JP6896258B2 - How to detect early colorectal cancer - Google Patents
How to detect early colorectal cancer Download PDFInfo
- Publication number
- JP6896258B2 JP6896258B2 JP2019569632A JP2019569632A JP6896258B2 JP 6896258 B2 JP6896258 B2 JP 6896258B2 JP 2019569632 A JP2019569632 A JP 2019569632A JP 2019569632 A JP2019569632 A JP 2019569632A JP 6896258 B2 JP6896258 B2 JP 6896258B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- colorectal cancer
- gene
- feces
- subject
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 206010009944 Colon cancer Diseases 0.000 title claims description 110
- 208000001333 Colorectal Neoplasms Diseases 0.000 title claims description 109
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 57
- 239000002207 metabolite Substances 0.000 claims description 44
- 210000003608 fece Anatomy 0.000 claims description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 244000005700 microbiome Species 0.000 claims description 18
- 241000193838 Atopobium parvulum Species 0.000 claims description 14
- WBWWGRHZICKQGZ-UHFFFAOYSA-N Taurocholic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(=O)NCCS(O)(=O)=O)C)C1(C)C(O)C2 WBWWGRHZICKQGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- WBWWGRHZICKQGZ-GIHLXUJPSA-N taurocholic acid Chemical compound C([C@@H]1C[C@H]2O)[C@@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@@H]([C@@H](CCC(=O)NCCS(O)(=O)=O)C)[C@@]2(C)[C@H](O)C1 WBWWGRHZICKQGZ-GIHLXUJPSA-N 0.000 claims description 7
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 6
- 108010007979 Glycocholic Acid Proteins 0.000 claims description 5
- 108090000604 Hydrolases Proteins 0.000 claims description 5
- RFDAIACWWDREDC-UHFFFAOYSA-N Na salt-Glycocholic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(=O)NCC(O)=O)C)C1(C)C(O)C2 RFDAIACWWDREDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 108010057307 butanol dehydrogenase Proteins 0.000 claims description 5
- 108010075640 cyclohexadienyl dehydratase Proteins 0.000 claims description 5
- RFDAIACWWDREDC-FRVQLJSFSA-N glycocholic acid Chemical group C([C@H]1C[C@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(=O)NCC(O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 RFDAIACWWDREDC-FRVQLJSFSA-N 0.000 claims description 5
- 229940099347 glycocholic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 108090000761 3-hydroxy-5-phosphonooxypentane-2,4-dione thiolases Proteins 0.000 claims description 4
- TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N Uric acid Natural products N1C(=O)NC(=O)C2NC(=O)NC21 TVWHNULVHGKJHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 claims description 4
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 claims description 4
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 229940116269 uric acid Drugs 0.000 claims description 4
- LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N Uric Acid Chemical compound N1C(=O)NC(=O)C2=C1NC(=O)N2 LEHOTFFKMJEONL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 201000004365 colon carcinoma in situ Diseases 0.000 claims 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 41
- 241000894007 species Species 0.000 description 34
- 208000015768 polyposis Diseases 0.000 description 29
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 21
- 229940024606 amino acid Drugs 0.000 description 20
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 20
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 19
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 18
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 16
- 241001495172 Bilophila wadsworthia Species 0.000 description 15
- 241000605986 Fusobacterium nucleatum Species 0.000 description 15
- KXGVEGMKQFWNSR-UHFFFAOYSA-N deoxycholic acid Natural products C1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(O)=O)C)C1(C)C(O)C2 KXGVEGMKQFWNSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000000968 intestinal effect Effects 0.000 description 15
- COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N L-phenylalanine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 14
- KXGVEGMKQFWNSR-LLQZFEROSA-N deoxycholic acid Chemical compound C([C@H]1CC2)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 KXGVEGMKQFWNSR-LLQZFEROSA-N 0.000 description 14
- 229960003964 deoxycholic acid Drugs 0.000 description 14
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 14
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 13
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 13
- 230000000813 microbial effect Effects 0.000 description 13
- OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N L-tyrosine Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-QMMMGPOBSA-N 0.000 description 12
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 11
- 108020004414 DNA Proteins 0.000 description 10
- 241000588747 Klebsiella pneumoniae Species 0.000 description 10
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 208000005623 Carcinogenesis Diseases 0.000 description 9
- 208000037062 Polyps Diseases 0.000 description 9
- 230000036952 cancer formation Effects 0.000 description 9
- 231100000504 carcinogenesis Toxicity 0.000 description 9
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 description 9
- WLJVXDMOQOGPHL-UHFFFAOYSA-N phenylacetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC=C1 WLJVXDMOQOGPHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 241000304137 Bacteroides thetaiotaomicron VPI-5482 Species 0.000 description 8
- 125000000510 L-tryptophano group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C2N([H])C([H])=C(C([H])([H])[C@@]([H])(C(O[H])=O)N([H])[*])C2=C1[H] 0.000 description 8
- NSTPXGARCQOSAU-VIFPVBQESA-N N-formyl-L-phenylalanine Chemical compound O=CN[C@H](C(=O)O)CC1=CC=CC=C1 NSTPXGARCQOSAU-VIFPVBQESA-N 0.000 description 8
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 244000005709 gut microbiome Species 0.000 description 8
- 238000002052 colonoscopy Methods 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 6
- 102100030840 AT-rich interactive domain-containing protein 4B Human genes 0.000 description 5
- 241000605716 Desulfovibrio Species 0.000 description 5
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N Dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- 101000792935 Homo sapiens AT-rich interactive domain-containing protein 4B Proteins 0.000 description 5
- ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N L-leucine Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-YFKPBYRVSA-N 0.000 description 5
- QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N L-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-VIFPVBQESA-N 0.000 description 5
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 5
- ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N Leucine Natural products CC(C)CC(N)C(O)=O ROHFNLRQFUQHCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000585 Mann–Whitney U test Methods 0.000 description 5
- 241000684246 Peptostreptococcus stomatis Species 0.000 description 5
- KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N Valine Natural products CC(C)C(N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 5
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 5
- AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N isoleucine Natural products CCC(C)C(N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229960000310 isoleucine Drugs 0.000 description 5
- 238000002705 metabolomic analysis Methods 0.000 description 5
- 230000001431 metabolomic effect Effects 0.000 description 5
- COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N phenylalanine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=CC=C1 COLNVLDHVKWLRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000513 principal component analysis Methods 0.000 description 5
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 5
- FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N Butyric acid Chemical compound CCCC(O)=O FERIUCNNQQJTOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101100350709 Escherichia coli (strain K12) paaG gene Proteins 0.000 description 4
- VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N Fumaric acid Chemical compound OC(=O)\C=C\C(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-OWOJBTEDSA-N 0.000 description 4
- 241000043362 Megamonas Species 0.000 description 4
- 241000605861 Prevotella Species 0.000 description 4
- 101100332697 Rhodobacter capsulatus (strain ATCC BAA-309 / NBRC 16581 / SB1003) fadB1 gene Proteins 0.000 description 4
- QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N Tryptophan Natural products C1=CC=C2C(CC(N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003613 bile acid Substances 0.000 description 4
- 230000001851 biosynthetic effect Effects 0.000 description 4
- 150000005693 branched-chain amino acids Chemical class 0.000 description 4
- 231100000024 genotoxic Toxicity 0.000 description 4
- 230000001738 genotoxic effect Effects 0.000 description 4
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 4
- 230000037353 metabolic pathway Effects 0.000 description 4
- 101150002645 paaJ gene Proteins 0.000 description 4
- 229960003424 phenylacetic acid Drugs 0.000 description 4
- 239000003279 phenylacetic acid Substances 0.000 description 4
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 4
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 4
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 4
- 150000004666 short chain fatty acids Chemical class 0.000 description 4
- 235000021391 short chain fatty acids Nutrition 0.000 description 4
- 238000001269 time-of-flight mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N tyrosine Natural products OC(=O)C(N)CC1=CC=C(O)C=C1 OUYCCCASQSFEME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 101100350708 Escherichia coli (strain K12) paaF gene Proteins 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101100350716 Pseudomonas putida paaK gene Proteins 0.000 description 3
- 238000011529 RT qPCR Methods 0.000 description 3
- 241000398180 Roseburia intestinalis Species 0.000 description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 3
- 210000000936 intestine Anatomy 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000000696 methanogenic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012163 sequencing technique Methods 0.000 description 3
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 108020004465 16S ribosomal RNA Proteins 0.000 description 2
- OIVLITBTBDPEFK-UHFFFAOYSA-N 5,6-dihydrouracil Chemical compound O=C1CCNC(=O)N1 OIVLITBTBDPEFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001156739 Actinobacteria <phylum> Species 0.000 description 2
- 208000003200 Adenoma Diseases 0.000 description 2
- 206010001233 Adenoma benign Diseases 0.000 description 2
- 241000606125 Bacteroides Species 0.000 description 2
- 241001220439 Bacteroides coprocola Species 0.000 description 2
- 241001220441 Bacteroides plebeius Species 0.000 description 2
- 241000186012 Bifidobacterium breve Species 0.000 description 2
- 241001495388 Bifidobacterium choerinum Species 0.000 description 2
- 241000186020 Bifidobacterium dentium Species 0.000 description 2
- 241000094800 Bifidobacterium moukalabense Species 0.000 description 2
- 241000186148 Bifidobacterium pseudolongum Species 0.000 description 2
- 208000009458 Carcinoma in Situ Diseases 0.000 description 2
- 241001154953 Desulfovibrio vietnamensis Species 0.000 description 2
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N Dimethylamine Chemical compound CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 2
- 241001453172 Fusobacteria Species 0.000 description 2
- CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N L-aspartic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](N)CC(O)=O CKLJMWTZIZZHCS-REOHCLBHSA-N 0.000 description 2
- 241001438705 Lactobacillus rogosae Species 0.000 description 2
- 241000202985 Methanobrevibacter smithii Species 0.000 description 2
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000699670 Mus sp. Species 0.000 description 2
- 108700026244 Open Reading Frames Proteins 0.000 description 2
- 241001216709 Parabacteroides gordonii Species 0.000 description 2
- 241001464887 Parvimonas micra Species 0.000 description 2
- 241000425347 Phyla <beetle> Species 0.000 description 2
- 101100352024 Pseudomonas aeruginosa (strain ATCC 15692 / DSM 22644 / CIP 104116 / JCM 14847 / LMG 12228 / 1C / PRS 101 / PAO1) pheC gene Proteins 0.000 description 2
- 241001464874 Solobacterium moorei Species 0.000 description 2
- 108010027912 Sulfite Oxidase Proteins 0.000 description 2
- 102000043440 Sulfite oxidase Human genes 0.000 description 2
- 241000131694 Tenericutes Species 0.000 description 2
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241001531273 [Eubacterium] eligens Species 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- -1 aromatic amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 230000006696 biosynthetic metabolic pathway Effects 0.000 description 2
- 230000000711 cancerogenic effect Effects 0.000 description 2
- 231100000315 carcinogenic Toxicity 0.000 description 2
- 230000001925 catabolic effect Effects 0.000 description 2
- 210000001072 colon Anatomy 0.000 description 2
- 235000005911 diet Nutrition 0.000 description 2
- 230000037213 diet Effects 0.000 description 2
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N dimethylselenoniopropionate Natural products CCC(O)=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 2
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000001530 fumaric acid Substances 0.000 description 2
- 201000004933 in situ carcinoma Diseases 0.000 description 2
