结直肠癌（CRC）是全球最常见的恶性肿瘤之一，其发生发展受到多种因素的影响。近年来，肠道微生物群、代谢物及金属离子在其中的关键作用日益受到关注。然而，肠道微生态系统内部存在复杂的交互作用，传统分析方法往往难以解析其间的因果关系。结构方程模型作为一种可量化表征、估计并展示变量间关系网络的统计方法，为系统阐明这一复杂网络中的因果机制提供了有力工具。

湖州大学附属中心医院的Shuwen Han/Jing Zhuang教授团队在本刊发表了题为“Gutmicrobiome-metabolome-ionome network spectrum mapping of colorectal cancer”的研究快讯。该研究通过整合多组学技术与结构方程模型，首次系统性地绘制并对比了健康人群与CRC患者肠道微生物、代谢物及离子三者之间的因果互作网络谱系。

1.研究方法

研究团队收集了152份粪便样本（来自83名健康志愿者和69名CRC患者），开展肠道宏基因组、代谢组及离子组（金属离子）的多组学分析。通过生物信息学方法筛选出关键特征。研究核心基于Python平台构建结构方程模型，分别以关键菌种为中心节点，系统解析了健康组与CRC组中微生物、代谢物、离子以及细菌功能之间的复杂因果关系网络。

2.研究结果

研究团队共鉴定出29个关键特征，其在健康组与CRC组中均呈现出一致的跨组学相关性趋势（图1C、D）。尽管细菌CAG-180 sp000432435和大肠杆菌E. coli_D在CRC患者中的相对丰度有所下降，但与健康组之间并无统计学显著差异（图1E、F）。

图1多组学数据概述以及健康组与CRC组在归因分析中的异同

在健康组模型中，以CAG-180 sp000432435为核心时，该菌对病毒和代谢物表现出较强的负向作用，但对细菌功能富集呈现正向影响；以大肠杆菌E. coli_D为核心时，其对病毒和离子组具有中等程度的正向效应，对代谢物则为轻微负向效应；而以Prevotella sp900557255为核心时，该菌显著正向调控代谢物，对病毒及细菌功能富集则呈中等负向影响。在CRC组模型中，CAG-180 sp000432435对代谢物和细菌功能富集分别呈现轻微与中等程度的负向调控；大肠杆菌E. coli_D对病毒表现出强烈的负向作用，对代谢物与细菌功能富集则为轻度负向影响；新纳入的Megamonas funiformis则对代谢物和病毒分别表现出轻微与中等的负向作用。

进一步比较发现，CAG-180 sp000432435与E. coli_D在两组中均与某些相同的细菌功能（如烯二炔抗生素生物合成、糠醛降解）及病毒（Peduovirus）特征相关联（图1E、F），但其具体相关的病毒与代谢物特征在两组间存在差异。尤为重要的是，研究揭示了相同因素在健康状态与CRC状态下呈现出截然相反的调控方向：例如CAG-180 sp000432435在健康个体中对烯二炔抗生素生物合成具有正向作用，在CRC患者中则转为负向；E. coli_D对糠醛降解的作用也从健康状态下的“促进”转变为CRC状态下的“抑制”。这表明CRC显著改变了肠道微环境，进而重塑了不同微生物的生态位及其相互作用模式。

3.研究结论

本研究首次整合多组学大数据与结构方程模型，成功绘制了CRC相关的肠道微生物-代谢物-离子组相互作用网络谱系。研究发现，在CRC患者与健康个体之间，关键肠道细菌与病毒、功能、离子及代谢物之间的因果网络存在显著差异，部分相互作用方向甚至发生逆转。这一成果为从系统层面深入理解CRC发生发展的微生态机制提供了全新视角，也为未来开发基于微生物群落的精准诊断与干预策略奠定了重要的理论基础。