新型肠道致病菌及其代谢产物促进结直肠癌发生并作为无创早期诊断生物标志物的研究

本研究揭示了一种新型福氏志贺菌(S. flexneri C.11)通过产生基因毒性环二肽(CDPs)诱导DNA损伤，激活ERBB3/PI3K-AKT信号通路，促进炎症-肿瘤转化的分子机制。该菌株及其代谢物在结直肠癌(CRC)患者粪便中显著富集，联合检测AUC达0.887，为CRC早期诊断提供了新型非侵入性生物标志物。

　　

代谢组学揭示CRC相关菌群特征

通过非靶向代谢组学分析140例受试者血清和62例粪便样本，发现结直肠癌(CRC)患者中胍丁胺(agmatine)等代谢物显著升高。KEGG分析显示差异代谢物涉及甲硫氨酸、甜菜碱代谢等通路。体外肠道模拟器实验证实肠道菌群是胍丁胺的主要生产者，但生理浓度胍丁胺(0.13-275 ng/mL)未显示直接基因毒性，提示存在其他致癌因子。

新型福氏志贺菌株的鉴定与功能

采用代谢导向策略筛选出高产胍丁胺的福氏志贺菌新型菌株(S. flexneri C.11)，全基因组测序显示其缺乏pks⁺毒力岛基因。透射电镜证实该菌株具有细胞侵袭特性，能诱导IEC-6细胞DNA双链断裂(γH2AX表达上调3.5倍)。线虫模型证实其可缩短寿命35%，并引发肠屏障功能障碍。

基因毒性代谢物的发现与验证

通过配体垂钓结合HPLC-QTOF-MS技术，鉴定出3种环二肽(CDPs)：cyclo(Pro-Leu)(CDP1)、cyclo(Phe-Pro)(CDP2)和cyclo(Pro-Val)(CDP3)。持续暴露于100 μM CDPs可使肠上皮细胞发生恶性转化，表现为：

1. 1.

   形态学改变：细胞由鹅卵石状变为梭形

2. 2.

   增殖迁移能力提升2.8倍

3. 3.

   软琼脂克隆形成率提高至65%

动物模型验证致癌机制

在伪无菌小鼠模型中，S. flexneri C.11定植14周后：

• •

  结肠长度缩短28%

• •

  血清IL-6水平升高4.2倍

• •

  肿瘤标志物CEA/AFP分别增加3.1/2.7倍

  DSS诱导的结肠炎模型中，CDP处理组肿瘤负荷较对照组增加5.6倍，证实这些代谢物可加速炎症-癌变转化。

ERBB3/PI3K-AKT通路的激活

转录组分析发现ERBB3表达上调4.8倍：

1. 1.

   NRG1与ERBB3结合诱导二聚化

2. 2.

   PI3K p85亚基被募集至磷酸化酪氨酸位点

3. 3.

   下游AKT/mTOR通路持续激活

   临床样本验证显示CRC组织中ERBB3与γH2AX表达呈正相关(r=0.60)。

诊断标志物开发价值

在临床验证中：

• •

  CRC患者粪便CDP2水平(1.09-76.28 μM)显著高于健康对照(0.47-3.04 μM)

• •

  S. flexneri C.11与CDPs联合检测的AUC达0.887

  该研究为CRC早期筛查提供了新型微生物-代谢物联合诊断策略，并提示ERBB3/PI3K-AKT通路可作为治疗靶点。