- 210000002429 large intestine Anatomy 0.000 description 2
- 235000013372 meat Nutrition 0.000 description 2
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 2
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 2
- 238000007637 random forest analysis Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N succinic acid Chemical compound OC(=O)CCC(O)=O KDYFGRWQOYBRFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 2
- XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N taurine Chemical compound NCCS(O)(=O)=O XOAAWQZATWQOTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N trans-butenedioic acid Natural products OC(=O)C=CC(O)=O VZCYOOQTPOCHFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N trimethylamine Chemical compound CN(C)C GETQZCLCWQTVFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 2
- 108700026220 vif Genes Proteins 0.000 description 2
- HSINOMROUCMIEA-FGVHQWLLSA-N (2s,4r)-4-[(3r,5s,6r,7r,8s,9s,10s,13r,14s,17r)-6-ethyl-3,7-dihydroxy-10,13-dimethyl-2,3,4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-tetradecahydro-1h-cyclopenta[a]phenanthren-17-yl]-2-methylpentanoic acid Chemical compound C([C@@]12C)C[C@@H](O)C[C@H]1[C@@H](CC)[C@@H](O)[C@@H]1[C@@H]2CC[C@]2(C)[C@@H]([C@H](C)C[C@H](C)C(O)=O)CC[C@H]21 HSINOMROUCMIEA-FGVHQWLLSA-N 0.000 description 1
- BHQCQFFYRZLCQQ-UHFFFAOYSA-N (3alpha,5alpha,7alpha,12alpha)-3,7,12-trihydroxy-cholan-24-oic acid Natural products OC1CC2CC(O)CCC2(C)C2C1C1CCC(C(CCC(O)=O)C)C1(C)C(O)C2 BHQCQFFYRZLCQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N (S)-malic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-REOHCLBHSA-N 0.000 description 1
- GOJUJUVQIVIZAV-UHFFFAOYSA-N 2-amino-4,6-dichloropyrimidine-5-carbaldehyde Chemical group NC1=NC(Cl)=C(C=O)C(Cl)=N1 GOJUJUVQIVIZAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000702460 Akkermansia Species 0.000 description 1
- 235000019737 Animal fat Nutrition 0.000 description 1
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 1
- 108030000991 Aromatic-amino-acid transaminases Proteins 0.000 description 1
- 241000605059 Bacteroidetes Species 0.000 description 1
- 241000186000 Bifidobacterium Species 0.000 description 1
- 241000270734 Bifidobacterium stellenboschense Species 0.000 description 1
- 101100177677 Campylobacter jejuni subsp. jejuni serotype O:2 (strain ATCC 700819 / NCTC 11168) hipO gene Proteins 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 201000009030 Carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 239000004380 Cholic acid Substances 0.000 description 1
- 241001112696 Clostridia Species 0.000 description 1
- 102000034534 Cotransporters Human genes 0.000 description 1
- 108020003264 Cotransporters Proteins 0.000 description 1
- FFEARJCKVFRZRR-SCSAIBSYSA-N D-methionine Chemical compound CSCC[C@@H](N)C(O)=O FFEARJCKVFRZRR-SCSAIBSYSA-N 0.000 description 1
- 230000005778 DNA damage Effects 0.000 description 1
- 231100000277 DNA damage Toxicity 0.000 description 1
- 238000007400 DNA extraction Methods 0.000 description 1
- 238000007399 DNA isolation Methods 0.000 description 1
- 241000605762 Desulfovibrio vulgaris Species 0.000 description 1
- 108700003861 Dominant Genes Proteins 0.000 description 1
- 102100037114 Elongin-C Human genes 0.000 description 1
- 241001081259 Erysipelotrichia Species 0.000 description 1
- 101100350700 Escherichia coli (strain K12) paaB gene Proteins 0.000 description 1
- 101100350701 Escherichia coli (strain K12) paaC gene Proteins 0.000 description 1
- 101100350702 Escherichia coli (strain K12) paaD gene Proteins 0.000 description 1
- 101100350703 Escherichia coli (strain K12) paaE gene Proteins 0.000 description 1
- 101100350710 Escherichia coli (strain K12) paaH gene Proteins 0.000 description 1
- 101100350712 Escherichia coli (strain K12) paaJ gene Proteins 0.000 description 1
- 101100082074 Escherichia coli (strain K12) paaZ gene Proteins 0.000 description 1
- 241001646716 Escherichia coli K-12 Species 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001137858 Euryarchaeota Species 0.000 description 1
- 241000605980 Faecalibacterium prausnitzii Species 0.000 description 1
- 201000006107 Familial adenomatous polyposis Diseases 0.000 description 1
- 241001291923 Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum Species 0.000 description 1
- 208000008051 Hereditary Nonpolyposis Colorectal Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 208000028782 Hereditary disease Diseases 0.000 description 1
- 208000017095 Hereditary nonpolyposis colon cancer Diseases 0.000 description 1
- 101001011859 Homo sapiens Elongin-A Proteins 0.000 description 1
- 101001011846 Homo sapiens Elongin-B Proteins 0.000 description 1
- 101000881731 Homo sapiens Elongin-C Proteins 0.000 description 1
- 101000637977 Homo sapiens Neuronal calcium sensor 1 Proteins 0.000 description 1
- 101000836005 Homo sapiens S-phase kinase-associated protein 1 Proteins 0.000 description 1
- 102000004157 Hydrolases Human genes 0.000 description 1
- 229940076838 Immune checkpoint inhibitor Drugs 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 102000037984 Inhibitory immune checkpoint proteins Human genes 0.000 description 1
- 108091008026 Inhibitory immune checkpoint proteins Proteins 0.000 description 1
- 201000008225 Klebsiella pneumonia Diseases 0.000 description 1
- ONIBWKKTOPOVIA-BYPYZUCNSA-N L-Proline Chemical compound OC(=O)[C@@H]1CCCN1 ONIBWKKTOPOVIA-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P L-argininium(2+) Chemical compound NC(=[NH2+])NCCC[C@H]([NH3+])C(O)=O ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P 0.000 description 1
- UCUNFLYVYCGDHP-BYPYZUCNSA-N L-methionine sulfone Chemical compound CS(=O)(=O)CC[C@H](N)C(O)=O UCUNFLYVYCGDHP-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- 241001134640 Lachnospira multipara Species 0.000 description 1
- 102000016267 Leptin Human genes 0.000 description 1
- 108010092277 Leptin Proteins 0.000 description 1
- 201000005027 Lynch syndrome Diseases 0.000 description 1
- KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N Lysine Natural products NCCCCC(N)C(O)=O KDXKERNSBIXSRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004472 Lysine Substances 0.000 description 1
- 241000043361 Megamonas hypermegale Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 101001083117 Microbacterium liquefaciens Hydantoin permease Proteins 0.000 description 1
- 108700005443 Microbial Genes Proteins 0.000 description 1
- 102100032077 Neuronal calcium sensor 1 Human genes 0.000 description 1
- 208000008589 Obesity Diseases 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 241000192035 Peptostreptococcus anaerobius Species 0.000 description 1
- 101710116000 Phosphoadenosine phosphosulfate reductase Proteins 0.000 description 1
- 206010035717 Pneumonia klebsiella Diseases 0.000 description 1
- 241001135211 Porphyromonas asaccharolytica Species 0.000 description 1
- 208000037048 Prodromal Symptoms Diseases 0.000 description 1
- ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N Proline Natural products OC(=O)C1CCCN1 ONIBWKKTOPOVIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000192142 Proteobacteria Species 0.000 description 1
- 208000005718 Stomach Neoplasms Diseases 0.000 description 1
- 241000194024 Streptococcus salivarius Species 0.000 description 1
- 238000000692 Student's t-test Methods 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007984 Tris EDTA buffer Substances 0.000 description 1
- 238000001793 Wilcoxon signed-rank test Methods 0.000 description 1
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 1
- 239000000370 acceptor Substances 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N alpha-hydroxysuccinic acid Natural products OC(=O)C(O)CC(O)=O BJEPYKJPYRNKOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N arginine Natural products OC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ODKSFYDXXFIFQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000003704 aspartic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N beta-carboxyaspartic acid Natural products OC(=O)C(N)C(C(O)=O)C(O)=O OQFSQFPPLPISGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000941 bile Anatomy 0.000 description 1
- 239000000090 biomarker Substances 0.000 description 1
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
- 238000009534 blood test Methods 0.000 description 1
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000000738 capillary electrophoresis-mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 230000006652 catabolic pathway Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- BHQCQFFYRZLCQQ-OELDTZBJSA-N cholic acid Chemical compound C([C@H]1C[C@H]2O)[C@H](O)CC[C@]1(C)[C@@H]1[C@@H]2[C@@H]2CC[C@H]([C@@H](CCC(O)=O)C)[C@@]2(C)[C@@H](O)C1 BHQCQFFYRZLCQQ-OELDTZBJSA-N 0.000 description 1
- 229960002471 cholic acid Drugs 0.000 description 1
- 235000019416 cholic acid Nutrition 0.000 description 1
- 208000029664 classic familial adenomatous polyposis Diseases 0.000 description 1
- 206010009887 colitis Diseases 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- 101150041643 cysH gene Proteins 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000013872 defecation Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 235000006694 eating habits Nutrition 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012143 endoscopic resection Methods 0.000 description 1
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 210000002919 epithelial cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 description 1
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 206010017758 gastric cancer Diseases 0.000 description 1
- 108091008053 gene clusters Proteins 0.000 description 1
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000023611 glucuronidation Effects 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 235000021192 high fiber diet Nutrition 0.000 description 1
- 108010093701 hippurate hydrolase Proteins 0.000 description 1
- 239000012274 immune-checkpoint protein inhibitor Substances 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- NRYBAZVQPHGZNS-ZSOCWYAHSA-N leptin Chemical compound O=C([C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC=1C2=CC=CC=C2NC=1)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)CNC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H](N)CC(C)C)CCSC)N1CCC[C@H]1C(=O)NCC(=O)N[C@@H](CS)C(O)=O NRYBAZVQPHGZNS-ZSOCWYAHSA-N 0.000 description 1
- 229940039781 leptin Drugs 0.000 description 1
- 230000003902 lesion Effects 0.000 description 1
- 210000004185 liver Anatomy 0.000 description 1
- 235000004213 low-fat Nutrition 0.000 description 1
- 101150056535 lsrF gene Proteins 0.000 description 1
- 239000001630 malic acid Substances 0.000 description 1
- 235000011090 malic acid Nutrition 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 235000021274 meat intake Nutrition 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 235000020824 obesity Nutrition 0.000 description 1
- 101150037784 paaA gene Proteins 0.000 description 1
- 101150074262 paaK gene Proteins 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 229940074571 peptostreptococcus anaerobius Drugs 0.000 description 1
- 229920000768 polyamine Polymers 0.000 description 1
- 208000022131 polyp of large intestine Diseases 0.000 description 1
- 230000002980 postoperative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000006861 primary carbon metabolism Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 235000019260 propionic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N quinbolone Chemical compound O([C@H]1CC[C@H]2[C@H]3[C@@H]([C@]4(C=CC(=O)C=C4CC3)C)CC[C@@]21C)C1=CCCC1 IUVKMZGDUIUOCP-BTNSXGMBSA-N 0.000 description 1
- 230000029058 respiratory gaseous exchange Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 210000000813 small intestine Anatomy 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 230000000391 smoking effect Effects 0.000 description 1
- 238000007619 statistical method Methods 0.000 description 1
- 201000011549 stomach cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000001384 succinic acid Substances 0.000 description 1
- 230000019086 sulfide ion homeostasis Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229960003080 taurine Drugs 0.000 description 1
- 150000004764 thiosulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000004102 tricarboxylic acid cycle Effects 0.000 description 1
- 101150028338 tyrB gene Proteins 0.000 description 1
- 210000002700 urine Anatomy 0.000 description 1
- 235000013343 vitamin Nutrition 0.000 description 1
- 229940088594 vitamin Drugs 0.000 description 1
- 239000011782 vitamin Substances 0.000 description 1
- 229930003231 vitamin Natural products 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/02—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving viable microorganisms
- C12Q1/04—Determining presence or kind of microorganism; Use of selective media for testing antibiotics or bacteriocides; Compositions containing a chemical indicator therefor
- C12Q1/06—Quantitative determination
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6869—Methods for sequencing
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N15/00—Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
- C12N15/09—Recombinant DNA-technology
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
本発明は、早期大腸癌の検出方法に関する。大腸癌を早期に検出できれば、患者の死亡率を下げることができるだけでなく、内視鏡による癌の除去が可能になるので、患者の生活の質を向上させることもできる。 The present invention relates to a method for detecting early colorectal cancer. If colorectal cancer can be detected early, not only can the mortality rate of the patient be reduced, but also the cancer can be removed endoscopically, so that the quality of life of the patient can be improved.
