Objective Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD)-associated hepatocellular carcinoma (HCC) is an increasing healthcare burden worldwide. We examined the role of dietary cholesterol in driving NAFLD–HCC through modulating gut microbiota and its metabolites. Design High-fat/high-cholesterol (HFHC), high-fat/low-cholesterol or normal chow diet was fed to C57BL/6 male littermates for 14 months. Cholesterol-lowering drug atorvastatin was administered to HFHC-fed mice. Germ-free mice were transplanted with stools from mice fed different diets to determine the direct role of cholesterol modulated-microbiota in NAFLD–HCC. Gut microbiota was analysed by 16S rRNA sequencing and serum metabolites by liquid chromatography–mass spectrometry (LC–MS) metabolomic analysis. Faecal microbial compositions were examined in 59 hypercholesterolemia patients and 39 healthy controls. Results High dietary cholesterol led to the sequential progression of steatosis, steatohepatitis, fibrosis and eventually HCC in mice, concomitant with insulin resistance. Cholesterol-induced NAFLD–HCC formation was associated with gut microbiota dysbiosis. The microbiota composition clustered distinctly along stages of steatosis, steatohepatitis and HCC. Mucispirillum, Desulfovibrio, Anaerotruncus and Desulfovibrionaceae increased sequentially; while Bifidobacterium and Bacteroides were depleted in HFHC-fed mice, which was corroborated in human hypercholesteremia patients. Dietary cholesterol induced gut bacterial metabolites alteration including increased taurocholic acid and decreased 3-indolepropionic acid. Germ-free mice gavaged with stools from mice fed HFHC manifested hepatic lipid accumulation, inflammation and cell proliferation. Moreover, atorvastatin restored cholesterol-induced gut microbiota dysbiosis and completely prevented NAFLD–HCC development. Conclusions Dietary cholesterol drives NAFLD–HCC formation by inducing alteration of gut microbiota and metabolites in mice. Cholesterol inhibitory therapy and gut microbiota manipulation may be effective strategies for NAFLD–HCC prevention.

Objectives We aimed to characterise the microbial changes associated with histological stages of gastric tumourigenesis. Design We performed 16S rRNA gene analysis of gastric mucosal samples from 81 cases including superficial gastritis (SG), atrophic gastritis (AG), intestinal metaplasia (IM) and gastric cancer (GC) from Xi’an, China, to determine mucosal microbiome dysbiosis across stages of GC. We validated the results in mucosal samples of 126 cases from Inner Mongolia, China. Results We observed significant mucosa microbial dysbiosis in IM and GC subjects, with significant enrichment of 21 and depletion of 10 bacterial taxa in GC compared with SG (q<0.05). Microbial network analysis showed increasing correlation strengths among them with disease progression (p<0.001). Five GC-enriched bacterial taxa whose species identifications correspond to Peptostreptococcus stomatis , Streptococcus anginosus , Parvimonas micra , Slackia exigua and Dialister pneumosintes had significant centralities in the GC ecological network (p<0.05) and classified GC from SG with an area under the receiver-operating curve (AUC) of 0.82. Moreover, stronger interactions among gastric microbes were observed in Helicobacter pylori -negative samples compared with H. pylori -positive samples in SG and IM. The fold changes of selected bacteria, and strengths of their interactions were successfully validated in the Inner Mongolian cohort, in which the five bacterial markers distinguished GC from SG with an AUC of 0.81. Conclusions In addition to microbial compositional changes, we identified differences in bacterial interactions across stages of gastric carcinogenesis. The significant enrichments and network centralities suggest potentially important roles of P. stomatis , D. pneumosintes , S. exigua , P. micra and S. anginosus in GC progression.

Alterations of gut microbiota are associated with colorectal cancer (CRC) in different populations and several bacterial species were found to contribute to the tumorigenesis. The potential use of gut microbes as markers for early diagnosis has also been reported. However, cohort specific noises may distort the structure of microbial dysbiosis in CRC and lead to inconsistent results among studies. In this regard, our study targeted at exploring changes in gut microbiota that are universal across populations at species level. Based on the combined analysis of 526 metagenomic samples from Chinese, Austrian, American, and German and French cohorts, seven CRC-enriched bacteria (Bacteroides fragilis, Fusobacterium nucleatum, Porphyromonas asaccharolytica, Parvimonas micra, Prevotella intermedia, Alistipes finegoldii, and Thermanaerovibrio acidaminovorans) have been identified across populations. The seven enriched bacterial markers classified cases from controls with an area under the receiver-operating characteristics curve (AUC) of 0.80 across the different populations. Abundance correlation analysis demonstrated that CRC-enriched and CRC-depleted bacteria respectively formed their own mutualistic networks, in which the latter was disjointed in CRC. The CRC-enriched bacteria have been found to be correlated with lipopolysaccharide and energy biosynthetic pathways. Our study identified potential diagnostic bacterial markers that are robust across populations, indicating their potential universal use for non-invasive CRC diagnosis. We also elucidated the ecological networks and functional capacities of CRC-associated microbiota.

