近日，美吉生物通過(guò)轉(zhuǎn)錄組云平臺(tái)助力暨南大學(xué)彭喜春課題組在《Journal of Functional Foods》上發(fā)表了題為“Ganoderma lucidum polysaccharide alleviating colorectal cancer by alteration of special gut bacteria and regulation of gene expression of colonic epithelial cells”的研究性文章，通過(guò)轉(zhuǎn)錄組和16S rDNA多樣性測(cè)序分析了靈芝多糖對(duì)小鼠腸道微生物和結(jié)腸上皮細(xì)胞基因表達(dá)的影響，探究靈芝多糖抗結(jié)直腸癌的內(nèi)在機(jī)制。
沒(méi)錯(cuò)，這還是一篇多組學(xué)研究的文章呢~ 廢話不多說(shuō)，趕緊跟小編一起來(lái)看看這篇文章的研究思路吧！
研究背景
結(jié)直腸癌（CRC），是世界上最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一。大量的流行病學(xué)調(diào)查顯示，在癌癥發(fā)病率高和低的地區(qū)，腸道微生物菌群的組成存在顯著差異，微生物多樣性的減少被認(rèn)為是導(dǎo)致CRC發(fā)生的一個(gè)重要因素。
飲食中各種食物成分的攝入會(huì)改變腸道微生物菌群的組成，同時(shí)也會(huì)改變宿主的免疫反應(yīng)。腸道免疫系統(tǒng)也需要腸道上皮細(xì)胞的基因表達(dá)產(chǎn)物維持，與此同時(shí)腸道微生物菌群也在不斷地刺激著腸道上皮細(xì)胞。
靈芝多糖（GLPs）也是一種膳食纖維。近年來(lái)，許多文獻(xiàn)報(bào)道了GLPs在體內(nèi)和體外抗CRC的作用。但目前沒(méi)有研究報(bào)道將其抗CRC效應(yīng)與腸道微生物菌群聯(lián)系在一起。
另一方面，飲食可以改變腸道微生物的多樣性和組成從而調(diào)節(jié)宿主結(jié)腸上皮細(xì)胞的基因表達(dá)。然而，GLP攝入引起的免疫調(diào)節(jié)或其他調(diào)控是否通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物菌群起到減輕CRC作用，仍是未知的。
實(shí)驗(yàn)選材
結(jié)直腸癌小鼠模型：用氧化偶氮甲烷（AOM）和右旋糖酐硫酸酯鈉（DSS）誘導(dǎo)；
培養(yǎng)環(huán)境：溫度22±2℃，12小時(shí)：12小時(shí)（光照：黑暗）生長(zhǎng)；
飼喂配方：基礎(chǔ)配方和GLPs配方（基礎(chǔ)配方中10%玉米淀粉用等量靈芝多糖代替）飼喂63天；
實(shí)驗(yàn)分組：Norm_Glu：正常小鼠飼喂GLPs配方；Norm_Con：正常小鼠飼喂基礎(chǔ)配方；Model_Glu：CRC小鼠飼喂GLPs配方；Model_Con：CRC小鼠飼喂基礎(chǔ)配方。每組各10只小鼠。
研究結(jié)果展示
1. 體重與飼料消耗量
在結(jié)腸直腸癌的發(fā)展過(guò)程中，作者發(fā)現(xiàn)Model_Glu和Model_Con組小鼠在第14，34和53天有嚴(yán)重的體重下降現(xiàn)象，同時(shí)觀察到與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)時(shí)間點(diǎn)飼料消耗大幅下降。
Norm_Glu和Norm_Con兩組小鼠的體重隨著相對(duì)穩(wěn)定的飼料消耗而逐漸增加，兩組體重的增量相似。
2. 發(fā)病率、死亡率、結(jié)腸長(zhǎng)度和滲透率
通過(guò)組織切片觀察，Model_Glu和Model_Con兩組小鼠確定患上結(jié)直腸癌，而Norm_Con和Norm_Glu兩組均正常。Model_Glu組小鼠的死亡率為0，Model_Con組小鼠的死亡率為30％。
Model_Glu，Norm_Con，Norm_Glu三組小鼠的結(jié)腸長(zhǎng)度相似，均顯著長(zhǎng)于Model_Con組(P < 0.05)。各組之間結(jié)腸通透性沒(méi)有顯著差異(P ≥0.05)。
3. 小鼠腸道菌群的總體水平和分布
16s rDNA多樣性測(cè)序分析的結(jié)果顯示：Norm_Con和Norm_Glu兩組OTU數(shù)量相近。Model_Glu組中分類到門的OTU數(shù)量與Model_Con組相似（P≥0.05），但顯著低于Norm_Con組（P < 0.01 ）。
4組的α-多樣性指數(shù)結(jié)果與OTU結(jié)果相似，Norm_Con和Norm_Glu兩組多樣性指數(shù)無(wú)顯著差異；Model兩組多樣性指數(shù)顯著低于Norm_Con組（P < 0.01）。
不同的飲食導(dǎo)致四組腸道微生物菌群分布不同。NMDS分析結(jié)果顯示，Model_Glu和Model_Con兩組位于圖的右側(cè)，而Norm_Glu和Norm_Con兩組主要位于圖的左側(cè)（圖1）。