ヒト腸内には、約1000種類100兆個に及ぶ細菌が共生していることが知られている。これらは「腸内細菌叢」と呼ばれ、どの細菌種がどの程度存在するかという細菌組成の変動や異常が疾患や健康状態に影響を与えることが近年の報告により明らかとなりつつある。大腸癌についても、腸内細菌叢との関係が以前より指摘されており、例えば、欧米人においてはFusobacterium nucleatumが進行性の大腸癌患者に多く存在していることを示す論文報告がなされている(非特許文献1及び2)。
It is known that about 1000 types and 100 trillion bacteria coexist in the human intestine. These are called "intestinal flora", and recent reports have revealed that changes and abnormalities in bacterial composition, such as which bacterial species are present and how much, affect diseases and health conditions. Regarding colorectal cancer, the relationship with the intestinal flora has been pointed out for some time. For example, in Westerners, a paper report showing that Fusobacterium nucleatum is abundant in patients with advanced colorectal cancer has been reported. (Non-Patent
腸内細菌を調べるために従来は、細菌を分離して、培養して増殖させることが必要であった。近年、培養という過程を経ずに、環境サンプル中の細菌がもつDNAを抽出し、その遺伝子配列情報を解読することにより、サンプル中の細菌組成を再構築する手法が開発された(メタゲノム解析)。これを糞便に応用することにより、ヒト腸内環境中の腸内細菌叢組成を明らかにすることが可能となった。また、環境中の低分子化合物(代謝産物)を定量的に測定する質量分析計を用いることにより、糞便中の代謝産物の網羅的なデータを得ることが可能である(メタボローム解析)。 Conventionally, in order to investigate intestinal bacteria, it has been necessary to isolate the bacteria, culture them, and grow them. In recent years, a method has been developed to reconstruct the bacterial composition in a sample by extracting the DNA of the bacteria in the environmental sample and decoding the gene sequence information without going through the process of culturing (metagenomic analysis). .. By applying this to feces, it became possible to clarify the composition of the intestinal flora in the human intestinal environment. In addition, by using a mass spectrometer that quantitatively measures low-molecular-weight compounds (metabolites) in the environment, it is possible to obtain comprehensive data on metabolites in feces (metabolome analysis).
初期ステージの大腸癌の大部分は、内視鏡によって取り除くことが可能であることから、大腸癌の早期発見は、死亡率を低下させるという点だけでなく、患者の生活の質を向上させるという点からも重要である。このような背景の下、本発明は、早期大腸癌を検出するための手段を提供することを目的とする。 Early detection of colorectal cancer not only reduces mortality, but also improves the quality of life of patients, as most early-stage colorectal cancer can be removed endoscopically. It is also important from the point of view. Against this background, it is an object of the present invention to provide a means for detecting early colorectal cancer.
本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、早期大腸癌の患者の糞便中の遺伝子、微生物、代謝産物の組成が、進行性大腸癌の患者の糞便中の組成と大きく異なっており、進行性大腸癌を検出するためのマーカーを用いたのでは、早期大腸癌を検出できないことを見出し、更に、早期大腸癌を特異的に検出できるマーカーを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventor has a large composition of genes, microorganisms, and metabolites in the feces of patients with early-stage colorectal cancer as the composition in feces of patients with advanced colorectal cancer. It is different, and it was found that early colorectal cancer could not be detected by using markers for detecting advanced colorectal cancer, and further, a marker that could specifically detect early colorectal cancer was found, and based on these findings. , The present invention has been completed.
即ち、本発明は、以下の〔1〕〜〔6〕を提供するものである。
〔1〕被験者の糞便中の遺伝子の量を指標として早期大腸癌を検出する方法であって、その遺伝子が馬尿酸ヒドロラーゼ遺伝子、シクロヘキサジエニルデヒドラターゼ遺伝子、ブタノールデヒドロゲナーゼ遺伝子、核酸塩基:カチオン共輸送体-1遺伝子、及び3-ヒドロキシ-5-ホスホノオキシペンタン-2,4-ジオンチオラーゼ遺伝子からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする早期大腸癌の検出方法。That is, the present invention provides the following [1] to [6].
[1] A method for detecting early colorectal cancer using the amount of a gene in the feces of a subject as an index, and the gene is a horse uric acid hydrolase gene, a cyclohexadienyl dehydratase gene, a butanol dehydrogenase gene, a nucleic acid base: a cation cotransporter. A method for detecting early-stage colorectal cancer, which is at least one selected from the group consisting of the -1 gene and the 3-hydroxy-5-phosphonooxypentane-2,4-dionethiolase gene.
〔2〕遺伝子が、馬尿酸ヒドロラーゼ遺伝子、シクロヘキサジエニルデヒドラターゼ遺伝子、ブタノールデヒドロゲナーゼ遺伝子、核酸塩基:カチオン共輸送体-1遺伝子、及び3-ヒドロキシ-5-ホスホノオキシペンタン-2,4-ジオンチオラーゼ遺伝子であることを特徴とする〔1〕に記載の早期大腸癌の検出方法。 [2] The genes are horse uric acid hydrolase gene, cyclohexadienyl dehydratase gene, butanol dehydrogenase gene, nucleobase: cation cotransporter-1 gene, and 3-hydroxy-5-phosphonooxypentane-2,4-dionthio. The method for detecting early-stage colorectal cancer according to [1], which is characterized by being a lase gene.
〔3〕被験者の糞便中の微生物の量をさらに指標として早期大腸癌を検出する方法であって、その微生物がビロフィラ・ワーズワーシア(Bilophila wadsworthia)であることを特徴とする〔1〕又は〔2〕に記載の早期大腸癌の検出方法。 [3] A method for detecting early colorectal cancer using the amount of microorganisms in the feces of a subject as an index, which is characterized in that the microorganism is Bilophila wadsworthia [1] or [2]. The method for detecting early-stage colorectal cancer described in 1.
〔4〕被験者の糞便中の代謝産物の量をさらに指標として早期大腸癌を検出する方法であって、その代謝産物がグリココール酸及び/又はタウロコール酸であることを特徴とする〔1〕乃至〔3〕のいずれかに記載の早期大腸癌の検出方法。 [4] A method for detecting early colorectal cancer using the amount of metabolites in the feces of a subject as an index, characterized in that the metabolites are glycocholic acid and / or taurocholic acid [1] to. The method for detecting early colorectal cancer according to any one of [3].
〔5〕以下(1)〜(3)の工程を含むことを特徴とする〔1〕乃至〔4〕のいずれかに記載の早期大腸癌の検出方法、
(1)被験者の糞便中の指標とする遺伝子、微生物、又は代謝産物を定量する工程、
(2)工程(1)で定量した値を健常者の糞便中の対応値と比較する工程、
(3)工程(2)の比較の結果、工程(1)で定量した値が、健常者の糞便中の対応値よりも統計学的に有意に高い場合に被験者を早期大腸癌であると判定する工程。[5] The method for detecting early colorectal cancer according to any one of [1] to [4], which comprises the following steps (1) to (3).
(1) A step of quantifying a gene, a microorganism, or a metabolite as an index in the feces of a subject,
(2) A step of comparing the value quantified in step (1) with the corresponding value in the feces of a healthy person,
(3) As a result of comparison of step (2), if the value quantified in step (1) is statistically significantly higher than the corresponding value in the feces of a healthy subject, the subject is judged to have early colorectal cancer. Process to do.
〔6〕被験者の糞便中の微生物の量を指標として早期大腸癌を検出する方法であって、その微生物がアトポビウム・パルブルム(Atopobium parvulum)であることを特徴とする早期大腸癌の検出方法。 [6] A method for detecting early colorectal cancer using the amount of microorganisms in the feces of a subject as an index, wherein the microorganism is Atopobium parvulum.
本明細書は、本願の優先権の基礎である日本国特許出願、特願2018‐018134の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。 This specification includes the contents described in the Japanese patent application, Japanese Patent Application No. 2018-018134, and / or drawings which are the basis of the priority of the present application.
本発明により、これまで内視鏡検査でなければ不可能であった早期の大腸癌の発見が、非侵襲的な便検査によって可能となる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, early detection of colorectal cancer, which was previously impossible without endoscopy, can be performed by non-invasive stool examination.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の早期大腸癌の検出方法は、被験者の糞便中の遺伝子の量を指標として早期大腸癌を検出する方法であって、その遺伝子が馬尿酸ヒドロラーゼ遺伝子、シクロヘキサジエニルデヒドラターゼ遺伝子、ブタノールデヒドロゲナーゼ遺伝子、核酸塩基:カチオン共輸送体-1遺伝子、及び3-ヒドロキシ-5-ホスホノオキシペンタン-2,4-ジオンチオラーゼ遺伝子からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とするものである。Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The method for detecting early colorectal cancer of the present invention is a method for detecting early colorectal cancer using the amount of a gene in the feces of a subject as an index, and the genes are a horseuric acid hydrolase gene, a cyclohexadienyl dehydratase gene, and a butanol dehydrogenase gene. , Nucleic acid base: At least one selected from the group consisting of the cation cotransporter-1 gene and the 3-hydroxy-5-phosphonooxypentane-2,4-dionethiolase gene. is there.
ここで、「早期大腸癌」とは、進行性の大腸癌(例えば、ステージIII及びIVの大腸癌)以外の大腸癌をいい、主にステージ0の大腸癌を意味する。
Here, "early colorectal cancer" refers to colorectal cancer other than advanced colorectal cancer (for example, stage III and IV colorectal cancer), and mainly means
早期大腸癌の検出に使用される遺伝子は、上記の5種の遺伝子から選ばれる任意の1種でもよく、任意の2種でもよく、任意の3種でもよく、任意の4種でもよいが、高い精度で早期大腸癌を検出する場合には、5種すべてを使用することが好ましい。 The gene used for the detection of early colorectal cancer may be any one selected from the above five genes, any two genes, any three genes, or any four genes. When detecting early colorectal cancer with high accuracy, it is preferable to use all five types.
検出精度を向上させるため、他の指標、例えば、糞便中の微生物の量や代謝産物の量と組み合わせることも可能である。微生物としては、Bilophila wadsworthiaやAtopobium parvulumを挙げることができ、代謝産物としては、グリココール酸及び/又はタウロコール酸を挙げることができる。微生物の量や代謝産物の量を指標とする早期大腸癌の検出は、遺伝子の量を指標とする方法と組み合わせることなく、独立して行ってもよい。 It can also be combined with other indicators, such as the amount of microorganisms and metabolites in the faeces, to improve detection accuracy. Examples of microorganisms include Bilophila wadsworthia and Atopobium parvulum, and examples of metabolites include glycocholic acid and / or taurocholic acid. The detection of early colorectal cancer using the amount of microorganisms or the amount of metabolites as an index may be performed independently without combining with the method using the amount of genes as an index.
本発明の早期大腸癌の検出方法の具体例として、以下に説明する(1)〜(3)の工程を含む方法を挙げることができる。 Specific examples of the method for detecting early-stage colorectal cancer of the present invention include methods including the steps (1) to (3) described below.
工程(1)では、被験者の糞便中の指標とする遺伝子を定量する。このとき、微生物の量や代謝産物の量も指標とする場合は、それらの定量も行う。遺伝子の定量はどのような方法で行ってもよく、例えば、糞便サンプルから全DNAを抽出し、それらの配列を読み取り、その配列と遺伝子のデータベース(例えばKEGG)を基に定量することが可能である。微生物の定量は、例えば、糞便サンプルから全DNAを抽出し、それらの配列を読み取り、その配列と16SリボソームRNAデータベース(例えば、SILVA)を基に行うことができる。代謝産物の定量は、CE-MSなどを用いて行うことができる。 In step (1), the gene used as an index in the feces of the subject is quantified. At this time, if the amount of microorganisms and the amount of metabolites are also used as indicators, they are also quantified. Genes can be quantified by any method, for example, total DNA can be extracted from fecal samples, their sequences can be read, and quantification can be performed based on the sequences and a database of genes (for example, KEGG). is there. Microorganisms can be quantified, for example, by extracting total DNA from a stool sample, reading their sequences, and based on that sequence and the 16S ribosomal RNA database (eg, SILVA). The quantification of metabolites can be performed using CE-MS or the like.
工程(2)では、工程(1)で定量した値を健常者の糞便中の対応値と比較する。健常者の糞便中の対応値は、被験者の糞便の定量前に決定しておいてもよく、また、被験者の糞便の定量と同時に決定してもよい。 In step (2), the value quantified in step (1) is compared with the corresponding value in the feces of a healthy person. The corresponding value in the feces of a healthy person may be determined before the quantification of the feces of the subject, or may be determined at the same time as the quantification of the feces of the subject.
