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「青莲百奥聚焦」宏蛋白质组学揭示人结肠癌肠道微生物组的功能

2021-06-05 00:00:00

结肠癌(CRC)是临床诊断中常见的三种癌症之一,也是全球第四大致命癌症。CRC的发病机制十分复杂,人类肠道微生物菌群的变化在结肠癌发病机制中发挥了重要作用,2020年3月24日,上海复旦大学乔亮课题组在npj Biofilms and Microbiomes期刊上发表了题为Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer的研究论文。该研究通过宏蛋白质组学的方法对不同组别人群的肠道微生物菌群差异进行表征,为疾病未来的临床诊断以及发病机制的研究提供了参考。


技术路线



结果速递




1.CRC患者和健康人群肠道微生物组的蛋白质组学

该研究鉴定和定量了30062个蛋白质和91902个肽段,对应195属。从CRC患者组鉴定出18368±6941(平均值±标准差)个独特肽和7761±2663(平均值±标准差)蛋白,CRC患者与健康人群间发现314个差异蛋白,其中124种在CRC患者中丰度更高。FC值和小的10种蛋白分别来自Odoribacter, Eubacterium, Prevotella和Clostridiales等肠道微生物。通过功能分析发现这些蛋白与蛋白折叠,跨膜运输,天冬酰胺代谢,RNA结合或脂多糖合成有关。同时证明了这20种肠道微生物蛋白可作为CRC诊断的潜在候选生物标志物。





2. CRC患者与健康人群的肠道菌群分类丰度比较

研究人员系统的比较了不同层级的菌群丰度。发现在目和科的层面,CRC患者中Desulfobacterales, Methanobacteriaceae和Sporolactobacillaceae显示出比健康人群更高的丰度,健康人群中Sutterellaceae科更为丰富。在属水平上,健康人群中Epulopiscium和Gordonibacter丰度更高。在种水平上,发现CRC组中B. fragilis 和eptostreptococcus anaerobius丰度更高。





3.微生物组的功能特征

该研究进一步使用eggNOG28对属于341个差异蛋白进行COG功能注释。结果表明健康组蛋白相对丰度普遍高于CRC组,其中患者组中与DNA复制,重组和修复有关的肠道微生物蛋白(L类)比健康组多。CRC患者肠道菌群中与DNA修复和SOS反应相关的核酸外切酶UvrABC ATPase亚基和ATP依赖的DNA解旋酶RecQ丰度更高。




4.CRC患者肠道铁蛋白与铁摄入量/运输和氧化应激

通过GO注释,发现341种差异蛋白中有27种与铁的吸收和转运有关,有42个与氧化应激有关。来自Prevotellasp和 Bacteroides的TonB依赖性受体在CRC患者中丰度更高,有助于调节体腔铁浓度;来自 Anaerobutyricum hallii 的Rubrerythrin蛋白质在疾病组中丰度较高。此外,黄素氧化还原酶/ NADH氧化酶在CRC患者体内丰度较正常组低;与健康人群相比,CRC患者中细菌类的超氧化物歧化酶含量更高。





结论


本文利用宏蛋白组学发现肠道微生物组在CRC发病过程中可能具有不同的分类学丰富度和功能,鉴定了341种差异表达蛋白以及相关的功能作用机理,与并挖掘了20种潜在生物标志物,为临床诊断提供依据。






文章标题:Metaproteomics characterizes human gut microbiome function in colorectal cancer

发表期刊:npj Biofilms and Microbiomes

影响因子:IF=7.067


实验材料:14名健康人群粪便样本+14名CRC患者粪便样本

主要方法:DIA定量








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