Objectives Bacteriome and virome alterations are associated with colorectal cancer (CRC). Nevertheless, the gut fungal microbiota in CRC remains largely unexplored. We aimed to characterise enteric mycobiome in CRC. Design Faecal shotgun metagenomic sequences of 184 patients with CRC, 197 patients with adenoma and 204 control subjects from Hong Kong were analysed (discovery cohort: 73 patients with CRC and 92 control subjects; validation cohort: 111 patients with CRC, 197 patients with adenoma and 112 controls from Hong Kong). CRC-associated fungal markers and ecological changes were also validated in additional independent cohorts of 90 patients with CRC, 42 patients with adenoma and 66 control subjects of published repository sequences from Germany and France. Assignment of taxonomies was performed by exact k-mer alignment against an integrated microbial reference genome database. Results Principal component analysis revealed separate clusters for CRC and control (p<0.0001), with distinct mycobiomes in early-stage and late-stage CRC (p=0.0048). Basidiomycota:Ascomycota ratio was higher in CRC (p=0.0042), with increase in Malasseziomycetes (p<0.0001) and decrease in Saccharomycetes (p<0.0001) and Pneumocystidomycetes (p=0.0017). Abundances of 14 fungal biomarkers distinguished CRC from controls with an area under the receiver-operating characteristic curve (AUC) of 0.93 and validated AUCs of 0.82 and 0.74 in independent Chinese cohort V1 and European cohort V2, respectively. Further ecological analysis revealed higher numbers of co-occurring fungal intrakingdom and co-exclusive bacterial–fungal correlations in CRC (p<0.0001). Moreover, co-occurrence interactions between fungi and bacteria, mostly contributed by fungal Ascomycota and bacterial Proteobacteria in control, were reverted to co-exclusive interplay in CRC (p=0.00045). Conclusions This study revealed CRC-associated mycobiome dysbiosis characterised by altered fungal composition and ecology, signifying that the gut mycobiome might play a role in CRC.

Emerging evidence implicates a role of the gut microbiota in colorectal cancer (CRC). Peptostreptococcus anaerobius (P. anaerobius) is an anaerobic bacterium selectively enriched in the faecal and mucosal microbiota from patients with CRC, but its causative role and molecular mechanism in promoting tumorigenesis remain unestablished. We demonstrate that P. anaerobius adheres to the CRC mucosa and accelerates CRC development in ApcMin/+ mice. In vitro assays and transmission electron microscopy revealed that P. anaerobius selectively adheres to CRC cell lines (HT-29 and Caco-2) compared to normal colonic epithelial cells (NCM460). We identified a P. anaerobius surface protein, putative cell wall binding repeat 2 (PCWBR2), which directly interacts with colonic cell lines via α2/β1 integrin, a receptor frequently overexpressed in human CRC tumours and cell lines. Interaction between PCWBR2 and integrin α2/β1 induces the activation of the PI3K-Akt pathway in CRC cells via phospho-focal adhesion kinase, leading to increased cell proliferation and nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells (NF-κB) activation. NF-κB in turn triggers a pro-inflammatory response as indicated by increased levels of cytokines, such as interleukin-10 and interferon-γ in the tumours of P. anaerobius-treated ApcMin/+ mice. Analyses of tumour-infiltrating immune cell populations in P. anaerobius-treated ApcMin/+ mice revealed significant expansion of myeloid-derived suppressor cells, tumour-associated macrophages and granulocytic tumour-associated neutrophils, which are associated with chronic inflammation and tumour progression. Blockade of integrin α2/β1 by RGDS peptide, small interfering RNA or antibodies all impair P. anaerobius attachment and abolish P. anaerobius-mediated oncogenic response in vitro and in vivo. Collectively, we show that P. anaerobius drives CRC via a PCWBR2-integrin α2/β1-PI3K-Akt-NF-κB signalling axis and identify the PCWBR2-integrin α2/β1 axis as a potential therapeutic target for CRC.

