代谢组学在肝细胞癌标志物研究中的应用 王建钢

王建钢，等．代谢组学在肝细胞癌标志物研究中的应用
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从系统的角 度 来 解 释 生 命 现 象。 因 此，代 谢 组 学 在 恶 性 肿 瘤 早期诊断方面具有巨大的优势，能提供寻找肿瘤早期诊断相关 生物标志物的重要技术平台［１４－１５］，将被广泛应用于一系列肿 瘤的早期诊断。
目前，甲胎蛋白（ＡＦＰ）被认为是 ＨＣＣ的早期诊断强有力 的客观检测指标，但是确诊 ＨＣＣ仅仅依据 ＡＦＰ浓度升高是很 不准确的，因为它也可以发生在活动性肝炎、肝硬化活动灶、睾 丸和卵巢胚胎瘤、胚胎肝、卵黄囊、胚胎胃肠及少数胃癌和胰腺 癌等［１６］。基于 ＨＣＣ的非特异性，从代谢组学角度寻找新的标 志物对 ＨＣＣ诊断尤显重要。
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临床肝胆病杂志第 ３０卷第 ８期 ２０１４年 ８月 ＪＣｌｉｎＨｅｐａｔｏｌ，Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．８，Ａｕｇ．２０１４
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王建钢１，李华成２，费新应２
（１湖北中医药大学，武汉 ４３００６１；２黄石中医医院（传染病医院），湖北 黄石 ４３５０００）
摘要：代谢组学技术作为一种新的组学研究手段，能够揭示肝细胞癌（ＨＣＣ）发生发展过程中的代谢谱差异，成为 ＨＣＣ生物标 志物研究的热点。简述了代谢组学在 ＨＣＣ诊断中的意义，概括了 ＨＣＣ相关的生物标志物的代谢组学研究，这些研究主要以血清、 尿液及肝组织代谢物为对象，通过动物实验和临床研究两个方面进行。指出分析和监视 ＨＣＣ发生发展过程中相应代谢物的变化， 对于患者的个体化治疗具有重要价值。
的系统代谢图谱，从而揭示生物体内源性代谢物质整体功能状 态及其对内因和外因变化应答规律［８－９］，能够更灵敏地鉴定出 基因改变、疾病和环境因素作用所产生的特定代谢型，具有检 测样本容易获取，高通量，检测效率高，能提供机体的整体功能 信息等特点［１０－１１］。代谢组学通过整体的代谢物图直接 认 识 ＨＣＣ患者的生理和生化状态，描绘出 ＨＣＣ发展过程中，所有小 分子代谢产物图谱，揭示 ＨＣＣ代谢谱差异。在 ＨＣＣ标志物研 究中显示出极高的应用价值。 １ 代谢组学在 ＨＣＣ诊断中的意义
关键词：癌，肝细胞；肿瘤标记，生物学；甲胎蛋白类 中图分类号：Ｒ７３５．７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－５２５６（２０１４）０８－０８３６－０３
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｂｉｏｍａｒｋｅｒｓｆｏｒｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒｃａｒｃｉｎｏｍａ ＷＡＮＧＪｉａｎｇａｎｇ，ＬＩＨｕａｃｈｅｎｇ，ＦＥＩＸｉｎｙｉｎｇ．（ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｉｎｅｓｅＭｅｄｉｃｉｎｅ，Ｗｕｈａｎ４３００６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｏｖｅｌｒｅｓｅａｒｃｈｔｏｏｌ，ｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｒｅｖｅａｌｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｍｅｔａｂｏｌｉｃｐｒｏｆｉｌｅｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｏｆｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒｃａｒｃｉｎｏｍａ（ＨＣＣ），ｓｏｉｔｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｏｎＨＣＣｂｉｏｍａｒｋｅｒｓ．Ｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｏｆｍｅｔａｂｏ ｌｏｍｉｃｓｉｎｔｈｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｏｆＨＣＣｉｓｂｒｉｅｆｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｅｔａｂｏｌｏｍｉｃｓｒｅｓｅａｒｃｈａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆＨＣＣｂｉｏｍａｒｋｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｎ ｉｍａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄｃｌｉｎｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｉｎｔｈｅｓｅｒｕｍ，ｕｒｉｎｅ，ａｎｄｌｉｖｅｒｔｉｓｓｕｅ，ｉｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｉｔｉｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｄ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｉｏｎｏｆＨＣＣｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｉｎｄｉｖｉｄｕａｌｉｚｅｄｔｒｅａｔｍｅｎｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｃｉｎｏｍａ，ｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒ；ｔｕｍｏｒｍａｒｋｅｒｓ，ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ；ａｌｐｈａ－ｆｅｔｏｐｒｏｔｅｉｎｓ
人类基因组测 序 的 完 成，使 生 命 科 学 进 入 功 能 基 因 组 时 代 ［６］。基因组学、转 录 组 学 和 蛋 白 质 组 学 技 术 已 成 功 地 应 用 于肿瘤生物学领域，如基因水平和蛋白水平特定类型肿瘤标志 物的鉴定等，但无法完整反应疾病的生化改变带来的代谢物差 异［７］。代谢组学是继基因组学和蛋白质组学后发展起来的一 种新兴研究生物体系的组学方法，它通过采用质谱（ｍａｓｓｓｐｅｃ ｔｒｏｍｅｔｒｙ，ＭＳ）和核磁共振谱（ｎｕｃｌｅａｒｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＮＭＲ） 等多种高通量、高灵敏度、高分辨率的现代仪器分析手段，以各 种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物为研究对象，结合模 式识别等化学信息学技术，在不同时间、多方位定量检测生物 体代谢变化，即生 物 体 液 （包 括 尿 液、血 浆 或 血 清、唾 液、脑 脊 液、精液等）中尽 可 能 多 的 内 源 性 代 谢 物 变 化，绘 制 整 个 机 体
肝细胞癌（ｈｅｐａｔｏｃｅｌｌｕｌａｒｃａｒｃｉｎｏｍａ，ＨＣＣ）目前发病率位居 恶性肿 瘤 第 ５位［１］，病 死 率 位 居 第 ３位［２］，５年 存 活 率 不 足 ７％［３］。ＨＣＣ的早期诊断是提高其总生存期的途径之一，迫切 需要新型策略以发现可用于 ＨＣＣ早期诊断的生物标志物，并 将分子诊断从实验研究转化至临床实践 。 ［４－５］