工程(3)では、工程(2)の比較の結果、工程(1)で定量した値が、健常者の糞便中の対応値よりも統計学的に有意に高い場合に被験者を早期大腸癌であると判定する。後述する実施例に示すように、上述した遺伝子、微生物、及び代謝産物の糞便中の存在量は、いずれも健常者と比較して、早期大腸癌の患者において増加していたので、工程(1)で定量した値が、健常者の糞便における対応値よりも統計学的に有意に高い場合には、被験者は早期大腸癌である可能性が高い。ここで、「統計学的に有意に高い」とは、被検者と健常者のそれぞれから得られた数値を統計学的に処理したときに両者間に有意差があることをいう。統計学的処理の検定方法は、有意性の有無を判断可能な公知の検定方法を適宜使用すればよく、特に限定されず、例えば、スチューデントt検定法、多重比較検定法を用いることができる。 In step (3), as a result of comparison in step (2), if the value quantified in step (1) is statistically significantly higher than the corresponding value in the feces of a healthy subject, the subject is treated with early-stage colorectal cancer. Judge that there is. As shown in Examples described later, the abundance of the above-mentioned genes, microorganisms, and metabolites in feces was increased in patients with early-stage colorectal cancer as compared with healthy subjects. ) Is statistically significantly higher than the corresponding value in the feces of healthy subjects, the subject is likely to have early colorectal cancer. Here, "statistically significantly higher" means that there is a significant difference between the numerical values obtained from each of the subject and the healthy subject when statistically processed. As the test method for statistical processing, a known test method capable of determining the presence or absence of significance may be appropriately used, and is not particularly limited, and for example, a Student's t-test method or a multiple comparison test method can be used.
以下に、実施例により本発明をさらに詳細に述べるが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to this example.
〔実施例1〕
(A)材料と方法
本研究で使用したサンプル及び臨床情報は、インフォームドコンセント及び各施設の施設審査委員会の承認を得て得られたものである。[Example 1]
(A) Materials and methods The samples and clinical information used in this study were obtained with the approval of informed consent and the facility review committee of each facility.
(1)被験者とサンプル採取
この研究は、国立がん研究センター中央病院で全大腸内視鏡検査を受ける被験者を対象に行われている。被験者の食生活などの生活習慣は、日本公衆衛生センター(JPHC)調査(参考文献1、2)で用いられたアンケートに基づく詳細なアンケート(質問項目475件、25頁)から得られた。糞便サンプルは、病院での腸洗浄剤の経口投与中の最初の排便時に直ちに採取され、ドライアイス上で凍結された。これは、このようなサンプルが大腸内視鏡検査前に採取されたサンプル(標準サンプル)と高い相関性を示すことが証明されていたからである(参考文献3)。(1) Subjects and sample collection This study is conducted on subjects undergoing total colonoscopy at the National Cancer Center Hospital. The dietary habits and other lifestyle habits of the subjects were obtained from a detailed questionnaire (question items 475, p. 25) based on the questionnaire used in the Japan Public Health Center (JPHC) survey (
2014年2月から2017年12月まで国立がん研究センター中央病院で大腸内視鏡検査を受けた2,474人の被験者から、糞便を採取した。メタゲノムデータは484人の被験者から集めた。メタボロームデータは、517人の患者から集めた。幾人かの被験者はこの研究から除外した。これらの被験者が、遺伝性疾患(例えば、家族性腺腫性ポリープ症、遺伝性非ポリポーシス大腸癌)と診断されるか、胃癌の手術歴を有していたか、又は彼らの糞便サンプルがデータ収集に十分ではなかったからである。最後に、メタゲノム解析及びメタボローム解析の両方から得られたデータを有する合計348人の被験者(男性が204人、女性が144人であり、年齢は28歳から79歳まで、平均年齢は63.3歳であった。)を、この研究に登録した。被験者は大腸内視鏡検査の所見に基づいて以下の9つのグループに分類された。
1. 正常(大腸内視鏡検査では顕著な所見なし)
2. 少数のポリープ(2つまでの小さな(5mm未満)ポリープ)
3. 複数のポリープ(3つ以上のポリープ、主に5つ以上のポリープ)
4. ステージ0 CRC
5. ステージI CRC
6. ステージII CRC
7. ステージIII CRC
8.ステージIV CRC
9. CRCの手術後に顕著な所見はなしFeces were collected from 2,474 subjects who underwent colonoscopy at the National Cancer Center Hospital from February 2014 to December 2017. Metagenomic data were collected from 484 subjects. Metabolome data were collected from 517 patients. Some subjects were excluded from this study. Whether these subjects were diagnosed with a hereditary disorder (eg, familial adenomatous polyposis, hereditary nonpolyposis colorectal cancer), had a history of gastric cancer surgery, or their fecal samples were collected for data. It wasn't enough. Finally, a total of 348 subjects (204 males and 144 females, ages 28-79, with an average age of 63.3 years) with data from both metagenomic and metabolome analysis. Was registered in this study. Subjects were divided into the following nine groups based on colonoscopy findings.
1. Normal (not noticeable on colonoscopy)
2. A few polyps (up to 2 small (less than 5 mm) polyps)
3. Multiple polyps (3 or more polyps, mainly 5 or more polyps)
4.
5. Stage I CRC
6. Stage II CRC
7. Stage III CRC
8. Stage IV CRC
9. No significant findings after CRC surgery
(2)DNA抽出
GNOME DNA Isolation Kit(MP Biomedicals、Santa Ana、CA)を使用して、以前に記載(参考文献4)されているようにビーズビーティング法により凍結した糞便サンプルからDNAを抽出した。DNA品質は、Agilent 4200 TapeStation(Agilent Technologies、Santa Clara、CA)で分析した。最終沈殿後、DNAをTE緩衝液に再懸濁し、さらなる分析のために-80℃で保存した。(2) DNA extraction
DNA was extracted from stool samples frozen by the bead beating method using the GNOME DNA Isolation Kit (MP Biomedicals, Santa Ana, CA) as previously described (Reference 4). DNA quality was analyzed on an Agilent 4200 TapeStation (Agilent Technologies, Santa Clara, CA). After final precipitation, DNA was resuspended in TE buffer and stored at -80 ° C for further analysis.
(3)メタゲノム解析
シーケンシングライブラリーを、Nextera XT DNA Sample Prep Kit(Illumina、San Diego、CA)を用いて、以下の改変を伴った供給業者の推奨に従って生成した:DNA開始量500ng、プロセスにおけるキット化学希釈1:1。ライブラリの品質を、Agilent 4200 TapeStationで分析した。糞便サンプルの全ゲノムショットガンシーケンシングをHiSeq2500プラットフォーム(Illumina)で行った。全てのサンプルを、平均6.0Gbpの標的深度まで、150bpの読み取り長で、ペアエンドシーケンスした。(3) Metagenomic analysis sequencing library was generated using the Nextera XT DNA Sample Prep Kit (Illumina, San Diego, CA) according to the supplier's recommendations with the following modifications:
全DNAを糞便検体から抽出し、高品質のIlluminaメタゲノムショットガンシーケンシングの合計48,261,700の読み取りデータを16SリボソームRNAデータベース(SILVA LTP)に整列させ、9,352種(2,123属)を同定した。高品質の読み取りデータは、新しく組み立てられた。 Total DNA was extracted from fecal specimens and a total of 48,261,700 read data from high quality Illumina metagenomic shotgun sequencing was aligned with the 16S ribosomal RNA database (SILVA LTP) to identify 9,352 species (2,123 genera). High quality read data is newly assembled.
合計79,278,379の予測オープンリーディングフレーム(ORF)をIntegrated Reference Catalog of the Human Gut Microbiome(IGC)(参考文献5)及びKyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)(参考文献6)データベースに記録された遺伝子カタログに整列させ、6,428 のKEGG オルソログ(KO)を同定した。 A total of 79,278,379 predicted open reading frames (ORFs) are included in the Integrated Reference Catalog of the Human Gut Microbiome (IGC) (Reference 5) and the Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG) (Reference 6). Aligned and identified 6,428 KEGG orthologs (KOs).
(3)メタボローム解析
以前に報告されたように(参考文献7)、CE-TOFMSによる荷電代謝産物の定量分析を行った。内部標準としてメチオニンスルホン及びD-カンフル-10-スルホン酸をそれぞれ20μM含むメタノールと共に激しく振盪することによって糞便代謝産物を抽出した(参考文献8)。すべてのCE-TOFMS実験は、Agilent CEキャピラリー電気泳動システムを用いて行った。CE-TOFMSデータの主成分分析は、SIMCA13.0(Umetrics、Umea、Sweden)を用いて行った。分析のために、検出限界以下の濃度をゼロで置換し、全てのサンプルにおいて検出限界以下のレベルの代謝産物を除外した。(3) Metabolome analysis As previously reported (Reference 7), quantitative analysis of charged metabolites by CE-TOFMS was performed. Fecal metabolites were extracted by vigorous shaking with methanol containing 20 μM each of methionine sulfone and D-camfur-10-sulfonic acid as internal standards (Reference 8). All CE-TOFMS experiments were performed using an Agilent CE capillary electrophoresis system. Principal component analysis of CE-TOFMS data was performed using SIMCA13.0 (Umetrics, Umea, Sweden). For analysis, sub-detection limit concentrations were replaced with zero to exclude sub-detection limit levels of metabolites in all samples.
(4)統計分析
「ステージI CRC」及び「ステージII CRC」の患者を「ステージI / II」に組み合わせ、「ステージIII CRC」及び「ステージIV CRC」の患者を、「ステージIII / IV」に組み合わせた。種/ KO /代謝産物の各量は、P値が片側マンホイットニーのU検定で0.05以下である場合、有意に増加又は減少すると定義された。(4) Statistical analysis Patients with "Stage I CRC" and "Stage II CRC" are combined with "Stage I / II", and patients with "Stage III CRC" and "Stage IV CRC" are combined with "Stage III / IV". Combined. Species / KO / metabolite amounts were defined to be significantly increased or decreased when the P value was less than or equal to 0.05 in the unilateral Mann-Whitney U test.
