谢组分析显示,CRC患者、AP患者和hc患者的粪便样本谱存在差异,识别出乙酸、丁酸、丙酸、3-羟基苯乙酸、缬氨酸、酪氨酸和亮氨酸等具有区别性的代谢物。

结论

总之,我们有信心,我们的数据可以为未来的CRC治疗研究,特别是诊断和评价治疗效果的研究提供先导。

关键词: 结肠直肠癌腺瘤息肉核磁共振代谢组学粪便样本粪代谢组学

核心提示:结肠直肠癌(CRC)是全世界癌症相关死亡的第三个主要原因。粪便隐匿性血液和血清肿瘤标志物是目前在诊所使用的指示剂,但它们缺乏敏感性和精确度限制了他们对CRC诊断的用途。结肠镜检查是CRC的金标准筛选技术,但它是昂贵和侵入性的。使用易于访问的生物样品如粪便标本,与高通量分子分析技术相结合,可以显着促进诊断和理解患者与CRC的关系。我们与健康受试者进行比较,CRC或腺瘤患者患者的粪便核磁共振代谢组分谱。



介绍

结直肠癌(CRC)是全球男性和女性癌症相关死亡的第三大常见原因[1].许多CRC病例可归因于可变(因此可能是可预防的)[2]危险因素,包括饮食,吸烟,饮酒高,身体不活动,并超重。如果在早期诊断术语,CRC会显示出对治疗的良好反应,通常是更好的预后,而存活率在诊断晚期时减少,并且肿瘤向其他器官传播[3.].此外,还有很好的记录,其中约95%的CRC是腺癌,开始作为结肠腺瘤息肉(AP)[4.)或腺瘤。一系列的分子改变和突变导致了CRC的发展。肿瘤可以通过切除息肉和适当的治疗来预防[5.].粪便潜血血液试验和血清肿瘤标志物的评价通常用于诊所[6.];然而,这些标志物缺乏敏感性和特异性,限制了它们在CRC诊断中的应用[6.-8.].目前,结肠镜检查因其高敏感性和特异性而成为CRC的金标准筛查程序,但结肠镜检查是一种昂贵且特别具有侵袭性的方法[9.10].因此,非常希望引入定制的方法,这些方法结合最小的侵入性,安全性和再现性。粪便样品的筛选对于其他筛选技术具有许多优点。事实上,粪便筛选肯定是非侵入性的,主要反映了结直肠状态。此外,使用易于进入和无侵入性的生物样品,例如粪便标本,结合高通量分子分析技术,可以显着促进CRC的诊断和理解其与患者的相互作用。

代谢组学是一门组学科学,它是一种有效的方法来描述生命系统中代谢产物的变化作为病理生理刺激、遗传修饰和环境因素的反应。代谢物是低分子量有机分子,在维持生命所必需的生化过程中参与(作为底物或产物)。因此,对代谢产物及其变化的综合评价是观察和衡量生物对不同条件的反应的基础。

核磁共振波谱是从生物样品中获取代谢组学信息的最有效的高通量技术之一[1112].基于nmr的代谢组学已成功应用于疾病分类[13-18和预后。从这些前提开始,我们比较了CRC或AP患者与健康对照组(hc)的粪便核磁共振代谢谱,以描述组间的差异,并可能识别诊断标志物。

材料和方法
患者和生物样本

共有86名患者,包括32例CRC患者,16例AP患者和38个HCS在2016年1月至2019年2月在意大利Careggi医院和佛罗伦萨大学之间进行了不同的研究。伦理委员会地区Vasta Toscana Centro(意大利)批准了研究。在开始任何治疗之前,在诊断时均采集所有粪便样本(例如,手术切除,化疗,益生菌摄入量。此外,排除了患有严重疾病,免疫缺陷,自身免疫或传染病的患者。CRC患者,AP患者和HCS在年龄,性别和体重指数中均匀匹配。桌子1总结入组患者的临床特点。

表1结直肠癌患者、腺瘤患者和健康对照组的临床特征
代码
性别比例M / F
年龄中位数,年
年龄范围,Yr
肿瘤分期T0/T1/T2/T3/T4 (N.的患者)
饮食
比赛
CRC. 22辆F;M/ f = 2,2 72 36-85 2/6/10/6/8 地中海 高加索人
AP. 9 m-7f;M/ f = 1,3 59 41 - 79 - 地中海 高加索人
海关 28 m-10f;M / F = 2, 8 47 27-68 - 地中海 高加索人