分析 ＨＣＣ患者与正常人血浆中的代谢物，发现了一种 ＨＣＣ的 特征性标志 物———１－甲 基 腺 苷。应 用 受 试 者 工 作 特 征 曲 线 （ＲＯＣ曲线）分析对比 ＡＦＰ与 １－甲基腺苷在 ＨＣＣ诊断中的 灵敏度和特异度，发现联合检测 ＡＦＰ与 １－甲基腺苷（０．９５） ＞单独检测 １－甲基腺苷（０．９０）＞单独检测 ＡＦＰ（≈０．８０）。 证实代谢物可作为潜在的 ＨＣＣ生物标志物用于其检出和早期 诊断。Ｃｈｅｎ等［２１］从血清代谢物研究中发现一些代谢标志物浓 度变化与 ＨＣＣ及其不同阶段有密切相关性，这些代谢标志物 参与几个关键代谢途径如胆酸、游离脂肪酸、尿素循环和蛋氨 酸代谢。胆酸、甘氨胆酸、脱氧胆酸等浓度改变与 ＨＣＣ密切相 关，有望成为 ＨＣＣ早期诊断的生物标志物。有学者研究发现， ＨＣＣ、肝硬化患者血清中长链酰基肉毒碱、醋酸盐、谷氨酰胺、α －酮戊二酸、甘油、酪氨酸、甲基组氨酸及苯丙氨酸浓度升高， 而游离酰基肉毒碱、中链酰基肉毒碱、短链酰基肉毒碱、极低密 度脂蛋白、低密度脂蛋白、异亮氨酸、乙酰乙酸、肌酸及胆碱浓 度降低［２２－２３］，有希望找到鉴别 ＨＣＣ的相关代谢标志物。 ２．２．２ ＨＣＣ患者尿液代谢物研究 ＨＣＣ患者尿液代谢产物 与正常相比，有 １８种成分存在较大差异，这能够有效地区分 ＨＣＣ患者和健康志愿者，避免临床诊断中出现假阳性结果 ， ［２４］ 例如通过检测肝炎、肝硬化患者尿液中 １５种尿核苷的变化来 筛选 ＨＣＣ患者，其假阳性率明显低于 ＡＦＰ，用代谢组学方法检 测尿核苷小分子化合物诊断 ＨＣＣ优于传统肿瘤标志物 ＡＦＰ 的单项检测［２５］。 ２．２．３ ＨＣＣ患者 肝 组 织 代 谢 物 研 究 尿 液 和 血 液 所 反 映 的 是机体的整体代 谢 情 况，而 不 能 提 供 个 别 组 织 部 位 的 代 谢 信 息，而 尿 液 经 肾 脏 重 吸 收 或 分 泌，也 会 丢 失 或 增 加 部 分 信 息。 为了得到全面而又稳定的机体代谢通路的改变情况，有学者在 ＨＣＣ的特征性代谢研究中发现：在 ＨＣＣ组织中谷氨酰胺、乳酸 盐、甘氨酸、亮氨酸、谷氨酸、丙氨酸和磷酸乙醇胺（ＰＥ）等代谢 产物与邻近正常组织比较明显升高，而甘油三酯、葡萄糖和糖 原明显下降，这表明这些代谢小分子簇有可能成为 ＨＣＣ早期 诊断和预后的生物标志物［２６］。Ｈｕａｎｇ等［２７］通过对肝组织进行 代谢谱分析，了解了 ＨＣＣ的代谢特征，发现甜菜碱和丙酰肉碱 联合对 ＨＣＣ有良好的诊断能力。 ３ 结语与展望
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５２５６．２０１４．０８．０３９ 收稿日期：２０１３－０８－２０；修回日期：２０１３－１２－２１。 基金项目：湖北省自然科学基金项目（２０１１ＣＤＢ１７０） 作者简介：王建钢（１９８７－），男，主要从事中医药防治肝胆疾病研究。 通信作者：费新应，电子信箱：ｆｅｉ１９７０７６５＠１６３．ｃｏｍ。
ＨＣＣ早期症 状 不 明 显，临 床 症 状 明 显 时 大 多 进 入 中 晚 期［１２］。失去了最佳治疗时机，预后极差。因 此，早 期 诊 断 是 ＨＣＣ诊疗工作中须要攻克的关键问题。
目前所采用的肿瘤早期诊断相关生物标志物主要以基因 表达产物、蛋白类为主。由于某个基因或蛋白的缺失会因其他 基因或蛋白的存在而得到补偿，最后反应的净结果为零，而在 这一过程中小分子的产生和代谢能够更准确地反映生物体系 的状态［１３］。肿瘤发生、发展的病理过程中，往往引起小分子代 谢物种类或浓度发生对应的变化，进而造成与正常个体之间代 谢谱的差异。代谢组学跳过生命体内的复杂调控过程，通过对 机体代谢物组的分析给出最终的、整体的结果，反映的是基因、 药物、食物、环境及时间等各种内外因素综合作用于机体后的 总的反应，能描绘出生物体内大量小分子代谢物的代谢轮廓，
肝脏是机体代谢的枢纽，承担了大部分的合成、分解、转化 和排泄等代谢过程，其中某些酶系和功能是肝脏所特有的，所 以机体代谢物浓 度 的 变 化 能 够 灵 敏 地 反 映 肝 脏 生 理、病 理 状 态。任何肝脏疾病都会影响代谢物在相关组织、体液的浓度分 布变化［１７］。因此，从代谢组学的角度寻找 ＨＣＣ早期诊断相关 ，代谢产物必然会发生改变。利用代谢组学技术分析 ＨＣＣ 差异表达的代谢产物，进一步筛选验证，并与其他组学技术联 合应用以明确其相关机制，使其成为应用于临床早期诊断的标 志物，为 ＨＣＣ早期诊断提供客观依据，进行早期干预治疗，进 而提高 ＨＣＣ患者总生存期。 ２ ＨＣＣ相关生物标志物的代谢组学研究