(B)結果
(1)被験者
348名の被験者は、「CRCの手術後に顕著な所見なし」(N = 30)に加えて、「正常」(N = 55)、「少数のポリープ」(N = 73)、「複数のポリープ」(N = 39)、「ステージ0 CRC」(N = 28)、「ステージI CRC」(N = 44)、「ステージII CRC」(N = 25)、「ステージIII CRC」(N = 35)、及び「ステージIV CRC」(N = 20)と診断された。「正常」及び「少数のポリープ」の患者を「健康な」コントロール(N = 128)と定義した。また、「ステージI CRC」の10人の患者、「ステージII CRC」の7人の患者、「ステージIII CRC」の8人の患者から治療前後のメタゲノムデータを得た。(B) Results (1) Subjects
348 subjects had "normal" (N = 55), "few polyps" (N = 73), and "multiple polyps" in addition to "significant findings after CRC surgery" (N = 30). (N = 39), "
(2)メタゲノムデータとメタボロームデータの概要
318人の被験者(CRCの手術歴を有する30人の患者を除かれている)に対するメタゲノムデータ及びメタボロームデータの全体像が、「健康な」、「少数のポリープ」、「複数のポリープ」、「ステージ0」、「ステージI/II」、及び「ステージIII/IV」において示されている(図1A及び1B)。Bacteroides属の細菌を多く持つ被験者は、Prevotella属の細菌を多く持つ被験者と逆の関係にあった。注目すべきことに、Megamonas属は、すべてのグループにおける56人の患者(17.6%)において非常に多い属(10番目に多い属に入る)として検出されたが、残りの被験者ではほとんど検出されず、珍しい分布を示した。ヒトゲノム含量は、「健康な」コントロールと比較して、進行したCRCステージにおいてより高かった(「ステージI / II」についてP = 2.1e-5;「ステージIII / IV」についてP = 2.2e-7)。主成分分析(PCA)は、2つの可変性のクラスター(即ち、Bacteroides属とPrevotella属)を示している(図1B左)。これら二つの細菌は、ヒト腸内エンテロタイプとして定義されている(参考文献9)。興味深いことに、Prevotella属のクラスターは、日本人男性が優位を占めていた(Prevotellaクラスターにおける72%の被験者、χ2試験でP = 0.0032)。プロピオン酸と酪酸は大腸の主要なエネルギー源であるが(参考文献10)、これら二つは最も存在量の多い代謝産物であった。PCAは、ジヒドロウラシルと尿素が集団の中で大きな変動があったことを示している(図1B右)。(2) Overview of metagenomic data and metabolome data
The overall picture of metagenomic and metabolome data for 318 subjects (excluding 30 patients with CRC surgery history) is "healthy,""small number of polyps,""multiplepolyps," and ". It is shown in "
(3)腺腫-癌腫配列における腸内細菌叢の変化
片側マンホイットニーのU検定で、「複数のポリープ」、「ステージ0」、「ステージI / II」、及び「ステージIII / IV」の被験者における種の相対的な存在量の増加又は減少を、「健康な」コントロールと比較して調べた(図2A)。本発明者は、多段階発癌のより進んだステージ(「ステージI / II」及び「ステージIII / IV」)に加えて、「複数のポリープ」及び上皮内癌(「ステージ0」)においても、腸内細菌叢の変化が現れることを見出した。さらに重要なことに、腸内細菌叢の変化はステージによって大きく異なっていた。Actinobacteria門、Fusobacteria門、Tenericutes門、及びEuryachaeota門に属する種は、「ステージ0」、「ステージI / II」及び「ステージIII / IV」において顕著な増加及び減少を示したが、「複数のポリープ」ではほとんど差異が示されなかった。これは、これらの門が前駆病変においてほとんど変わらないことを示す。Bifidobacteriaは、「ステージI / II」においてのみ減少した。 Firmicutes(例えば、Clostridia及びErysipelotrichia)の特定のクラスは、主に「ステージIII / IV」において増加した。以前の研究によれば(参考文献11及び12)、Fusobacterium nucleatum spp. (例えば、F. nucleatum subsp. nucleatum (FDR-corrected P=9.5e-6))、Peptostreptococcus stomatis (P=5.3e-6)、及びParvimonas micra (P=3.4e-5)の相対的な存在量は、「ステージIII / IV」において増加した。興味深いことに、Desulfovibrio属の種(例えば、D. vietnamensis(P = 0.033))は、「ステージ0」において増加した。さらに、「ステージ0」で有意に上昇した別の種は、Desulfovibrio spp.(参考文献13)の近縁種であるBilophila wadsworthia(P = 0.039)であった。これらの細菌は硫化物産生細菌としてよく知られている(硫酸塩は使用しないが硫酸塩及びチオ硫酸塩を電子受容体として使用する。)。これとは対照的に、酪酸生産菌、例えば、Faecalibacterium prausnitzii (「複数のポリープ」, P=0.0091; 「ステージ0」, P=0.023;「ステージIII / IV」, P=0.031), Roseburia intestinalis (「ステージ0」, P=0.0026; 「ステージIII / IV」, P=0.0095), Eubacterium eligens (「複数のポリープ」, P=0.024; 「ステージ0」, P=0.013; 「ステージI / II」, P=0.029; 「ステージIII / IV」, P=0.0074), Lachnospira multipara (「複数のポリープ」, P=0.030; 「ステージ0」, P=0.0007; 「ステージI / II」, P=0.0046; ステージIII / IV」, P=0.0005)は、前駆段階及び癌段階で減少した。これらの知見は、腸内微生物組成が多段階発癌の間に劇的に変化したことを示している。最近、Akkermansia muciniphiaの相対的な存在量が、肥満や糖尿病(参考文献15)に加えて、免疫チェックポイント阻害剤(参考文献14)に対する臨床応答と相関があることが示されているが、この細菌は、ステージIII / IV(P = 0.028)において有意に増加した(参考文献16)。(3) Changes in gut microbiota in adenoma-carcinoma sequence One-sided Mann-Whitney U-test in "multiple polyps", "
(4)CRC発癌における微生物遺伝子の機能特性の変化
「健康な」コントロールと比較し、各段階でのKOの存在量の有意な上昇又は減少について調べた。その結果、いずれかのステージにおいて、1,497のKOが有意な上昇を示し、887のKOが有意な減少を示した。そのうち23のKOは、異なるステージで上昇と減少の両方を示した(片側マンホイットニーのU検定でP <0.05)。一般に、リジン代謝及びメタン代謝のKOは、「ステージIII / IV」において顕著に増加した。一方、アルギニン及びプロリン代謝のKOは減少した。詳細は後のセクションで説明する。(4) Changes in functional characteristics of microbial genes in CRC carcinogenesis A significant increase or decrease in the abundance of KO at each stage was investigated in comparison with "healthy" controls. As a result, at any stage, 1,497 KOs showed a significant increase and 887 KOs showed a significant decrease. Twenty-three of these KOs showed both ups and downs at different stages (P <0.05 in the unilateral Mann-Whitney U test). In general, KO of lysine metabolism and methane metabolism increased significantly in "Stage III / IV". On the other hand, KO of arginine and proline metabolism decreased. Details will be explained in a later section.
(5)発癌の初期段階からのメタボロームプロファイルの変化
「健康な」コントロールと比較して、各癌段階において増加又は減少する517の化合物についてのCE-TOFMSメタボロームデータを得た。いずれかのステージにおいて、「健康な」コントロールと比較して、218の代謝産物が統計的に差異を示した(片側マンホイットニーのU検定でP <0.05)。中でも、本発明者は、腸内微生物叢と密接な関係がある代謝産物である胆汁酸、短鎖脂肪酸(SCFA)、ビタミン、アミノ酸、ポリアミン、中心炭素代謝の6つのカテゴリーに注目した(図2B)(参考文献17)。まず、本発明者は、糞便中の胆汁酸の濃度に注目した。デオキシコール酸(DCA)(P = 0.0002)及びグリココール酸(P = 0.0385)は、「複数のポリープ」において増加した。グリココール酸(P = 0.0078)及びタウロコール酸(P = 0.0047)は「ステージ0」において増加した。興味深いことに、DCAは、「健康な」コントロールと比較して、「ステージIII / IV」において減少した(P = 0.0183)。次に、本発明者は糞便中のアミノ酸(AA)濃度の変化に焦点を当てた。15のアミノ酸は、すべてのCRCステージで増加した。「ステージ0」では9のアミノ酸、「ステージI / II」では8のアミノ酸、「ステージIII / IV」では12のアミノ酸が増加した(図2B)。一方、「複数のポリープ」では2のアミノ酸しか増加しなかった。アスパラギン酸(Asp)は「ステージ0」で減少した(P = 0.0448)。注目すべきことに、分枝鎖アミノ酸(BCAA:イソロイシン、ロイシン、バリン)の濃度はCRCステージの大部分で増加した。さらに、本発明者はTCAサイクルにおける代謝物に焦点を当てた。「ステージ0」におけるフマル酸、コハク酸及びリンゴ酸濃度の増加が観察された。最初の2つの代謝産物は「ステージIII / IV」においても増加した。これらの知見は、CRC患者の腸における細菌性フマル酸呼吸を示している(参考文献31)。(5) Changes in metabolome profile from early stages of carcinogenesis CE-TOFMS metabolome data were obtained for 517 compounds that increased or decreased at each cancer stage compared to "healthy" controls. At either stage, 218 metabolites showed statistical differences compared to "healthy" controls (P <0.05 in the unilateral Mann-Whitney U test). Among them, the present inventor focused on six categories of metabolites closely related to the intestinal microflora: bile acids, short-chain fatty acids (SCFA), vitamins, amino acids, polyamines, and central carbon metabolism (Fig. 2B). ) (Reference 17). First, the present inventor paid attention to the concentration of bile acid in feces. Deoxycholic acid (DCA) (P = 0.0002) and glycocholic acid (P = 0.0385) were increased in "multiple polyps". Glycocholic acid (P = 0.0078) and taurocholic acid (P = 0.0047) increased in "
(6)CRCの初期段階を検出するためのメタゲノム及びメタボロームアプローチ
「ステージ0」CRCの大部分は、内視鏡的アプローチによって治療することができ(図3A)、検出のための幅広い時間枠がある。したがって、CRCによる死亡を防止するために、このような初期ステージのCRCを検出することが重要である。「ステージ0」及び「ステージIII / IV」を「健康な」コントロールから区別するための診断マーカーとしての腸メタゲノミクス及びメタボロミクスデータの可能性を調べるために、本発明者はランダムフォレスト分類器を構築した。Leave-one-out検証を行った。種のみ、KOのみ、代謝産物のみ、又は3種の組み合わせのいずれかに基づいて、4つのタイプのモデルを構築した。既知の危険因子(すなわち、喫煙及びアルコール)及びヒトゲノムの断片が特徴に加えられた。 4つのモデル間の分類ポテンシャルを比較すると、「ステージ0」(図3B、左)及び「ステージIII / IV」(図3B、右)の両方の分類において、組み合わせモデルが優れていた。本発明者は、「ステージ0」の患者を検出するために0.85の受信者動作特性曲線下領域(AUC)を、「ステージIII / IV」の患者について0.87の領域を保存した。Mean Decrease Giniを用いて各マーカーの寄与度を計算した(図3C)。「ステージ0」を特徴付ける特性は、以下のKOが上位に位置づけられた:K01451(hipO、馬尿酸ヒドロラーゼ)、K01713(pheC、シクロヘキサジエニルデヒドラターゼ)、K00100(bdhAB、ブタノールデヒドロゲナーゼ)、K03457(T.C.NCS1、核酸塩基:カチオン共輸送体-1、NCS1ファミリー)、KO8321(lsrF、3-ヒドロキシ-5-ホスホノオキシペンタン-2,4-ジオンチオラーゼ)。K01451の主な複合遺伝子は、「ステージ0」におけるKlebsiella pneumonia由来であった。K01713は、フェニルアラニン(Phe)の生合成酵素である。(6) Metagenome and metabolome approaches to detect early stages of CRC Most of the "
「ステージIII / IV」分類器は、大部分が種によって特徴付けられた(図3B、右)。上位に出現する種は、主にP. stomatis、F. nucleatum、Peptostreptococcus anaerobius、及びP. micraのような口腔嫌気性菌であった。これらの細菌は、以前からCRCのマーカー種として同定されている(参考文献11、12、19、20)。ヒトゲノム断片は、「ステージIII / IV」患者を「健康な」コントロールと区別するための評価の高い特性であった。
The "Stage III / IV" classifiers were mostly characterized by species (Fig. 3B, right). The top-ranking species were mainly oral anaerobes such as P. stomatis, F. nucleatum, Peptostreptococcus anaerobius, and P. micra. These bacteria have long been identified as CRC marker species (
(7)微生物代謝経路に関与するKOの変化
多数の経路の中で、本発明者は3つの経路(すなわち、アミノ酸、メタン及び硫黄)に焦点を当てた。これらの経路は、微生物叢と密接な関係があることが知られているからである(参考文献21)。前のセクションで述べたように、アミノ酸の濃度は、メタボロミクス分析に基づいて、CRCの全段階で優勢に増加した。本発明者は、経路情報が利用可能なKOの存在量な変化を調べた。その結果、KOの変化の興味深いパターンが観察された。CRCステージで存在量が増加したKOは、「健康な」コントロールと比較してアミノ酸の分解が多かった。対照的に、CRCステージで減少したKOは、アミノ酸の生合成が多かった。K10797以外のKOは、増加と減少の両方を示さなかった。一般に、アミノ酸生合成に関与するKOの存在量は、アミノ酸分解のそれより2桁大きかった。これは注意を要する点である。例えば、BCAAの生合成に関与する多数のKO(K00052、K00053、K01703、K01704、K01652、K01653、K01687、K01754)は減少していたが、その一方、それらの分解経路に関与するKO(K00166、K00167、K00253、K00263、K01692、K11381)は増加していた(図4A〜G)。これらの知見は、BCAAの微生物生合成の減少及びBCAAの微生物分解の増加に伴う宿主(ヒト)由来のBCAAの微生物消費の増加として解釈することができる。本発明者は、Phe代謝経路を含む芳香族アミノ酸(AAA)の代謝におけるKO増加にも焦点を当てた。これは、この代謝が「ステージ0」において多く、また、K01713が「ステージ0」を「健康な」コントロールから識別する診断マーカーとして位置づけられたからである(図3C)。Phe代謝経路では、Pheは、ヒト又は細菌の酵素のいずれかによってフェニル酢酸(PAA)(C07086、メタボロームデータは利用できない)に代謝され得る。このような酵素には、K00832 (P=0.042)、K00276 (P=0.042)、K01426 (P=0.042)、K00055 (P=0.027)、K00457 (P=0.0031)が含まれるが、これらはいずれも「ステージ0」で増加していた(図4A〜G)。PAAは、グルクロニド化によって尿中に排泄されるか、又は遺伝子クラスター(paaK → paaA/paaB/paaC/paaD/paaE → paaG → paaZ → paaG/paaJ → paaF → paaH → paaJ)によって触媒される一連の反応を介して細菌によってさらに代謝され得る(参考文献22)。これらの遺伝子のうち、「ステージ0」において増加したものは、paaG(K15866)(P = 0.029)、paaJ(K02615)(P = 0.027)及びpaaF(K01692)(P = 0.0093)であった。paaG(K15866)の主な複合種はMegamonas hypermegaleであった。paaJ(K02615)及びpaaF(K01692)の複合種は、Escherichia coli K-12 MG1655 及びKlebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae MGH 78578であった。AAA生合成経路は、KOの増加及び減少の両方を示した。