粪便样本是在事先贴上标签的收集杯中收集的。将粪便水按1:2 (g/mL,未解冻的粪便与缓冲液重量)的比例在0.75 M磷酸盐缓冲盐水(PBS, pH 7.4)中提取[19].通过旋转混合30s并超声处理15分钟的缓冲样品。然后将每个样品在4℃下以10000g离心10分钟,将700μl上清液转移至1.5ml Eppendorf管,并在4℃下以14000rpm再次离心5分钟。透明的上清液用于NMR分析。

NMR样品制备和分析

共70 μL缓冲液(1.5 M KH2阿宝4./ d2O, pH值7.4;2更易/ L NaN3.;将0.1%TMSP加入到630μl的每个新鲜粪便水样中,并将总共600μl该混合物转移至5mM NMR管。

一维质子NMR(1所有样品的H-NMR谱图均使用Bruker 600mhz光谱仪(Bruker BioSpin srl;(德国莱因斯坦)以600.13兆赫质子拉莫尔频率工作,并配备一个5毫米PATXI1H-13C-15N和2H-解耦探头,包括aZ.轴梯度线圈,自动调谐匹配和自动和冷藏样品更换器(SampleJet,Bruker Biospin Srl; Rheinstetten)。

BTO 2000热电偶用于在样品大约0.1 K的水平上的温度稳定。测量前,样品在核磁共振探头内保持至少3分钟,以达到温度平衡。

两个一维1H-NMR谱,即一维(1D) NOESY和carr - purcell - meiboomo - gill (CPMG),在310 K不同脉冲序列下获得:标准核Overhauser效应谱脉冲序列1D NOESY PRESAT (noesygppr1d.comp;Bruker BioSpin)脉冲序列,使用64个扫描,98304个数据点,光谱宽度为18028 Hz,采集时间为2.7 s,松弛延迟为4 s,混合时间为0.1 s;和标准自旋回波CPMG[20.) (cpmgpr1d.comp;Bruker BioSpin)脉冲序列应用于标准1D序列,具有64个扫描,73728个数据点,光谱宽度为12019 Hz,弛豫延迟为4秒。

光谱处理和统计分析

在应用傅立叶变换之前,将自由感应衰减乘以一个等效于0.3 Hz线展宽因子的指数函数。转化光谱自动校正相位和基线畸变,粪便光谱使用TopSpin版本4.1.0 (Bruker BioSpin GmbH)校准到0 ppm的TMSP单线态。

NMR光谱在0.2 ~ 10.00 ppm的光谱范围内被分割成0.02 ppm的bins。含有残留水信号的区域(在4.6和4.9 ppm之间)被从仓中去除。使用Assure NMR 2.2对每个箱子内的光谱强度进行集成,并计算相应的面积,得到作为统计方法输入的变量。

在分析生成的数据矩阵之前,概率的商归一化[21对变量进行归一化和均值居中处理。

数据的统计分析使用R[22].在加工的NMR光谱上,进行多变量数据分析。主要成分分析(PCA)用作无监督的技术,用于探索性分析,以检查所获得的光谱的均匀性,并显示异常值的存在。作为一种监督技术,应用了潜在结构的正交突起 - 施加判别分析(OPLS-DA)。OPLS-DA方法是多变量投影方法,通常用于模拟光谱数据。与PCA或部分最小二乘投影相比潜在结构(PLS),OPL能够区分数据中的“响应相关”和“响应 - 正交”波动,从模型解释方面提供益处[23].所有报告的准确性和不同分类的混淆矩阵通过100个周期的蒙特卡罗交叉验证方案(MCCV,内部开发的R脚本)进行评估。在这种情况下,在每次迭代中随机选择90%的数据作为构建模型的训练集。然后检测剩下的10%,并评估分类的敏感性、特异性和准确性。代谢物鉴定是根据以往文献手工进行的[1924]、人类代谢组数据库公共数据库、纯有机化合物库(BBIOREFCODE;力量BioSpin)。计算相对代谢物浓度(以任意单位表示),积分并计算峰面积[25].