該結(jié)果表明Model_Glu組的微生物群落結(jié)構(gòu)與Model_Con組不同，而Norm_Con和Norm_Glu兩組的微生物群結(jié)構(gòu)較為相似。
圖1 NMDS分析
4. 門屬水平上小鼠盲腸菌群的組成
微生物菌群在門水平上的相對(duì)豐度比較結(jié)果（表1）：Model_Glu和Model_Con兩組的菌群相對(duì)豐度相似；Model_Con組的疣微菌門相對(duì)豐度顯著高于Norm_Con組（P < 0.05）；Model_Glu和Model_Con兩組的擬桿菌門相對(duì)豐度顯著低于Norm_Con和Norm_Glu兩組；Model_Glu組變形菌門的相對(duì)豐度顯著高于Norm_Con和Norm_Glu兩組。
表1 小鼠盲腸微生物菌群在門水平的相對(duì)豐度（％）
微生物菌群在屬水平上的相對(duì)豐度比較結(jié)果（表2）：與Model_Con組相比，Model_Glu組的顫螺旋菌屬和脫硫弧菌科一種未知菌屬的相對(duì)豐度較低（P < 0.05）；Model_Glu和 Model_Con兩組的脫硫弧菌屬相對(duì)豐度顯著低于Norm_Con和Norm_Glu兩組；
另外， Model_Glu組的副桿狀菌屬和消化鏈球菌科一個(gè)未知菌屬的相對(duì)豐度顯著高于Norm_Glu組（P < 0.05），而毛螺菌科一個(gè)未知菌屬的相對(duì)豐度則是Model_Glu組顯著低于Norm_Glu組（P < 0.05）。
表2 小鼠盲腸微生物菌群在屬水平的相對(duì)豐度（％）
5. 小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞的基因表達(dá)
作者收集了4組小鼠的結(jié)腸上皮細(xì)胞進(jìn)行表達(dá)譜測(cè)序分析。Model_Con和Norm_Con兩組比較共得到2180個(gè)差異表達(dá)基因（P < 0.05），其中538個(gè)基因發(fā)生了下調(diào)，1642個(gè)基因上調(diào)。Model_Glu和Model_con兩組比較共得到1038個(gè)差異表達(dá)基因，699個(gè)下調(diào)，339個(gè)上調(diào)。
將這1038個(gè)差異基因進(jìn)行KEGG富集分析（圖2），共富集到14個(gè)KEGG通路，其中有2個(gè)與免疫系統(tǒng)相關(guān)，分別是B細(xì)胞受體信號(hào)通路和造血細(xì)胞譜系。將兩個(gè)比較組別的差異基因進(jìn)行Venn分析，得到414個(gè)共有的差異基因（圖3）。
圖2 KEGG富集分析結(jié)果
圖3 兩個(gè)比較組差異基因Venn分析
為了從差異基因中篩選出與結(jié)直腸癌及GLP攝入相關(guān)的基因，作者設(shè)定了一套篩選條件：
（1）需在所有樣本中均有表達(dá)且FRKM≥1；
（2）屬于顯著富集KEGG通路中的基因；
（3）屬于414個(gè)共有的差異基因；
（4）基因在Norm_Con vs Model_Con 中下調(diào)（或上調(diào)）且在Model_Con vs Model_Glu中上調(diào)（或下調(diào)）（|logFC|≥1）。
通過(guò)以上條件進(jìn)行篩選共得到7個(gè)目標(biāo)基因，這些基因與脂質(zhì)代謝和脂肪細(xì)胞脂類分解相關(guān)。
總結(jié)
結(jié)直腸癌（CRC）小鼠通過(guò)攝食GLP可以防止結(jié)腸縮短并降低30％的死亡率，這表明GLP可以減輕小鼠的結(jié)直腸癌病情。通過(guò)攝食GLP共有207個(gè)OTUs發(fā)生了改變。
作者首次發(fā)現(xiàn)CRC小鼠盲腸中顫螺旋菌屬具有較高的相對(duì)豐度。CRC小鼠通過(guò)攝食GLP其盲腸中脫硫弧菌科一種未知菌屬的相對(duì)豐度顯著降低。隨后通過(guò)表達(dá)譜分析篩選得到的7個(gè)目標(biāo)基因，這些基因主要與脂肪細(xì)胞脂類分解有關(guān)，其中有4個(gè)基因（Acaa1b，Fabp4，Mgll和Scd1）已有文獻(xiàn)報(bào)道與癌癥相關(guān)。
總之，本研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)飼喂靈芝多糖（GLP）能夠改變小鼠腸道中特定菌群的豐度及癌癥相關(guān)基因的表達(dá)起到緩解結(jié)直腸癌的作用。
另外小編再啰嗦幾句。文章中作者看似繁多的基因篩選條件，小伙伴們是不是覺(jué)得篩選起來(lái)很麻煩呢？偷偷告訴你，其實(shí)一點(diǎn)都不麻煩，使用我們的云平臺(tái)分析數(shù)據(jù)，幾分鐘就搞定啦！趕緊去體驗(yàn)看看吧~
參考文獻(xiàn)
Luo J, Zhang C, Liu R, et al. Ganoderma lucidum, polysaccharide alleviating colorectal cancer by alteration of special gut bacteria and regulation of gene expression of colonic epithelial cells[J]. Journal of Functional Foods, 2018, 47:127-135.
聯(lián)系客服