Background & AimsPatients with colorectal cancer (CRC) have a different gut microbiome signature than individuals without CRC. Little is known about the viral component of CRC-associated microbiome. We aimed to identify and validate viral taxonomic markers of CRC that might be used in detection of the disease or predicting outcome.MethodsWe performed shotgun metagenomic analyses of viromes of fecal samples from 74 patients with CRC (cases) and 92 individuals without CRC (controls) in Hong Kong (discovery cohort). Viral sequences were classified by taxonomic alignment against an integrated microbial reference genome database. Viral markers associated with CRC were validated using fecal samples from 3 separate cohorts: 111 patients with CRC and 112 controls in Hong Kong, 46 patients with CRC and 63 controls in Austria, and 91 patients with CRC and 66 controls in France and Germany. Using abundance profiles of CRC-associated virome genera, we constructed random survival forest models to identify those associated with patient survival times.ResultsThe diversity of the gut bacteriophage community was significantly increased in patients with CRC compared with controls. Twenty-two viral taxa discriminated cases from controls with an area under the receiver operating characteristic curve of 0.802 in the discovery cohort. The viral markers were validated in 3 cohorts, with area under the receiver operating characteristic curves of 0.763, 0.736, and 0.715, respectively. Clinical subgroup analysis showed that dysbiosis of the gut virome was associated with early- and late-stage CRC. A combination of 4 taxonomic markers associated with reduced survival of patients with CRC (log-rank test, P = 8.1 × 10–6) independently of tumor stage, lymph node metastases, or clinical parameters. We found altered interactions between bacteriophages and oral bacterial commensals in fecal samples from patients with CRC compared with controls.ConclusionsIn a metagenomic analysis of fecal samples from patients and controls, we identified virome signatures associated with CRC. These data might be used to develop tools to identify individuals with CRC or predict outcomes. Patients with colorectal cancer (CRC) have a different gut microbiome signature than individuals without CRC. Little is known about the viral component of CRC-associated microbiome. We aimed to identify and validate viral taxonomic markers of CRC that might be used in detection of the disease or predicting outcome. We performed shotgun metagenomic analyses of viromes of fecal samples from 74 patients with CRC (cases) and 92 individuals without CRC (controls) in Hong Kong (discovery cohort). Viral sequences were classified by taxonomic alignment against an integrated microbial reference genome database. Viral markers associated with CRC were validated using fecal samples from 3 separate cohorts: 111 patients with CRC and 112 controls in Hong Kong, 46 patients with CRC and 63 controls in Austria, and 91 patients with CRC and 66 controls in France and Germany. Using abundance profiles of CRC-associated virome genera, we constructed random survival forest models to identify those associated with patient survival times. The diversity of the gut bacteriophage community was significantly increased in patients with CRC compared with controls. Twenty-two viral taxa discriminated cases from controls with an area under the receiver operating characteristic curve of 0.802 in the discovery cohort. The viral markers were validated in 3 cohorts, with area under the receiver operating characteristic curves of 0.763, 0.736, and 0.715, respectively. Clinical subgroup analysis showed that dysbiosis of the gut virome was associated with early- and late-stage CRC. A combination of 4 taxonomic markers associated with reduced survival of patients with CRC (log-rank test, P = 8.1 × 10–6) independently of tumor stage, lymph node metastases, or clinical parameters. We found altered interactions between bacteriophages and oral bacterial commensals in fecal samples from patients with CRC compared with controls. In a metagenomic analysis of fecal samples from patients and controls, we identified virome signatures associated with CRC. These data might be used to develop tools to identify individuals with CRC or predict outcomes.

Helicobacter pylori is associated with gastric inflammation, precancerous gastric atrophy (GA) and intestinal metaplasia (IM). We aimed to identify microbes that are associated with progressive inflammation, GA and IM 1 year after H. pylori eradication.A total of 587 H. pylori-positive patients were randomised to receive H. pylori eradication therapy (295 patients) or placebo (292 patients). Bacterial taxonomy was analysed on 404 gastric biopsy samples comprising 102 pairs before and after 1 year H. pylori eradication and 100 pairs before and after 1 year placebo by 16S rRNA sequencing.Analysis of microbial sequences confirmed the eradication of H. pylori in treated group after 1 year. Principal component analysis revealed distinct microbial clusters reflected by increase in bacterial diversity (p<0.00001) after H. pylori eradication. While microbial interactions remained largely unchanged after placebo treatment, microbial co-occurrence was less in treated group. Acinetobacter lwoffii, Streptococcus anginosus and Ralstonia were enriched while Roseburia and Sphingomonas were depleted in patients with persistent inflammation 1 year after H. pylori eradication. A distinct cluster of oral bacteria comprising Peptostreptococcus, Streptococcus, Parvimonas, Prevotella, Rothia and Granulicatella were associated with emergence and persistence of GA and IM. Probiotic Faecalibacterium praustznii was depleted in subjects who developed GA following H. pylori eradication. Functional pathways including amino acid metabolism and inositol phosphate metabolism were enriched while folate biosynthesis and NOD-like receptor signalling decreased in atrophy/IM-associated gastric microbiota.This study identified that gastric microbes contribute to the progression of gastric carcinogenesis after H. pylori eradication.