为了确定被研究的所有类别之间的鉴别分子,选择Wilcoxon检验来推断两组受试者之间的差异[26].使用Benjamini&Hochberg方法应用假发现率(FDR)校正,并调整P.< 0.05被认为有统计学意义[27].效果大小,使用克利夫的三角洲(Cd)公式[28,以帮助识别有意义的信号,从而估计不同组之间的距离大小。使用Romano和Coll中提供的阈值评估震级[29],即。|Cd| < 0.147”可忽略,“|Cd| < 0.33”小,“|Cd| < 0.474”中,否则为“大”。

以代谢物水平的变化为日志2两组频谱中对应信号的归一化中位数强度之比。途径分析使用MetaboAnalyst 4.0免费在线软件[30.].

结果
CRC和AP患者的代谢指纹

获得86份粪便提取物(32 CRC, 16 AP, 38 HC)的核磁共振谱。由于7个光谱的匀波质量不佳,只有79个光谱(1D NOESY: 26 CRC, 15 AP和38 hc;CPMG: 27 CRC, 14 AP, 38 hc)用于后续分析。

PCA最初是使用粪便提取物的桶状光谱来生成不同组患者(CRC、AP和hc)之间变异的概述。如图所示,在前两个主成分的得分图中可以检测到一些趋势补充图1.的确,两个评分图都显示CRC和AP患者组比分组较多的hc患者组更倾向于在图中扩散。然而,在使用这种无监督方法的患者组的代谢组学谱中似乎没有出现净聚类,就hc而言也是如此。

已经进行了组中的比较分析以测试该群体的能力1利用H-NMR粪便水谱对患者的样本进行诊断分类。使用MC交叉验证监督OPLS-DA方法建立了几个模型。首先,所有三组(CRC、AP和hc)在同一模型中使用,以检验该方法预测健康或病理的准确性使用单桶核磁共振粪便光谱(补充图2.)。如在分数图中所示补充图2., AP样品占据hc和CRC之间的中间代谢组空间。实际上,OPLS-DA NOESY和CPMG模型的ap阳性真实百分比分别为37.7%和18% (补充图2.),大多数AP患者在HCS或CRC的代谢形式内被错误分类。

由于无法获得患者的预后数据,因此无法评估在结直肠癌代谢组空间内预测的AP患者是否更容易发生癌症。

正确分类HCS的能力为临床筛查提供了另一个重要挑战。实际上,与AP + CRC患者相比,已经尝试将HCS的粪便水谱区分开,使用1D Noesy Binned Spectra(表2supmentary图3)。

表2概述潜在结构的潜在结构 - 判别分析模型建立了使用选择性一维质子核磁共振脉冲序列,灵敏度(%),特异性(%)和预测准确度(%)在100次蒙特卡罗进行评估的粪便水谱每个模型都报告了交叉验证。
1H NMR粪便提取光谱OPLS-DA cv模型
集团(N.的样本)
脉冲序列
灵敏度(%)
特异性(%)
预测准确性(%)
HS (38)vsAP&CRC(41) 1 d noesy;CPMG 84.9 85.7 85.3
HS (38)vsAP&CRC(41) 77.5 83.8 80.5
HS (38)vsCRC (26) 1 d noesy;CPMG 94.2 90.2 93.7
HS (38)vsCRC (27) 97.3 85.2 91.0
HS (38)vs美联社(15) 1 d noesy;CPMG 90.8 76.6 87.0
HS (38)vs美联社(14) 69.0 67.6 81.1
美联社(15)vsCRC (26) 1 d noesy;CPMG 77.0 90.4 79.3
美联社(14)vsCRC (27) 67.5 74.0 72.7

此外,建立了分离模型,分别比较1HNMR垃圾谱的HCSvsCRC,高碳钢vsAP和CRCvsAP患者(表2补充图3B-D)。如表所报告的那样2,所有建立在1D NOESY桶形谱上的模型都比建立在CPMG谱上的模型性能更好。补充图3.显示了表中所列模型中较高预测精度相关的得分图2.报道的模型表明,与hc相比,CRC和AP的粪便提取物中存在代谢组学指纹,证实了PCA之前和现有文献的建议[2431-33].