2つのPhe生合成遺伝子、即ち、シクロヘキサジエニルデヒドラターゼ(pheC、K01713)(P = 5.1e-06)及び芳香族アミノ酸トランスアミナーゼ(tyrB、K00832)(P = 0.0414)は、「ステージ0」において有意に増加した。K00832は、他のアミノ酸の生合成/分解にも関与している。Trp生合成経路に関与する他の酵素は、「ステージIII / IV」において大部分が減少した。メタボロームデータは、糞便Pheが「ステージ0」において最初に増加し、「ステージI / II」及び「ステージIII / IV」において同様の増加レベルにとどまることを示した(図2B)。(7) Changes in KO involved in the microbial metabolic pathway Among the many pathways, the present inventor focused on three pathways (ie, amino acids, methane and sulfur). This is because these pathways are known to be closely related to the microbial flora (Reference 21). As mentioned in the previous section, amino acid concentrations increased predominantly at all stages of CRC, based on metabolomics analysis. The present inventor investigated changes in the abundance of KOs for which route information is available. As a result, an interesting pattern of KO changes was observed. KOs with increased abundance at the CRC stage had more amino acid degradation compared to "healthy" controls. In contrast, KOs reduced at the CRC stage were more amino acid biosynthetic. KOs other than K10797 showed neither an increase nor a decrease. In general, the abundance of KO involved in amino acid biosynthesis was two orders of magnitude higher than that of amino acid degradation. This is a point to be aware of. For example, many KOs involved in BCAA biosynthesis (K00052, K00053, K01703, K01704, K01652, K01653, K01687, K01754) were reduced, while KOs involved in their degradation pathways (K00166, K00166, K00167, K00253, K00263, K01692, K11381) increased (FIGS. 4A to 4G). These findings can be interpreted as an increase in host (human) -derived BCAA microbial consumption with a decrease in BCAA microbial biosynthesis and an increase in BCAA microbial degradation. The inventor also focused on increasing KO in the metabolism of aromatic amino acids (AAA), including the Phe metabolic pathway. This is because this metabolism is predominant in "
CH4(メタン)とCRCとの関係は依然として議論の余地があるが、CRCにおけるメタンガスの影響/役割については数多くの研究が議論している(参考文献23)。「ステージIII / IV」において多数のメタン生成KOの著しい増加が観察された。このようなKOには、K00390 cysH、ホスホアデノシンホスホスルフェートレダクターゼ(P = 0.0071)が含まれるが、この酵素は、3つのメタン生成経路、即ち、CO2→CH4、 CH4O→CH4、メチルアミン/ジメチルアミン/トリメチルアミン→CH4に関与する(図4I)。これらのKOの主要な複合種は、古細菌であるMethanobrevibacter smithiiであるが、この古細菌は、健康な日本人では他の国に比べて極めて少ないと報告されている(参考文献24)。最後に、異化型亜硫酸レダクターゼαサブユニット(K11180)は、遺伝毒性硫化水素の産生に関与するが、このタンパク質は、「複数のポリープ」(P = 0.0080)、「ステージ0」(P = 0.013)、及び「ステージIII / IV 」(P = 0.0033)で増加した(図4H)。このKOの優性遺伝子は、硫酸還元細菌であるDesulfovibrio vulgarisを構成する。The relationship between CH 4 (methane) and CRC remains controversial, but numerous studies have discussed the effects / roles of methane gas on CRC (Reference 23). A significant increase in a large number of methanogenic KOs was observed at "Stage III / IV". Such KOs include K00390 cysH, phosphoadenosine phosphosulfate reductase (P = 0.0071), which contains three methanogenic pathways: CO 2 → CH 4 , CH 4 O → CH 4 , Methylamine / Dimethylamine / Trimethylamine → CH 4 involved (Fig. 4I). The major complex of these KOs is the archaea Methanobrevibacter smithii, which has been reported to be much less common in healthy Japanese than in other countries (Reference 24). Finally, the catabolic sulfite reductase α subunit (K11180) is involved in the production of genotoxic hydrogen sulfide, a protein that is "multiple polyps" (P = 0.0080), "
(8)CRC患者における手術前後の微生物組成の変化
28のCRC(ステージI / II / III / IV)において、同じ患者の治療前後(手術後約1年)のメタゲノムデータが得られた。本発明者は、手術前後で微生物組成を比較した。F. nucleatum spp.、P. stomatis、Porphyromonas asaccharolytica及びM. smithiiの相対存在量は、「ステージI / II / III / IV」における外科手術による腫瘍除去後に減少した(図5B)。興味深いことに、Streptococcus salivarius subsp. salivariusは、手術後に増加した。この細菌は、コントロールと比較して、「ステージIII / IV」において減少する種として以前に報告されている(参考文献12)。(8) Changes in microbial composition before and after surgery in CRC patients
At 28 CRCs (Stages I / II / III / IV), metagenomic data were obtained before and after treatment (about 1 year after surgery) for the same patient. The present inventor compared the microbial composition before and after surgery. The relative abundance of F. nucleatum spp., P. stomatis, Porphyromonas asaccharolytica and M. smithii decreased after surgical tumor removal in "Stage I / II / III / IV" (Fig. 5B). Interestingly, Streptococcus salivarius subsp. Salivarius increased after surgery. This bacterium has previously been reported as a species that is reduced in "Stage III / IV" compared to controls (Reference 12).
(9)Bilophila wadsworthiaとDCAとの関係
この記事の前半で述べたように、DCAは「健康な」コントロールと比較して「複数のポリープ」で増加した。この代謝産物と相関する可能性のある種を探索するために、本発明者は種と代謝産物との間の相関関係を調べた。その結果、Bilophila wadsworthiaがDCAとの最も高い相関係数(CC = 0.641)を示した。相関係数は、他のステージでも肯定的であったが、「複数のポリープ」のように高くはなかった。Bilophila wadsworthiaは、タウロコール酸を含有する培地中で増殖することが知られている(参考文献32)。タウロコール酸は、DCA前駆体(コール酸)のコンジュゲート体である。(9) Relationship between Bilophila wadsworthia and DCA As mentioned earlier in this article, DCA increased with "multiple polyps" compared to "healthy" controls. To search for species that may correlate with this metabolite, we investigated the correlation between the species and the metabolite. As a result, Bilophila wadsworthia showed the highest correlation coefficient with DCA (CC = 0.641). The correlation coefficient was positive at other stages, but not as high as "multiple polyps". Bilophila wadsworthia is known to grow in a medium containing taurocholic acid (Reference 32). Taurocholic acid is a conjugate of the DCA precursor (cholic acid).
(C)考察
本発明者は、メタゲノム解析やメタボローム解析による腸内環境と大腸癌との関係について大規模な研究を行ってきた。メタボローム解析は、宿主及び微生物由来の代謝物質プロファイルに関する新しい情報をもたらす。「健康な」コントロールを含むすべての被験者は大腸内視鏡検査を受けた。Megamonasはすべてのグループで日本人の約20%で非常に存在量の多い属として検出されたが、興味深いことに被験者の大部分(約80%)では検出されなかった。Megamonasはヨーロッパやアメリカの腸内微生物研究において優性な属として以前に報告されておらず、Megamonasは新しいエンテロタイプであり、おそらくアジアの集団に特徴的であることを示唆している(参考文献26)。本発明者は、多段階発癌のより進んだステージに加えて、「複数のポリープ」及び上皮内癌(「ステージ0」)に、腸内細菌叢及びメタボロームの変化が現れたことを示した。さらに重要なことに、腸内細菌叢の変化はステージによって大きく異なっていた。CRCの前駆ステージにおいて、DCAは糞便中に有意に増加する。DCAはDNA損傷の増加を引き起こし、突然変異を増加させることが知られており(参考文献27)、動物実験では胆汁酸の投与により腸内の腫瘍発生率が高くなることが示されている(参考文献27、28)。さらにDCAは、APCMin/+ マウスの小腸及び大腸に粘膜癌を引き起こし、レプチン欠損(ob/ob)マウスの肝臓に多発性腫瘍を引き起こすことが最近報告されている(参考文献29、30)。 Bilophila wadsworthiaはその成長が胆汁によって促進されるが(参考文献13)、この細菌は本研究においてDCAと有意に相関していた唯一の種であった(図5A)。Desulfovibrio(例えば、D. vietnamensis)及びBilophila wadsworthia(Desulfovibrio spp.の近縁種)は、「ステージ0」において有意に増加した。それらは、硫化物産生細菌であることがよく知られており(参考文献31)、また、遺伝毒性硫化水素の産生に関与する異化型亜硫酸レダクターゼαサブユニット(K11180)を有している。高レベルのタウリン抱合化を促進する肉の多い食事は、Bilophila wadsworthiaのような硫酸還元細菌の異常増殖を引き起こすが、これは病理学的な腸の状態、例えば、腫瘍形成に関連する(参考文献21、32、33)。Bilophila wadsworthiaは、タウロコール酸の存在下でIl10-/- マウスにおける大腸炎の形成について研究されている(参考文献32)。最近、Bilophila wadsworthiaは、健常人と比べてCRCのアフリカ系アメリカ人において有意に存在量が多いと報告されている(参考文献34)。O'Keefeらは、通常低脂肪、高繊維食である農村部の南アフリカのズールー族が肉や動物性脂肪の多い食事に切り替えると、結腸内の硫化物産生細菌が増加することを報告した(参考文献35)。これらの微生物は腸内生態系の正常な一部であるが、結腸直腸内のこれらの細菌及び代謝産物の過剰は炎症をもたらし、DNAを損傷させる可能性がある。以前の研究と併せて考察すると、Desulfovibrio及びBilophila wadsworthiaが早期腫瘍形成に寄与していることが示されたが、本研究では実験的検証は行われなかった。(C) Discussion The present inventor has conducted a large-scale study on the relationship between the intestinal environment and colorectal cancer by metagenomic analysis and metabolome analysis. Metabolome analysis provides new information on host and microbial metabolite profiles. All subjects, including "healthy" controls, underwent colonoscopy. Megamonas was detected as a very abundant genus in about 20% of Japanese in all groups, but interestingly not in the majority of subjects (about 80%). Megamonas has not been previously reported as a dominant genus in European and American gut microbiota studies, suggesting that Megamonas is a new enterotype, probably characteristic of Asian populations (Reference 26). ). The inventor has shown that in addition to the more advanced stages of multistage carcinogenesis, changes in the intestinal flora and metabolome have appeared in "plurality of polyps" and carcinoma in situ ("
この研究では、メタボローム解析に基づいて、糞便中のアミノ酸、特にBCAAが増加した。しかし、予期せぬことに、CRCにおいて、アミノ酸生合成に関与するKOは一般に減少し、アミノ酸分解に関与するKOは増加した。このことは、アミノ酸の増加が宿主(主に非癌性上皮細胞)に由来し、CRCの非常に初期のステージからの腸内微生物叢の微生物組成及び/又は遺伝子機能に影響を及ぼすことを示唆している。 In this study, amino acids in faeces, especially BCAAs, were increased based on metabolome analysis. However, unexpectedly, in CRC, KOs involved in amino acid biosynthesis generally decreased, and KOs involved in amino acid degradation increased. This suggests that the increase in amino acids is derived from the host (mainly non-cancerous epithelial cells) and affects the microbial composition and / or gene function of the intestinal microflora from the very early stages of CRC. doing.
Fusobacterium nucleatumは、CRCに関係していることがよく知られている(参考文献36、37)。実際、F. nucleatum spp.は、CRCの初期ステージでは増加しなかったが、「ステージIII / IV」において増加した。しかし、F. nucleatum spp.の相対存在量は、外科手術による腫瘍除去後に劇的に減少した。 Fusobacterium nucleatum is well known to be involved in CRC (references 36, 37). In fact, F. nucleatum spp. Did not increase in the early stages of CRC, but increased in "Stage III / IV". However, the relative abundance of F. nucleatum spp. Was dramatically reduced after surgical removal of the tumor.
