直腸癌或許能早發現早治療？研究發現：兩類腸道菌能提前“留下信號”

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前 言

如果癌癥是一場緩慢醞釀的風暴，那么直腸癌往往在數年前就留下了微弱而可追蹤的信號。

令人意外的是，這些信號并不只來自基因突變本身，而是來自與我們共同生活的微生物世界。

過去十年，科學界逐漸注意到：在直腸癌的發生過程中，有兩類細菌群落會留下獨特的分子“痕跡”，這些痕跡能夠反映組織變化的早期階段，也為癌變風險的監測提供全新的窗口。

更重要的是，其中特征十分穩定，可以通過基因組、轉錄組和微生態數據多層驗證。

換句話說，微生物并非致病者，而是記錄者——它們在體內的活動模式，可能為我們提供提前數年的預警信號。

01兩類細菌如何參與癌變過程：從分子反應到組織信號

傳統觀點認為，直腸癌由遺傳、飲食結構、慢性炎癥等多重因素共同推動。

然而，隨著微生物組研究的深入，科學家發現某些微生物所產生的分子或信號通路，能夠在癌變過程中留下可識別的特征。

① 含pks基因島的大腸桿菌：會生成可追蹤DNA反應模式

2019年Science的里程碑研究指出，部分大腸桿菌攜帶pks基因島，其代謝產物colibactin可與宿主DNA發生特定形式的相互作用，并留下極具特征性的“突變模式”。

2020年Nature的隨訪研究進一步確認：這種分子特征可在部分結直腸癌樣本中穩定檢測到。

這意味著：pks+大腸桿菌的存在，與某類突變模式之間存在可追蹤的分子關聯。

② Fusobacterium nucleatum（梭桿菌）：與組織信號通路存在交互作用

2017年Cell Host&Microbe研究顯示，梭桿菌分泌的FadA黏附蛋白可與宿主細胞的β-catenin通路發生互動，使組織增殖信號增強。

同年Nature Medicine指出，腫瘤組織中富集的梭桿菌與局部免疫微環境的改變高度相關。

▲盡管研究存在差異，薈萃分析識別出一組與 CRC 密切相關的腸道微生物。

不難看出，這兩類細菌并非“造成癌癥”，而是在癌變過程中與組織環境發生特定的分子接觸，并留下科學可識別、可量化的信號。這些信號正成為研究者追蹤癌變演進的重要線索。

02從機制到人群數據——直腸癌中的“微生態指紋”正在被解讀

如果機制研究揭示了“微生物可以留下癌變相關線索”，那么大型人群隊列則進一步說明：這些線索在真實患者中具有高度重現性。

① 多中心研究構建直腸癌的“微生態模式”

2023年Nature整合MetaHIT、TCGA等多國數據發現：無論地域、飲食或年齡差異如何，直腸癌組織中更易檢測到三類穩定信號：

• pks+大腸桿菌

• Fusobacterium nucleatum

• 丁酸菌等支持黏膜健康菌群的減少

這種跨人群、跨地區的重現性讓研究者認識到：直腸癌并非只有細胞和基因突變，還有可被微生態記錄的分子特征。

▲對 CRC 相關腸道微生物的共現分析顯示，有四個簇優先關聯于特定患者亞群。

② 微生態信號與突變模式可一一對應

2022年Science對700多例結直腸癌WES數據的分析顯示：

• 只要存在pks特征，往往能檢測到colibactin-signature

• 此類樣本的組織行為（如增殖速度、免疫特征）具有一定模式化表現

這意味著，微生態信號不僅能反映癌變軌跡，還可能提示疾病行為特征。

③ 臨床數據提示微生態可用于提前識別病變

NIH 2024年早篩研究進一步證實：在糞便樣本中檢測到特定微生態特征的人群，其腺瘤與高級別病變的檢出率顯著提升。

并非因為“細菌造成癌癥”，而是因為：當組織開始發生改變時，微生態也會隨之發生可量化的響應。

換句話說，微生物提供的不是風險，而是線索。

03現實意義——微生態或將成為直腸癌預測、篩查與治療的重要組成

隨著微生態信號與直腸癌關系的研究愈加清晰，醫學路徑正在出現三大變化。

① 篩查：微生態特征可能成為“無創早期信號”

未來的直腸癌篩查體系可能包括：

• 特定菌群豐度的變化

• pks基因島檢測

• 梭桿菌相關基因與通路特征

• 與微生態關聯的“突變簽名”

這些方法可與腸鏡互補，為更多無法接受侵入性檢查的人提供篩查可能。

▲分類和功能宏基因組分類模型在多個研究中進行推廣，尤其是在多項研究數據上訓練時。

② 風險預測：基于微生態的模型正在構建

2024年Gut的綜述指出，基于微生態模式構建的預測模型可用于：

• 識別高級別腺瘤

• 區分低風險與高風險人群

• 提供長期隨訪中的風險分層

這意味著，微生態特征有望成為下一代風險評估工具。

③ 治療：理解微生態有助于提升療效

免疫治療研究表明：某些微生態模式與免疫治療的響應度具有相關性。例如：

• F. nucleatum豐度變化可能反映腫瘤微環境狀態

• 益生元、膳食纖維、定向調節菌群可能與療效支持相關

未來的直腸癌治療將不僅關注腫瘤本身，也關注腫瘤所處的微生態環境。

04總結收束

當我們重新理解直腸癌，會發現它并不是單純的基因突變事件，而是一場宿主、組織與微生態共同參與的復雜過程。

兩類與直腸癌密切相關的微生物并非致病者，而是記錄者——它們通過特定分子特征、信號通路和可檢測的突變模式，為我們提供理解癌變進程的線索。

從機制研究到臨床隊列，再到無創篩查模型，微生態正從“背景變量”變為“可用于預測的生物標志物”。

掌握這些信號，不只為了理解癌癥，更是為了提前發現風險、優化診療路徑，為未來的精準醫學提供新的方向。

注明 參考文獻

Meta-analysis of fecal metagenomes reveals global microbial signatures that are specific for colorectal cancer

Jakob Wirbel , Paul Theodor Pyl , Ece Kartal , Konrad Zych , Alireza Kashani , Alessio Milanese , Jonas S Fleck , Anita Y Voigt , Albert Palleja , Ruby P Ponnudurai……

PMCID: PMC7984229 NIHMSID: NIHMS1666869 EMSID: EMS81948 PMID: 30936547

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