在大多数生物流体中,低质量代谢物与高质量生物分子(如脂质,蛋白质和脂蛋白)共存。这里,使用两种NMR脉冲序列来选择性地观察不同的组分:1D噬菌体脉冲序列产生频谱,其中代谢物和高分子量分子的信号(如。如脂质、脂蛋白和白蛋白);CPMG脉冲序列可选择性地观察含有大分子(通过T2过滤)。代表一维1用上述脉冲序列获得的粪便提取物的核磁共振氢谱如图所示补充图4..实际上,对低分子量和高分子量化合物敏感的Noesy实验导致本研究中考虑的所有病例的更准确的分类器,并在表中描述2(HCS.vsAP与CRC:敏感性84.9%,特异性85.7%,预测准确性85.3%;高碳钢vsCRC:敏感性85.0%,特异性88.6%,准确性86.8%;高碳钢vsAP:敏感性71.7.8%,特异性83.8%,预测准确性77.8%:APvsCRC:敏感性87.4%,特异性71.6%,预测精度为79.5%)。

CRC和AP患者的代谢概况

目的是鉴定每组的代谢物水平变化特征,将单变量分析应用于鉴定的粪便代谢物。在CRC患者和HCS之间的粪便样本的代谢谱中观察到标记的变化。实际上,首先的是3-羟基苯乙酸酯,甲醇,半乳糖,乙酸酯,木糖和异丁酸酯的显着较低含量和甘油和苯丙烯含量较高的含量(图1)。与HCs相比,AP患者的3-羟基苯乙酸酯,丁酸酯,乙酸酯,丙酸盐,异丁酸酯和乳酸+苏氨酸(由于1.33ppm的重叠的双峰相同),如图所示1 c.在CRC粪便提取物专业文件,与AP患者相比,只有亮氨酸,酪氨酸和缬氨酸仍然是STA具有统计学意义,且存在较高的数量(图1 b)。鉴定的粪便提取物代谢物的完整列表补充表1.鉴定的最相关的途径在表中报告3.补充图5.

图1
图1大肠癌、息肉患者和健康对照组的粪便水代谢物水平 用于显着改变的代谢物的折叠变化(FC)值的Boxplots。红条代表伪发现率(FDR)校正后仍然显着的代谢物水平(FDRP.< 0.05),绿色条是FDR校正后不再显著的代谢物(P.< 0.05)。在比较中也报告了每种代谢物的Cliff的delta效应大小(a:小效应,b:中效应,c:大效应)。A:健康对照组(hc)与结直肠癌(CRC)患者的比较,负对数2(FC)值表示CRC粪便样本中较低的代谢物水平,阳性对数2(FC)值报告CRC的含量高于hc;B:负对数2(FC)表示CRC患者的代谢产物水平高于息肉患者;C: hc与息肉患者阴性log的比较2(FC)值表示息肉患者粪便中的代谢产物水平较低。
表3确定了粪便代谢产物的途径。
途径分析粪便水样
粪便代谢物

代谢物
P.
霍尔姆P.
FDR.
影响
AP. 缬氨酸,亮氨酸和异氨酸生物合成 亮氨酸,缬氨酸 8.25×10-4 0.069 0.069 0.0
氨酰生物合成 缬氨酸,亮氨酸,酪氨酸 0.002 0.17 0.08 0.0
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解 亮氨酸,缬氨酸 0.02 1 0.48 0.0
苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸的生物合成 酪氨酸 0.02 1 0.48 0.5
CRC. 氨酰生物合成 苯丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,酪氨酸 2.3×10-4 0.019 0.01 0.
苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸的生物合成 苯丙氨酸,酪氨酸 2.7×10-4 0.022 0.035 1
缬氨酸,亮氨酸和异氨酸生物合成 亮氨酸,缬氨酸 0.0012 0.1 0.035 0.0
苯丙氨酸代谢 苯丙氨酸,酪氨酸 0.0019 0.16 0.041 0.36
半乳糖新陈代谢 半乳糖,甘油 0.014 1.0 0.2 0.05
缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解 缬氨酸,亮氨酸 0.03 1.0 0.43 0.0

CRC中识别出的六大代谢途径(P.< 0.05)为氨基酰- trna生物合成,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成,苯丙氨酸和半乳糖代谢和缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解。其中,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成、氨基酰基- trna的生物合成、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解以及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成途径也在AP患者中发生改变(表)3.)。

