肠道微生态失衡参与肝癌进展的整合组学研究及其促癌作用验证

Gut microbiota play an important role in chronic inflammation and liver cirrhosis development. In recent years,animal experiments indicated that gut microbial dysbiosis promotes hepatocellular carcinoma (HCC) progression. We previously found that the patients with HBV-HCC presented an imbalance of gut microbiota, so we propose that gut microbial imbalance is involved in the development of HBV-HCC.Complex network interaction between liver persistently chronic inflammation induced by HBV infection and gut microbial imbalance may promote liver tumor microenvironment formation, thereby participating in the development of HBV-HCC. In the view of holistic integrative hepato-enterology, we adopt metagenomics, metabolomics and bioinformatics analysis to research gut microbiota in health people and patients with HBV carriers, chronic hepatitis B, liver cirrhosis and HBV-HCC. We will associate these alterations with disease progression to clarify the integrative metagenomics and metabolomics mechanism that gut microbial imbalance is involved in HBV-HCC progression, and to identify the key bacterial community and metabolites. Meanwhile, we establish chemical-induced HCC model in the germ-free rat, and verify whether gut microbes from HBV-HCC patients promote HCC progression, and explore the possible mechanisms, if it is true,we could indirectly prove that the promoting-cancer action of gut imbalanced microbiota in HBV-HCC patients for HBV-related cirrhosis liver.

肠道微生态失衡在肝脏慢性炎症及肝硬化中起重要作用，近年来动物实验也证实其失衡促进肝癌进展。我们发现乙肝相关性肝癌（HBV-HCC）患者存在肠道微生态失衡，提出肠道微生态失衡参与HBV-HCC进展的科学假说。HBV感染引起的肝脏慢性炎症与肠道微生态失衡的复杂网络互作，有可能促进了肝细胞癌变肿瘤微环境的形成，进而参与HBV-HCC的进展。本研究从整合肝肠病学出发，采用宏基因组学、代谢组学及大数据生物信息分析，以健康人为参照，对乙肝携带者、慢乙肝、乙肝肝硬化和HBV-HCC患者的肠道菌群进行宏基因组学及代谢组学研究，并与疾病进展关联分析，阐明肠道微生态失衡参与HBV-HCC进展的整合组学机制，确定与HBV-HCC进展相关的标志菌群和代谢物；同时采用无菌大鼠化学药物诱癌模型验证HBV-HCC患者的肠道菌群的促癌作用，如可能则探索其作用机制，间接证明该类患者肠道菌群对乙肝肝硬化肝脏的促癌作用。

本研究基于高通量测序技术构建了大样本的健康人、乙肝肝硬化，乙肝相关性肝癌（HBV-HCC）患者的肠道菌群16SRNA基因集和宏基因组非冗余基因集，并进行了肠道菌群特征分析、微生物标志物鉴定、功能基因组装和功能分析，揭示了HCC患者的肠道菌群的宏基因组学特征。我们发现在宏基因组层面，肝癌患者和健康人群的肠道菌群构成有显著差异。功能基因分析显示表达丰度最高的功能基因大部分都是与遗传物质代谢和参与代谢相关的基因，肝癌患者肠道微生物DNA修复功能基因显著富集。通过分析糖酵解和胆固醇合成相关基因的表达谱和临床特征的变化，探讨了代谢亚型与肝癌之间的关系，并观察到糖酵解基因与HCC预后显著相关。.该研究包括临床研究和动物实验，通过整合分析肠道菌群的宏基因组学，代谢组学及肝癌组织的转录组学研究发现，早期肝癌患者肠道菌群生物多样性减少，表现为产丁酸盐细菌减少，产内毒素（LPS）细菌增多；肠杆菌科细菌与早期肝癌进展呈正相关；确定了3个肠道菌属与肝癌组织中31个基因之间的稳健关联，提示HCC患者肠道菌群失衡促进肿瘤免疫微环境的形成，血清胆汁酸可能是重要通讯介质。通过动物实验发现应用肝癌患者的肠道菌群干预对荷瘤小鼠有潜在的促癌作用。.本研究通过对随机森林模型的五倍交叉验证，确定了肝癌患者肠道30个最佳微生物标志物，在早期和中晚期HCC患者中验证了肠道菌群标志物的强诊断效力，并在中国西北和华中地区的HCC患者中进行了跨区域验证，证明肠道菌群标志物是HCC早期诊断的潜在非侵入性工具。本研究揭示了肝癌患者肠道微生态失衡与肝癌进展有相关性，肠道菌群可能成为监测和防治肝癌进展的新型靶点，具有潜在的临床转化应用意义。