本発明者の結果は、F. nucleatumが直接的及び特異的な発癌を増強することはできないが、おそらく出血などのCRCによる環境変化による結果として増加することを示唆している(参考文献38)。これは、「健康な」コントロールと比較して、家族性腺腫様ポリポーシスを有する術前患者において、F. nucleatumが増加しなかったという本発明者の予備データ(データは示していない、N = 15)によって裏付けられている。しかしながら、F. nucleatum及びP. stomatisは、進行したCRCを検出するための良好なバイオマーカーであり得る。対照的に、Bilophila wadsworthiaは、「Stage 0」において増加を示し、手術後にも減少しなかった。
The present inventor's results suggest that F. nucleatum cannot enhance direct and specific carcinogenesis, but increases probably as a result of environmental changes due to CRC such as bleeding (Reference 38). .. This is the inventor's preliminary data that F. nucleatum was not increased in preoperative patients with familial adenoma-like polyposis compared to "healthy" controls (data not shown, N = 15). ). However, F. nucleatum and P. stomatis can be good biomarkers for detecting advanced CRC. In contrast, Bilophila wadsworthia showed an increase at "
便潜血試験は、CRCの大量スクリーニングに日常的に使用され、大腸内視鏡検査の前に行われる。CRCの早期発見、特にステージ0の発見は、腫瘍の内視鏡的切除を可能にし、患者の生活の質を大幅に改善する。本研究では、非侵襲性がんスクリーニング検査のための腸内細菌叢指標を提案する。Pheの生合成酵素であるK01713は、「ステージ0」患者を「健康な」コントロールから区別することができる。タンパク質が肉の主要な構成要素であり、Pheやトリプトファン代謝物のようなタンパク質発酵代謝産物が潜在的に発癌性であるとされている事実は、肉摂取、タンパク質発酵及びCRCの間の可能性のあるつながりを示唆している(参考文献39)。具体的には、PAAなどのPhe代謝産物は有害な代謝物とみなされている(参考文献40、41)。
Fecal occult blood tests are routinely used for high-dose CRC screening and are performed prior to colonoscopy. Early detection of CRC, especially
結論として、本発明者は、多段階発癌における微生物組成、腸内細菌叢の遺伝子存在量、並びに宿主及び微生物由来代謝産物のダイナミックな変化を観察した。腸内細菌叢の構造変化は、発癌性微小環境の変化をもたらす可能性がある。さらに、本研究は、CRCの進行が、微生物全体の正味の代謝産物並びに原因となる生物の存在によって影響を受けることを強調している。本発明者は、CRCは基本的に「遺伝的」であるだけでなく「微生物的」な疾患であると考えている。 In conclusion, we have observed microbial composition, gene abundance in the intestinal flora, and dynamic changes in host and microbial metabolites in multistage carcinogenesis. Structural changes in the gut microbiota can lead to changes in the carcinogenic microenvironment. In addition, the study emphasizes that CRC progression is affected by the presence of net metabolites and causative organisms throughout the microorganism. The inventor considers CRC to be not only a "genetic" but also a "microbial" disease.
〔実施例2〕
検体数を616サンプルに増やしてメタゲノム解析を行った。検体を、健常人(H)、複数のポリープのある者(MP)、ステージ0の大腸癌患者(S0)、ステージI及びIIの大腸癌患者(SI/II)、及びステージIII及びIVの大腸癌患者(SIII/IV)に分け、各検体中に含まれる細菌の存在量を調べた。調べた細菌は、Atopobium parvulum、Bacteroides coprocola、Bacteroides plebeius、Bifidobacterium breve、Bifidobacterium choerinum、Bifidobacterium dentium、Bifidobacterium moukalabense、Bifidobacterium pseudolongum subsp. globosum、Bifidobacterium stellenboschense、Eubacterium eligens、Fusobacterium nucleatum subsp. fusiforme、Fusobacterium nucleatum subsp. nucleatum、Fusobacterium nucleatum subsp. vincentii、Lactobacillus rogosae、Parabacteroides gordonii、Roseburia intestinalis、Solobacterium mooreiの17種類である。結果を図6〜22に示す。[Example 2]
Metagenomic analysis was performed by increasing the number of samples to 616 samples. Specimens were used for healthy subjects (H), patients with multiple polyps (MP),
上記解析の結果、Atopobium parvulumがステージ0の大腸癌患者に多く存在することが明らかになった。そこで、このAtopobium parvulumについて更に詳しく調べた(図23)。図23Aに示すように、Atopobium parvulumの相対存在量は、ステージ0の大腸癌患者に有意に多かった。このことから、検体中のAtopobium parvulumの存在量を調べることにより、早期大腸癌かどうかを判定できる可能性がある。
As a result of the above analysis, it was clarified that Atopobium parvulum is abundant in
〔参考文献〕
1. Song H, Saito E, Sawada N, et al. Perceived stress level and risk of cancer incidence in a Japanese population: the Japan Public Health Center (JPHC)-based Prospective Study. Sci Rep 2017;7:12964.
2. Ugai T, Matsuo K, Sawada N, et al. Coffee and green tea consumption and subsequent risk of acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes in Japan. Int J Cancer 2017.
3. Nishimoto Y, Mizutani S, Nakajima T, et al. High stability of faecal microbiome composition in guanidine thiocyanate solution at room temperature and robustness during colonoscopy. Gut 2016;65:1574-5.
4. Furet JP, Firmesse O, Gourmelon M, et al. Comparative assessment of human and farm animal faecal microbiota using real-time quantitative PCR. FEMS Microbiol Ecol 2009;68:351-62.
5. Li J, Jia H, Cai X, et al. An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat Biotechnol 2014;32:834-41.
6. Kanehisa M, Goto S. KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes. Nucleic Acids Res 2000;28:27-30.
7. Soga T, Ohashi Y, Ueno Y, Naraoka H, Tomita M, Nishioka T. Quantitative metabolome analysis using capillary electrophoresis mass spectrometry. J Proteome Res 2003;2:488-94.
8. Mishima E, Fukuda S, Mukawa C, et al. Evaluation of the impact of gut microbiota on uremic solute accumulation by a CE-TOFMS-based metabolomics approach. Kidney Int 2017;92:634-45.
9. Arumugam M, Raes J, Pelletier E, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011;473:174-80.
10. Wong JM, de Souza R, Kendall CW, Emam A, Jenkins DJ. Colonic health: fermentation and short chain fatty acids. J Clin Gastroenterol 2006;40:235-43.
11. Feng Q, Liang S, Jia H, et al. Gut microbiome development along the colorectal adenoma-carcinoma sequence. Nat Commun 2015;6:6528.
12. Zeller G, Tap J, Voigt AY, et al. Potential of fecal microbiota for early-stage detection of colorectal cancer. Mol Syst Biol 2014;10:766.
13. Baron EJ, Summanen P, Downes J, Roberts MC, Wexler H, Finegold SM. Bilophila wadsworthia, gen. nov. and sp. nov., a unique gram-negative anaerobic rod recovered from appendicitis specimens and human faeces. J Gen Microbiol 1989;135:3405-11.
14. Routy B, Le Chatelier E, Derosa L, et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. Science 2017.
15. Everard A, Belzer C, Geurts L, et al. Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet-induced obesity. Proc Natl Acad Sci U S A 2013;110:9066-71.
16. Weir TL, Manter DK, Sheflin AM, Barnett BA, Heuberger AL, Ryan EP. Stool microbiome and metabolome differences between colorectal cancer patients and healthy adults. PLoS One 2013;8:e70803.
17. Brestoff JR, Artis D. Commensal bacteria at the interface of host metabolism and the immune system. Nat Immunol 2013;14:676-84.
18. Tielens AG, Rotte C, van Hellemond JJ, Martin W. Mitochondria as we don't know them. Trends Biochem Sci 2002;27:564-72.
19. Yu J, Feng Q, Wong SH, et al. Metagenomic analysis of faecal microbiome as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for colorectal cancer. Gut 2017;66:70-8.
20. Purcell RV, Visnovska M, Biggs PJ, Schmeier S, Frizelle FA. Distinct gut microbiome patterns associate with consensus molecular subtypes of colorectal cancer. Sci Rep 2017;7:11590.
21. Louis P, Hold GL, Flint HJ. The gut microbiota, bacterial metabolites and colorectal cancer. Nat Rev Microbiol 2014;12:661-72.
22. Teufel R, Mascaraque V, Ismail W, et al. Bacterial phenylalanine and phenylacetate catabolic pathway revealed. Proc Natl Acad Sci U S A 2010;107:14390-5.
23. Roccarina D, Lauritano EC, Gabrielli M, Franceschi F, Ojetti V, Gasbarrini A. The role of methane in intestinal diseases. Am J Gastroenterol 2010;105:1250-6.
24. Nishijima S, Suda W, Oshima K, et al. The gut microbiome of healthy Japanese and its microbial and functional uniqueness. DNA Res 2016;23:125-33.
25. Attene-Ramos MS, Wagner ED, Plewa MJ, Gaskins HR. Evidence that hydrogen sulfide is a genotoxic agent. Mol Cancer Res 2006;4:9-14.
26. Chiu CM, Huang WC, Weng SL, et al. Systematic analysis of the association between gut flora and obesity through high-throughput sequencing and bioinformatics approaches. Biomed Res Int 2014;2014:906168.
27. Bernstein H, Bernstein C, Payne CM, Dvorak K. Bile acids as endogenous etiologic agents in gastrointestinal cancer. World J Gastroenterol 2009;15:3329-40.
28. Narahara H, Tatsuta M, Iishi H, et al. K-ras point mutation is associated with enhancement by deoxycholic acid of colon carcinogenesis induced by azoxymethane, but not with its attenuation by all-trans-retinoic acid. Int J Cancer 2000;88:157-61.
29. Cao H, Luo S, Xu M, et al. The secondary bile acid, deoxycholate accelerates intestinal adenoma-adenocarcinoma sequence in Apc (min/+) mice through enhancing Wnt signaling. Fam Cancer 2014;13:563-71.
30. Yoshimoto S, Loo TM, Atarashi K, et al. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome. Nature 2013;499:97-101.
31. Carbonero F, Benefiel AC, Gaskins HR. Contributions of the microbial hydrogen economy to colonic homeostasis. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012;9:504-18.
32. Devkota S, Wang Y, Musch MW, et al. Dietary-fat-induced taurocholic acid promotes pathobiont expansion and colitis in Il10-/- mice. Nature 2012;487:104-8.
33. Carbonero F, Benefiel AC, Alizadeh-Ghamsari AH, Gaskins HR. Microbial pathways in colonic sulfur metabolism and links with health and disease. Front Physiol 2012;3:448.
34. Yazici C, Wolf PG, Kim H, et al. Race-dependent association of sulfidogenic bacteria with colorectal cancer. Gut 2017;66:1983-94.
35. O'Keefe SJ, Li JV, Lahti L, et al. Fat, fibre and cancer risk in African Americans and rural Africans. Nat Commun 2015;6:6342.
36. Wong SH, Kwong TNY, Chow TC, et al. Quantitation of faecal Fusobacterium improves faecal immunochemical test in detecting advanced colorectal neoplasia. Gut 2017;66:1441-8.
37. Yu T, Guo F, Yu Y, et al. Fusobacterium nucleatum Promotes Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy. Cell 2017;170:548-63 e16.
38. Walker CB, Ratliff D, Muller D, Mandell R, Socransky SS. Medium for selective isolation of Fusobacterium nucleatum from human periodontal pockets. J Clin Microbiol 1979;10:844-9.
39. Windey K, De Preter V, Verbeke K. Relevance of protein fermentation to gut health. Mol Nutr Food Res 2012;56:184-96.
40. Denno KM, Sadler TW. Phenylalanine and its metabolites induce embryopathies in mouse embryos in culture. Teratology 1990;42:565-70.
41. Smith EA, Macfarlane GT. Enumeration of human colonic bacteria producing phenolic and indolic compounds: effects of pH, carbohydrate availability and retention time on dissimilatory aromatic amino acid metabolism. J Appl Bacteriol 1996;81:288-302.
42. Russell WR, Gratz SW, Duncan SH, et al. High-protein, reduced-carbohydrate weight-loss diets promote metabolite profiles likely to be detrimental to colonic health. Am J Clin Nutr 2011;93:1062-72.[References]
1. Song H, Saito E, Sawada N, et al. Perceived stress level and risk of cancer incidence in a Japanese population: the Japan Public Health Center (JPHC)-based Prospective Study. Sci Rep 2017; 7: 12964.
2. Ugai T, Matsuo K, Sawada N, et al. Coffee and green tea consumption and subsequent risk of acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndromes in Japan. Int J Cancer 2017.
3. Nishimoto Y, Mizutani S, Nakajima T, et al. High stability of faecal microbiome composition in guanidine thiocyanate solution at room temperature and robustness during colonoscopy. Gut 2016; 65: 1574-5.
4. Furet JP, Firmesse O, Gourmelon M, et al. Comparative assessment of human and farm animal faecal microbiota using real-time quantitative PCR. FEMS Microbiol Ecol 2009; 68: 351-62.