讨论

在本研究中,我们使用核磁共振波谱技术评估了CRC和AP患者的粪便代谢谱与hc的关系。代谢组是由代谢产生的低分子量化合物的定量集合[34].代谢组学是基因组学,蛋白质组学和转录组织下游的新兴研究领域。粪便样本的代谢筛选,反映了结直肠状态,可能有助于开发非侵入性筛选试验[3536].代谢组学的力量在于能够检测和描述肿瘤,因为细胞代谢改变是癌症的关键特征[37].迄今为止,评估与CRC相关的粪便代谢变化的研究仍然缺乏。值得注意的是,没有研究描述与腺瘤相关的粪便代谢变化。尽管粪便水简档的可变异性,但患者和HCS之间的可靠代谢差异是通过光谱的初步分析来观察到的。首先,PCA的1通过H-NMR波谱数据识别一些趋势和异常值,显示癌症、腺瘤和HC组之间存在一定的分离。然而,这种无监督的方法似乎没有明确地描述这些群体。考虑到饮食、生活方式和性别带来的个体间差异,这些结果并不令人惊讶等。

为了优化组间分离,我们采用OPLS-DA MCCV模型,该模型可有效识别CRC患者和hc的粪便代谢组指纹图谱(总体预测准确率为93.7%)。从以上分析我们可以得出结论,低分子量和高分子量的分子,使用1D NOESY脉冲序列可见,在代谢水平上表征这两种病理特征是重要的。此外,与结肠AP或腺瘤患者和CRC患者相比(显示预测准确率为85.3%),准确预测hc的能力使用1H-NMR粪便水谱,可以在更多的受试者进行测试,在粪便潜血试验阳性后进行快速筛查,以避免一些因其他原因出血的患者进行结肠镜检查[3839].

详细地,在CRc和AP患者中发现短链脂肪酸(SCFA)显着降低,特别是,相对于HCs观察,观察到乙酸盐的较低水平。SCFA是通过复合碳水化合物的肠道细菌发酵产生的微生物衍生的代谢物。SCFA可以被结肠上皮吸收,在调节脂肪酸,葡萄糖和胆固醇代谢中的调节中发挥能量并发挥至关重要的作用[40-43].SCFA丰富的减少与不健康的肠道微生物群地位严格相关,粪便SCFA型材的变化可能是肠道微生物症失育,炎症变化或两者的结果44].我们的数据确认了以前由其他研究报告的内容。特别是林的分析[45]显示粪乙酸对CRC患者hc具有较高的诊断性能。

与之前的数据相比,我们没有发现CRC患者相对于hc的丁酸水平下降;然而,我们观察到AP水平显著降低。丁酸在人结肠中具有重要的稳态作用体外在活的有机体内研究显示其有能力预防儿童CRC[46-48].然而,其他研究表明对比结果,表明丁酸的亲癌作用,丁丁酸的低水平通常似乎与CRC发育联系起来[3135].这种双刃剑角色被称为“丁酸悖论”[4950].在这方面,我们的结果可能非常有趣,表明腺瘤中低水平的丁酸可能导致CRC的发展,而CRC中“正常”水平的丁酸可以支持癌症进展,促进调节性T细胞的分化,显示出促肿瘤发生的作用[51,特别是在高级CRC。

此外,我们在CRC和AP患者中发现了显着的3-羟基苯(3-HPAA)酸水平。3-HPAA酸是一种弱酸,大肠中的多酚降解最丰富的产品之一[5253].食物多酚在大肠细菌的作用下被分解成其他酚类化合物。通过这种方式,难以吸收的大尺寸多酚转化为小尺寸的生物可利用代谢物,包括3-HPAA,其生物活性更高[5453].多酚结肠代谢物可以是能够清除过量自由基的重要内源性抗氧化剂,抑制它们对蛋白质,脂质和DNA损伤的影响[55].最近的一项研究表明,结肠微生物产生的多酚代谢物减少了与人类肿瘤发生有关的一些酶活性[56].通过抑制环氧氢止酶-2(COX-2),3-HPAA可作为CRC预防剂[57],炎症的介质在各种人类恶性肿瘤中显着过表达。此外,一些研究报告称Cox-2抑制剂不仅可以防止肿瘤形成,而且还降低了家族AP患者已建立的息肉的数量[58].因此,我们的结果表明,低水平的3-HPAA不足以抑制COX-2,因此COX-2表达可以促进癌细胞的发育,肿瘤生长,免疫抑制,血管生成和转移。

