结直肠癌严重威胁人类健康，有效的预防结直肠癌需要鉴定高危的生物标志物。特异的肠道微生物与结肠肿瘤发生分子机制已在动物模型上得到证实。但在人体这种关系要复杂得多，肠道微生物与结直肠癌之间的相关性需从菌群组合或细菌共群的角度出发，而非单一菌种单一疾病的简单模式。
多种微生物个体被报道与结直肠癌的发生有关，其中最常见的是梭杆菌属，但目前相关研究结果不尽相同且并无同一定论。
造成结果多样性的原因一方面是研究方法的差异，主要是因为样本不同（粪便和肠黏膜）、取样时间所处的疾病阶段不同、左半结肠和右半结肠取样位置不同等。另一方面，结直肠癌不同患者个体对肿瘤产生的不同的免疫应答也是造成肠道微生物的异质性主要原因，这一点也是影响结直肠癌患者预后的重要原因。
因结直肠癌相关肠道微生物的异质性存在，所以近期的研究建议筛选可以反应疾病特征的多种肠道菌群联合作为诊断结直肠癌的标志物。为解决结直肠癌相关肠道微生物研究中变量混杂的问题，Toole 教授团队进行了一项前瞻性研究，研究结果发表在 2016 年 4 月的 Gut 杂志上。
研究对象包括 59 名接受手术治疗的结肠癌患者，21 名结肠息肉患者以及 56 名健康人。采用 16S rRNA 扩增子测序的方法检测肠道微生物的构成，宿主在结肠癌演进和免疫应答过程中特征性基因的表达采用实时定量 PCR 的方法检测。
该研究不仅对比了存在肿瘤或完全没有瘤荷状态患者，还对结肠近端肿瘤和远端肿瘤（包括直肠癌）的样本进行了对比，所采用的研究样本均为粪便样本和配对的结肠肠黏膜样本。并对肠道微生物的组成和应答特异性基因的表达情况进行了相关性分析。
结果显示，结直肠癌患者可根据细菌共存网络菌量的差异分为 4 个不同的组别。更重要的是该研究结果定义了一个更为复杂的菌群菌量梯度的概念和菌群群落集合框架，而非相互分离的细菌类型。
结直肠癌患者肠道菌群构成与健康人群差异很大，拟杆菌属、罗斯氏菌、胃球菌属、肠杆菌科菌群菌量显著升高。然而在同一个体的癌组织和非癌组织中并未发现肠道菌群构成上存在明显差异，说明肠道菌群的差异并不仅局限于肿瘤组织，而是全结肠范围的改变，同时肠道微生物的改变并不是继发于肿瘤发生的。
在直肠癌、远端结肠癌和近端结肠癌之间，肠道菌群也存在差异。Alistipes 菌属、Akkermansia 菌属、盐单胞菌属和希瓦氏菌属在直肠癌和远端结肠癌个体中菌量更高，而柔嫩梭菌、Blautia 菌属和梭状芽胞杆菌在近端结肠癌个体中菌量较高。结直肠癌患者粪便中的肠道微生态与肠黏膜的肠道微生态也存在显著差异。所以粪便肠道微生物状态仅能部分反映肠道粘液层中的微生物构成。
细菌共群揭示了结直肠癌相关肠道微生物存在异质性。没有任何一个单一菌种在全部的结直肠癌患者中升高。拟杆菌集合 1 和厚壁菌集合 1 在结直肠癌黏膜中菌量下降，同时拟杆菌集合 2、厚壁菌集合 2、病原菌集合、普氏菌集合在结直肠癌黏膜中菌量上升。肠黏膜特异基因的表达与肠道菌群中的细菌共群相关。
在结直肠癌患者中菌量下降的两个共群拟杆菌集合 1 和厚壁菌集合 1 与肠黏膜中 CXCL1、SERPINE1、IL-17a 和 IL-23 的表达呈负相关。
由此可见，肠道微生物构成的改变可以直接用来为结直肠癌高危人群进行划分。宿主对肿瘤产生免疫炎性应答引起的肠黏膜中基因表达的改变与结直肠癌相关肠道微生物构成是有差异的。但肠道菌群作为预测结直肠癌发生生物标志物的应用价值还需要纵向研究来进一步证实。
