日本大阪大學、東京工業大學、東京大學和慶應義塾大學組成的研究小組以多發性息肉（腺瘤）患者和大腸癌患者為對象，收集其冷凍糞便，進行了宏基因組學分析和代謝組學分析。通過分析，在多發性息肉（腺瘤）患者和極早期大腸癌（粘膜內癌）患者的糞便中發現了特徵性細菌和代謝物。相關研究成果已於6月7日在美國科學雜誌《自然醫學》（Nature Medicine）上公開。
大腸癌是由大腸息肉（腺瘤）和粘膜內癌一步步演變而來的（多階段癌變）（圖1）。以前雖然在晚期大腸癌中發現過幾種相關細菌，但一直不清楚發展成晚期之前的階段、即大腸息肉（腺瘤）和粘膜內癌階段的相關細菌及代謝物。
圖1：癌症的多階段癌變與腸道環境的變化
隨著病情由息肉（腺瘤）向粘膜內癌、相對早期的癌症（Stage I/II）及晚期癌症（Stage III/IV）發展，繁殖的細菌和代謝物（Bile acids：膽汁酸，Amino acids：氨基酸，Isovalerate：異戊酸等）會動態變化。本次研究新確定了大腸癌初期（腺瘤、粘膜內癌）的相關細菌和代謝物。
研究小組以接受大腸內窺鏡檢查（大腸鏡）的616名受檢者為研究對象，圍繞其飲食等生活習慣實施了問卷調查，並收集了冷凍糞便和大腸鏡檢查結果等臨床信息。針對冷凍糞便實施了宏基因組學分析和代謝組學分析，調查了不同癌症階段的腸道環境特徵。
調查發現，在不同的癌症階段，糞便中增加和減少的腸道細菌大不相同（圖1）。尤其是在大腸癌的多階段癌變過程中，與大腸癌有關的細菌大致可以分為兩種模式。
第一種是從粘膜內癌階段開始增加，隨著病情的進展逐漸增多的細菌。主要為具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum）和消化鏈球菌（Peptostreptococcus stomatis）等，已經有報告顯示這些細菌在晚期大腸癌中增多。
第二種是僅在多發性息肉（腺瘤）和粘膜內癌階段增多的細菌——極小阿托波氏菌（Atopobium parvulum）和齲齒放線菌（Actinomyces odontolyticus）（圖2），研究表明，這些細菌在大腸癌的發病初期就與疾病有關。
圖2：在癌變早期（腺瘤和粘膜內癌）增加，隨著癌症的進展而減少的細菌（代表示例）
與健康人相比時的顯著差異 ＋：P<0.05，＋＋：P<0.01，＋＋＋：P<0.005（縱軸表示糞便中的細菌相對量）
研究表明，雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）的細菌群會在粘膜內癌階段減少。另外，作為丁酸產生菌的多毛毛螺菌（Lachnospira multipara）和挑剔真桿菌（Eubacterium eligens）從粘膜內癌階段到晚期大腸癌階段一直持續減少。
此外，研究小組還通過代謝組學分析發現，患有多發性息肉（腺瘤）的患者，腸道內大量存在名為脫氧膽酸的膽汁酸。患有粘膜內癌的患者與健康人相比，糞便中的異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和甘氨酸等氨基酸增加。而晚期大腸癌患者的支鏈脂肪酸——異戊酸增加（圖3）。
圖3：大腸癌的多階段病變與代謝物（代表示例）
粘膜內癌（S0）階段的特點是，氨基酸中的分枝鎖氨基酸（異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸3種）及芳香族氨基酸——苯丙氨酸和酪氨酸明顯增加。膽汁酸中的次級膽汁酸——脫氧膽酸在多發性息肉（MP）階段增加，初級膽汁酸——甘氨膽酸和牛磺膽酸在粘膜內癌（S0）階段增加。而支鏈脂肪酸——異戊酸在晚期大腸癌階段增加。（縱軸表示糞便中的代謝物質量nmol/g）＜簡稱＞H：健康者，MP：多發性息肉（腺瘤），S0：粘膜內癌，SI/II：Stage I和Stage II，SIII/IV：Stage III和Stage IV
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