此外,CRC患者的粪便中存在更多的氨基酸,如亮氨酸、酪氨酸和缬氨酸(与AP相比),可能是由于与CRC相关的大上皮细胞炎症和损伤导致吸收不良[59].以前关于粪便水的代谢组研究表明,氨基酸浓度反映了由上皮屏障保护的故障引起的营养营养物的吸收[60].与之前的研究一致,我们记录了CRC患者粪便中较高水平的氨基酸[313561].氨基酸水平的改变可能与癌细胞活动的改变有关,包括蛋白质的合成或分解代谢以提供能量和/或其他代谢底物。

结论

总之,我们的NMR代谢组学研究首次揭示了粪便样品型材可以在CRC AP,AP患者和HC中区分,并且鉴定了一些鉴别性代谢物,包括乙酸盐,丁酸酯,丙酸盐,3- HPAA酸,缬氨酸,酪氨酸和亮氨酸。这些改变的代谢产物表明CRC和腺瘤的变化与不同的途径扰动相关,包括缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸生物合成,氨基酰基-TRNA生物合成,缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸降解苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸生物合成,苯丙氨酸代谢和半乳糖代谢。总之,我们相信我们的数据可以成为CRC Man的未来研究的先行者管理,特别是诊断和评价治疗的有效性。

文章强调了
研究背景

结直肠癌(CRC)是全球第三大常见死亡原因。如果早期诊断,CRC对治疗反应良好,通常预后较好。不幸的是,尽管结肠镜检查具有侵袭性,但它代表了筛查CRC的金标准程序。

研究动机

考虑到结肠镜检查是一项昂贵且有创的手术,引入具有最小侵入性、安全性和可重复性的定制方法似乎至关重要。粪便样本筛查相对于其他筛查技术有许多优点。

研究目标

我们研究的主要目的是将HCS(HCS)与CRC或腺瘤性息肉(AP)患者的粪便核磁共振(NMR)代谢组分进行比较,以表征组中的变异,并可能识别一些诊断标志物。

研究方法

为了定义32 CRC,16例AP患者和38 HCS的粪便代谢曲线,我们将质子核磁共振光谱与多变量和单变量统计方法结合使用。

研究成果

获得了86份粪便提取物的核磁共振谱。为了确定各组的代谢物水平的变化特征,对所鉴定的粪便代谢物进行了单变量分析。最显著的变化是CRC患者粪便样本的代谢谱vs高碳钢。AP患者3-羟基栓酰乙酸、丁酸酯、乙酸酯、丙酸酯、异丁酸酯和乳酸+苏氨酸含量较hc明显降低。在CRC的粪便提取谱中,与AP患者相比,只有亮氨酸、酪氨酸和缬氨酸具有统计学意义,且含量较高。

研究结论

粪便样本的代谢筛查可能有助于非侵入性筛查试验的发展。迄今为止,评估与CRC相关的粪便代谢变化的研究仍然缺乏。此外,没有研究描述与腺瘤相关的粪便代谢组学改变。CRC和AP患者的短链脂肪酸显著降低,特别是在hc中观察到较低的醋酸水平。与之前的数据相比,我们没有发现CRC患者的丁酸水平低于hc;然而,我们观察到AP患者的水平显著下降。我们发现CRC和AP患者的3-羟基苯乙酸(3-HPAA)酸水平均显著降低。最后,CRC患者的粪便中存在较多的氨基酸,如亮氨酸、酪氨酸和缬氨酸(与AP相比),这可能是由于大的上皮细胞炎症和损伤导致吸收不良。

研究观点

我们首次发现粪便样本图谱可以区分CRC患者、AP患者和hc患者,并识别出一些具有鉴别性的代谢物,包括乙酸、丁酸、丙酸、3-HPAA酸、缬氨酸、酪氨酸和亮氨酸。我们相信,我们的数据将成为未来CRC治疗研究的起点,特别是治疗效果的诊断和评估。

脚注

稿件来源:特邀稿件

专科类型:胃肠病学和肝病学

原产国/地区:意大利

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