5. Li J, Jia H, Cai X, et al. An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat Biotechnol 2014; 32: 834-41.
6. Kanehisa M, Goto S. KEGG: kyoto encyclopedia of genes and genomes.
7. Soga T, Ohashi Y, Ueno Y, Naraoka H, Tomita M, Nishioka T. Quantitative metabolome analysis using capillary electrophoresis mass spectrometry.
8. Mishima E, Fukuda S, Mukawa C, et al. Evaluation of the impact of gut microbiota on uremic solute accumulation by a CE-TOFMS-based metabolomics approach. Kidney Int 2017; 92: 634-45.
9. Arumugam M, Raes J, Pelletier E, et al. Enterotypes of the human gut microbiome. Nature 2011; 473: 174-80.
10. Wong JM, de Souza R, Kendall CW, Emam A, Jenkins DJ. Colonic health: fermentation and short chain fatty acids. J Clin Gastroenterol 2006; 40: 235-43.
11. Feng Q, Liang S, Jia H, et al. Gut microbiome development along the colorectal adenoma-carcinoma sequence. Nat Commun 2015; 6: 6528.
12. Zeller G, Tap J, Voigt AY, et al. Potential of fecal microbiota for early-stage detection of colorectal cancer. Mol Syst Biol 2014; 10: 766.
13. Baron EJ, Summanen P, Downes J, Roberts MC, Wexler H, Finegold SM. Bilophila wadsworthia, gen. Nov. And sp. Nov., a unique gram-negative anaerobic rod recovered from appendicitis specimens and human faeces. J Gen Microbiol 1989; 135: 3405-11.
14. Routy B, Le Chatelier E, De Rosa L, et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1-based immunotherapy against epithelial tumors. Science 2017.
15. Everard A, Belzer C, Geurts L, et al. Cross-talk between Akkermansia muciniphila and intestinal epithelium controls diet-induced obesity. Proc Natl Acad Sci USA 2013; 110: 9066-71.
16. Weir TL, Manter DK, Sheflin AM, Barnett BA, Heuberger AL, Ryan EP. Stool microbiome and metabolome differences between colorectal cancer patients and healthy adults. PLoS One 2013; 8: e70803.
17. Brestoff JR, Artis D. Commensal bacteria at the interface of host metabolism and the immune system. Nat Immunol 2013; 14: 676-84.
18. Tielens AG, Rotte C, van Hellemond JJ, Martin W. Mitochondria as we don't know them. Trends Biochem Sci 2002; 27: 564-72.
19. Yu J, Feng Q, Wong SH, et al. Metagenomic analysis of faecal microbiome as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for colorectal cancer. Gut 2017; 66: 70-8.
20. Purcell RV, Visnovska M, Biggs PJ, Schmeier S, Frizelle FA. Distinct gut microbiome patterns associate with consensus molecular subtypes of colorectal cancer. Sci Rep 2017; 7:11590.
21. Louis P, Hold GL, Flint HJ. The gut microbiota, bacterial metabolites and colorectal cancer. Nat Rev Microbiol 2014; 12: 661-72.
22. Teufel R, Mascaraque V, Ismail W, et al. Bacterial phenylalanine and phenylacetate catabolic pathway revealed. Proc Natl Acad Sci USA 2010; 107: 14390-5.
23. Roccarina D, Lauritano EC, Gabrielli M, Franceschi F, Ojetti V, Gasbarrini A. The role of methane in intestinal diseases. Am J Gastroenterol 2010; 105: 1250-6.
24. Nishijima S, Suda W, Oshima K, et al. The gut microbiome of healthy Japanese and its microbial and functional uniqueness. DNA Res 2016; 23: 125-33.
25. Attene-Ramos MS, Wagner ED, Plewa MJ, Gaskins HR. Evidence that hydrogen sulfide is a genotoxic agent. Mol Cancer Res 2006; 4: 9-14.
26. Chiu CM, Huang WC, Weng SL, et al. Systematic analysis of the association between gut flora and obesity through high-throughput sequencing and bioinformatics approaches. Biomed Res Int 2014; 2014: 906168.
27. Bernstein H, Bernstein C, Payne CM, Dvorak K. Bile acids as endogenous etiologic agents in gastrointestinal cancer. World J Gastroenterol 2009; 15: 3329-40.
28. Narahara H, Tatsuta M, Iishi H, et al. K-ras point mutation is associated with enhancement by deoxycholic acid of colon carcinogenesis induced by azoxymethane, but not with its attenuation by all-trans-retinoic acid.
29. Cao H, Luo S, Xu M, et al. The secondary bile acid, deoxycholate accelerates intestinal adenoma-adenocarcinoma sequence in Apc (min / +) mice through enhancing Wnt signaling. Fam Cancer 2014; 13: 563-71.
30. Yoshimoto S, Loo TM, Atarashi K, et al. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome. Nature 2013; 499: 97-101.
31. Carbonero F, Benefiel AC, Gaskins HR. Contributions of the microbial hydrogen economy to colonic homeostasis. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 2012; 9: 504-18.
32. Devkota S, Wang Y, Musch MW, et al. Dietary-fat-induced taurocholic acid promotes pathobiont expansion and colitis in Il10-/-mouses. Nature 2012; 487: 104-8.
33. Carbonero F, Benefiel AC, Alizadeh-Ghamsari AH, Gaskins HR. Microbial pathways in colonic sulfur metabolism and links with health and disease. Front Physiol 2012; 3: 448.
34. Yazici C, Wolf PG, Kim H, et al. Race-dependent association of sulfidogenic bacteria with colorectal cancer. Gut 2017; 66: 1983-94.
35. O'Keefe SJ, Li JV, Lahti L, et al. Fat, fiber and cancer risk in African Americans and rural Africans. Nat Commun 2015; 6: 6342.
36. Wong SH, Kwong TNY, Chow TC, et al. Quantitation of faecal Fusobacterium improves faecal immunochemical test in detecting advanced colorectal neoplasia. Gut 2017; 66: 1441-8.
37. Yu T, Guo F, Yu Y, et al. Fusobacterium nucleatum Promotes Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy. Cell 2017; 170: 548-63 e16.
38. Walker CB, Ratliff D, Muller D, Mandell R, Socransky SS. Medium for selective isolation of Fusobacterium nucleatum from human periodontal pockets. J Clin Microbiol 1979; 10: 844-9.
39. Windey K, De Preter V, Verbeke K. Relevance of protein fermentation to gut health. Mol Nutr Food Res 2012; 56: 184-96.
40. Denno KM, Sadler TW. Phenylalanine and its metabolites induce embryopathies in mouse embryos in culture. Teratology 1990; 42: 565-70.
41. Smith EA, Macfarlane GT. Enumeration of human colonic bacteria producing phenolic and indolic compounds: effects of pH, carbohydrate availability and retention time on dissimilatory aromatic amino acid metabolism. J Appl Bacteriol 1996; 81: 288-302.
42. Russell WR, Gratz SW, Duncan SH, et al. High-protein, reduced-carbohydrate weight-loss diets promote metabolite profiles likely to be detrimental to colonic health. Am J Clin Nutr 2011; 93: 1062-72.
本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。 All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.
本発明は、大腸癌の検出に関連する産業分野において利用可能である。 The present invention is available in the industrial field related to the detection of colorectal cancer.
Claims (5)
(1)被験者の糞便中の指標とする遺伝子又は代謝産物を定量する工程、
(2)工程(1)で定量した値を健常者の糞便中の対応値と比較する工程、
(3)工程(2)の比較の結果、工程(1)で定量した値が、健常者の糞便中の対応値よりも統計学的に有意に高い場合に被験者をステージ0の大腸癌であると判定する工程。 The method for detecting stage 0 colorectal cancer according to any one of claims 1 to 3 , which comprises the following steps (1) to (3).
(1) A step of quantifying a gene or metabolite as an index in the feces of a subject,
(2) A step of comparing the value quantified in step (1) with the corresponding value in the feces of a healthy person,
(3) As a result of comparison in step (2), if the value quantified in step (1) is statistically significantly higher than the corresponding value in the feces of a healthy subject, the subject is stage 0 colorectal cancer . The process of determining.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018018134 | 2018-02-05 | ||
JP2018018134 | 2018-02-05 | ||
PCT/JP2019/003825 WO2019151515A1 (en) | 2018-02-05 | 2019-02-04 | Method for detecting early colon cancer |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2019151515A1 JPWO2019151515A1 (en) | 2021-04-08 |
JP6896258B2 true JP6896258B2 (en) | 2021-06-30 |
Family
ID=67478263
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019569632A Active JP6896258B2 (en) | 2018-02-05 | 2019-02-04 | How to detect early colorectal cancer |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6896258B2 (en) |
WO (1) | WO2019151515A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7362241B2 (en) * | 2018-11-02 | 2023-10-17 | 公益財団法人がん研究会 | How to test for colorectal cancer |
WO2023127875A1 (en) * | 2021-12-30 | 2023-07-06 | 株式会社メタジェン | Prediction method, prediction program, prediction device, and learning model |
LT7135B (en) | 2023-08-31 | 2025-04-10 | Lietuvos sveikatos mokslų universitetas | USE OF 16S RRRNA GENE SEQUENCES OF THE STAPHYLOCOCCACEAE BACTERIAL FAMILY AND STAPHYLOCOCCUS HOMINIS BACTERIAL SPECIES FOR THE DIAGNOSTIC METHOD OF COLORECTAL CANCER FROM PATIENT BLOOD PLASMA |
-
2019
- 2019-02-04 JP JP2019569632A patent/JP6896258B2/en active Active
- 2019-02-04 WO PCT/JP2019/003825 patent/WO2019151515A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2019151515A1 (en) | 2019-08-08 |
JPWO2019151515A1 (en) | 2021-04-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Miller et al. | Inhibition of urinary stone disease by a multi-species bacterial network ensures healthy oxalate homeostasis | |
Borgo et al. | Body mass index and sex affect diverse microbial niches within the gut | |
Yazici et al. | Race-dependent association of sulfidogenic bacteria with colorectal cancer | |
Wu et al. | A cross-sectional study of compositional and functional profiles of gut microbiota in Sardinian centenarians | |
Ke et al. | Age-based dynamic changes of phylogenetic composition and interaction networks of health pig gut microbiome feeding in a uniformed condition | |
Gao et al. | Mucosa-associated microbiota signature in colorectal cancer | |
Spring et al. | Effect of very low-protein diets supplemented with branched-chain amino acids on energy balance, plasma metabolomics and fecal microbiome of pigs | |
Tims et al. | Microbiota conservation and BMI signatures in adult monozygotic twins | |
Preidis et al. | Composition and function of the undernourished neonatal mouse intestinal microbiome | |
Vanhatalo et al. | Network analysis of nitrate-sensitive oral microbiome reveals interactions with cognitive function and cardiovascular health across dietary interventions | |
Docimo et al. | The human microbiota in endocrinology: implications for pathophysiology, treatment, and prognosis in thyroid diseases | |
Fourie et al. | The microbiome of the oral mucosa in irritable bowel syndrome | |
JP6896258B2 (en) | How to detect early colorectal cancer | |
WO2019149247A1 (en) | Biomarker for type 2 diabetes mellitus and use thereof | |
Sugitani et al. | Mucosa-associated gut microbiome in Japanese patients with functional constipation | |
Park et al. | Fecal microbiota changes with fermented kimchi intake regulated either formation or advancement of colon adenoma | |
Carda-Diéguez et al. | The tongue biofilm metatranscriptome identifies metabolic pathways associated with the presence or absence of halitosis | |
Sturque et al. | Interest of studying the saliva metabolome, transcriptome and microbiome in screening for pancreatic cancer | |
Wang et al. | Cigarette smoking status alters dysbiotic gut microbes in hypertensive patients | |
CN115835875A (en) | The use of bacteria in the assessment and treatment of child development | |
Lan et al. | Compositional and functional changes in the salivary microbiota related to oral leukoplakia and oral squamous cell carcinoma: a case control study | |
Han et al. | Fecal microbiota transplantation accelerates restoration of florfenicol-disturbed intestinal microbiota in a fish model | |
De Filippo et al. | Gut microbiota drives colon cancer risk associated with diet: a comparative analysis of meat-based and pesco-vegetarian diets | |
Li et al. | Effects of egg phosvitin on mucosal transcriptional profiles and luminal microbiota composition in murine colon | |
US20150284779A1 (en) | Determination of a tendency to gain weight |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
AA64 | Notification of invalidation of claim of internal priority (with term) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A241764 Effective date: 20201027 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201102 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210122 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20210122 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20210208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210224 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210426 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210430 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210511 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210601 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20210426 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6896258 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |