越来越多的证据表明，肠道微生物群在重塑宿主免疫特征中具有重要作用。然而，目前DNA错配修复缺陷(dMMR)和DNA错配修复良好(pMMR)结直肠癌(CRC)相关的各种微生物相互作用仍然不清楚。因此小编今天给大家分享一篇8月刚刚发表在Journal For Immunotherapy Of Cancer（IF:10.9）杂志上关于CRC微生物互作与免疫微环境的文章。这篇文章整合多组学数据对dMMR和pMMR CRC之间的肠道微生物与宿主免疫相互作用进行了详细分析。

Depicting the landscape of gut microbial-metabolic interaction and microbial-host immune heterogeneity in deficient and proficient DNA mismatch repair colorectal cancers

DNA错配修复缺陷和良好的结直肠癌中肠道微生物代谢相互作用和微生物宿主免疫异质性景观刻画

一．文章摘要

研究对455名参与者的粪便样本进行了宏基因组测序和代谢组学分析。研究队列中包括21名dMMR CRC患者、207名pMMR CRC患者以及227名健康样本(CTRL)做对照。研究首先从5例dMMR CRC和45例pMMR CRC患者中收集50个肿瘤样本，并进行组织RNA测序。结果研究识别出具有明显异质性的微生物群和代谢物，包括211种dMMR富含的微生物、2种dMMR缺乏的微生物、13种dMMR富含的代谢物和77种dMMR缺乏的代谢物。此外，微生物代谢关联分析也发现pMMR CRC具有乳酸积累的特征，这是由特定肠道菌群的消耗引起的，与抗肿瘤免疫负相关。研究也发现CRC dMMR富含微生物能够介导的核苷酸代谢和肽降解。进一步研究也观察到MMR特异性代谢与CD8+ T细胞、树突细胞和M2样巨噬细胞等免疫特征有关。

二．文章的主要内容及结果

1. 参与者信息

文章首先对涉及的参与者及样本信息进行了介绍。研究共纳入了455份粪便样本和50份肿瘤组织样本(A)。研究观察到dMMR组与pMMR组在年龄、性别、体重指数(BMI)、分化程度、肿瘤淋巴结转移(TNM)分期、KRAS/ NRAS/BRAF突变、CA199等临床特征上相似，而dMMR组与pMMR组在肿瘤大小、分化程度、神经侵袭率、血管侵袭率、癌胚抗原(CEA)等方面具有显著差异。

2. pMMR CRC中α多样性降低且dMMR和pMMR CRC中的微生物组成不同

研究进一步观察了不同样本组中的微生物物种多样性。研究观察到与健康对照组或dMMR CRC相比，pMMR CRC中粪便α多样性的Shannon指数估计显著降低。此外，CTRL和dMMR之间的α多样性相似(B)。主坐标分析(PCoA) β多样性发现dMMR和CTRL之间以及pMMR和CTRL之间的粪便微生物分布差异显著(C)，而dMMR和pMMR之间无显著差异。代谢物的PCoA结果也相似(D)。这些结果表明，与pMMR CRC相比，dMMR CRC具有更高的α多样性，但具有相似的β多样性，这表明微生物群以MMR特异性的方式影响宿主的潜在功能。

3. 分类特征揭示了dMMR和pMMR CRC中微生物群的异质性

研究接着分析了dMMR和pMMR CRC中的微生物群异质性。研究首先分析了CTRL、dMMR CRC和pMMR CRC在门水平上的微生物比例(A)。接下来，研究在每个门中识别出dMMR和pMMR CRC之间的213种丰度差异微生物，其中211种在dMMR CRC中富集，2种在dMMR CRC中缺少(B)。接着研究绘制了dMMR和pMMR CRC之间丰度差异微生物的系统发育树(C)。然后评估455个实验对象的前30个丰度差异物种，其中有14个差异种被显著选择 (D)。接下来为了评估微生物关联，研究构建了14种选定的微生物物种的相互作用网络(E)，结果发现dMMR和pMMR CRC中肠道微生物群具有不同组成和相互作用，这可能与肿瘤临床病理特征和ICI反应的差异有关。

4. dMMR和pMMR CRC的粪便代谢组学改变

研究这一部分探索了肠道微生物群对dMMR和pMMR CRC代谢的影响。研究对dMMR, pMMR和 CTRL的粪便样本进行了非靶向代谢组学研究。研究首先识别出了90种差异代谢物，其中13种是富集代谢物，77种是缺失代谢物(A)。接下来研究基于KEGG对代谢物进行富集分析，结果发现代谢通路显著富集，其中包括嘌呤代谢、嘧啶代谢、淀粉和蔗糖代谢、鞘脂代谢和丙酸代谢(B)。其中参与丙酸代谢的代谢物在dMMR CRC中减少，这些代谢物包括丙酸和乳酸，以及其他短链有机酸，如琥珀酸和2,3-二羟基戊酸(C)。此外，研究发现25种有机酸及其衍生物在dMMR CRC中缺失(C)。接下来研究对差异微生物群和代谢物的相关性进行了分析(D)，结果发现，dMMR和pMMR CRC的粪便代谢组成存在异质性，这可能重构了肿瘤微环境。

5. dMMR和pMMR CRC中微生物KEGG同源基因和KEGG通路的改变

为了进一步研究dMMR和pMMR CRC中微生物群的代谢程序，研究比较了KEGG Orthology (KO)数据库中按KEGG代谢通路分类的微生物基因。结果研究识别出了111个KO差异基因(A)，其中与能量代谢、核苷酸代谢、聚糖生物合成与代谢、代谢辅助因子和维生素相关的差异基因大部分上调，而与脂肪酸降解、甘油磷脂代谢等脂质代谢相关的差异基因下调。接下来，作者通过Spearman相关分析进一步研究差异微生物群与KO基因之间的关系(B)。结果发现拟杆菌门下的拟杆菌门与KO基因的相关模式相似，表明它们在结直肠癌中的代谢功能相同。

6. 微生物群驱动dMMR CRC和pMMR CRC代谢重编程

研究进一步对不同MMR状态CRC中微生物代谢的相互作用进行了分析。研究对差异物种，差异代谢物和差异KO基因进行Spearman相关分析，并构建了相关网络，结果分别在CTRL、dMMR CRC和pMMR CRC中构建了包含462、456和195个显著关联的网络 (A-C)。

7. 整合多组学特征揭示dMMR CRC和pMMR CRC的微生物-代谢-宿主免疫相互作用

文章最后一部分研究了肠道微生物群对免疫应答的重塑。研究首先对5例dMMR CRC和45例pMMR CRC的肿瘤样本进行了组织RNA测序，并分析了转录组特征，结果共识别出374个差异表达基因。接下来，研究使用CIBERSORTx确定免疫景观并识别差异免疫细胞组成。接下来研究对dMMR CRC和pMMR CRC中差异微生物与基因、差异微生物与免疫细胞进行相关分析，分别在pMMR和dMMR中识别出显著关联(A,B)，结果识别了肠道微生物群调节的差异基因，并揭示了微生物与dMMR和pMMR CRC肿瘤微环境中宿主免疫细胞浸润之间的相互作用，这可能影响对ICI治疗的免疫反应。

到这里这篇文章的主要内容就介绍完了。文章聚焦结直肠癌微生物，对pMMR和dMMR CRC以及对照组的粪便样本进行多组学分析。结果研究从微生物群落、代谢特征及免疫细胞组成的相关性等角度刻画了dMMR和pMMR CRC中微生物宿主免疫相互作用的图谱，并推断了免疫应答的潜在机制。文章主要分为差异分析和相关分析两部分，差异分析首先识别了亚型的差异微生物差异、代谢物、基因以及免疫细胞，接着分析了差异微生物、代谢物基因免疫细胞的相关性，构建了互作网络。文章逻辑清新、方法简洁，癌症微生物也是目前的热点方向，感兴趣的小伙伴可以参考学习一下这篇文章的方法思路。