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微生物与肿瘤专刊
Cancer Biology & Medicine
人类肠道微生物在肿瘤中发挥着关键作用。这些肠道微生物及其衍生物影响着疾病的几乎各个方面，包括肿瘤的发生、发展、转移，以及治疗效果。鉴于其重要性，最新的研究正聚焦于靶向肠道微生物以改善患者预后的新策略。Cancer Biology & Medicine与香港中文大学于君教授联合打造“微生物与肿瘤”专刊，系统探讨了微生物的多方面作用，提供了功能和机制层面的见解，并讨论当前微生物靶向策略的临床潜力。
结直肠癌（CRC）是全球面临的重大健康负担，而肠道微生态已被证实是驱动其发生与发展的关键因素。高通量测序技术的进步极大地深化了我们对宿主与微生物在多组学层面互作机制的理解。本期专刊中，香港中文大学于君教授团队发表综述，系统阐述了解析复杂高维数据的先进计算框架及其面临的统计学挑战，并探讨了细菌单细胞空间转录组学等新兴技术的应用前景。最后，文章强调深度融合先进实验模型、人工智能计算框架与精准微生态医学，是将微生态研究成果转化为CRC预防、诊断与治疗创新的关键路径。
Cite
Lu Y, Yu J. Microbiota-host interaction in colorectal cancer: emerging computational technology, multi-omics integration, and mechanisms. Cancer Biol Med. 2026; 23: 580-595. doi: 10.20892/j.issn.2095-3941.2025.0762
内容介绍
结直肠癌（CRC）是全球癌症相关死亡的第二大原因。肠道微生物不仅仅是肿瘤微环境（TME）中的“旁观者”，更是CRC致癌过程的活跃驱动者。
多组学层面的微生物与宿主相互作用
基因组层面：携带pks+岛的大肠杆菌分泌基因毒素大肠杆菌素，引起DNA双链断裂并形成特定突变特征。产毒脆弱拟杆菌（ETBF）则通过活性氧诱导DNA损伤。此外，微生物代谢物没食子酸可使突变型p53丧失抑癌功能并发生致癌重编程。
转录组层面：单细胞技术表明具核梭杆菌感染的上皮细胞会强烈诱导炎症基因和基质重塑因子。在非编码RNA方面，具核梭杆菌上调长链非编码RNA ENO1-IT1以促进化疗耐药，而ETBF下调miR-149-3p以增强Th17细胞分化。
表观遗传组层面：具核梭杆菌通过上调DNA甲基转移酶，导致抑癌基因启动子高甲基化。在RNA表观遗传中，具核梭杆菌通过YAP通路抑制m6A“写入”酶METTL3，稳定促转移基因。共生菌代谢物丁酸则作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂，通过下调METTL3抑制上皮-间质转化。
代谢组层面：代谢失调（如大肠杆菌引起的精氨酸积累）会促进M2巨噬细胞极化以加速肿瘤生长。脂质代谢重编程与致癌次级胆汁酸的异常合成，共同营造了支持肿瘤肆意生长的微环境。
微生物多组学整合的计算方法
降维与聚类：主成分分析（PCA）和主坐标分析（PCoA）用于提取主要变异来源。聚类算法可识别生态模式，结合宿主转录组提出的“肿瘤-微生物群落亚型（OCSs）”分型，为精准临床预后提供了新标准。
相关性与网络分析：典型相关分析（CCA）及图LASSO等网络分析能克服伪相关，不仅估计直接条件依赖性，还能通过中心性度量精准识别维持系统稳定的“关键菌”。
回归与分类预测：LASSO等正则化技术适用于特征筛选。随机森林和深度学习框架（如MetaNN）则被广泛用于构建高精度的CRC无创诊断模型。
微生物多组学整合面临的挑战
微生物组多组学整合面临三大核心挑战。一是成分性：相对丰度易引起伪相关，需运用对数比变换等手段进行数据归一化；二是稀疏性与零膨胀：大量零值违反常规模型假设，需引入零膨胀负二项模型进行纠正；三是高维性：“样本少、特征多”的背景极易导致模型过拟合，需依赖严格交叉验证及正则化技术确保预测稳健性。
研究宿主-微生物相互作用的新兴技术
长读长测序平台（如PacBio SMRT和ONT）克服了短读长测序的限制，能够实现更连续的基因组组装、结构变异检测以及包括细菌DNA甲基化在内的表观遗传修饰的直接测序。在单细胞分辨率方面，细菌多重抗误差荧光原位杂交（bacterial-MERFISH）技术整合了膨胀显微镜与高通量RNA成像，克服了细菌细胞小和RNA密度高的挑战，实现了复杂群落中单个细菌细胞空间转录组分析及亚细胞分辨率的基因表达图谱绘制。
总结与未来展望
多组学整合已确立肠道微生物在结直肠癌中的核心驱动作用。未来研究须从相关性迈向因果验证，依托无菌小鼠、器官芯片等高度还原人类生理的先进模型。同时，人工智能驱动的深度学习框架（如可解释性AI）将深刻改变微生态数据分析范式。最终，结合数字孪生预测模型与工程化靶向生物疗法，将极大推动微生态研究向CRC预防、无创诊断与个体化精准医疗的转化。
来源丨Cancer Biology Medicine
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