代謝組學(xué)在婦科惡性腫瘤診療中的應(yīng)用

姚婷，侯海燕，陳亞瓊

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代謝組學(xué)在婦科惡性腫瘤診療中的應(yīng)用

姚婷，侯海燕，陳亞瓊△

【摘要】代謝組學(xué)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的，以對某一生物或細(xì)胞所有低分子質(zhì)量代謝產(chǎn)物進行定性和定量分析的一門新興學(xué)科，代謝組的變化直接反映特定時間、特定環(huán)境下生物體的生理狀態(tài)及病理變化。卵巢癌、宮頸癌、子宮內(nèi)膜癌作為婦科三大惡性腫瘤，具有死亡率高、復(fù)發(fā)率高、生存率低、病程長等特點，三大惡性腫瘤在疾病早期、疾病不同臨床分期產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物有所不同，采用代謝組學(xué)方法對其進行分析有利于深入了解惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程，有利于疾病的早期診斷，對治療期間產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物進行分析，有利于指導(dǎo)惡性腫瘤的個體化治療等，同時將代謝組學(xué)應(yīng)用于藥物療效評價，有助于發(fā)現(xiàn)新型抗腫瘤藥物。

【關(guān)鍵詞】代謝；生殖器腫瘤，女（雌）性；早期診斷；治療

作者單位：300162天津，武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科（姚婷，侯海燕，陳亞瓊）；天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院（姚婷）

△審校者

（J Int Obstet Gynecol，2016,43：55-57，79）

代謝組學(xué)（metabonomics）作為繼基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)之后新興的一門學(xué)科，以相關(guān)代謝產(chǎn)物作為標(biāo)本，利用各種光譜、電化學(xué)技術(shù)等及數(shù)據(jù)分析技術(shù)對標(biāo)本進行檢測分析，在發(fā)現(xiàn)生物標(biāo)記物[1]、疾病的早期診斷[2]及藥效的評價[3]等方面都發(fā)揮著重要作用，現(xiàn)已應(yīng)用到惡性腫瘤[4]、心臟病[5]、糖尿病[6]等重大疾病研究中。婦科惡性腫瘤嚴(yán)重影響婦女的身體健康、生育能力及其壽命，除宮頸癌外，目前仍缺乏特異的早期篩查方法及腫瘤標(biāo)記物，治療也缺乏個體化，將代謝組學(xué)應(yīng)用到婦科惡性腫瘤中，有助于早期診斷、個體化治療相關(guān)腫瘤，代謝組學(xué)有望成為提高婦科惡性腫瘤總生存率的新策略。現(xiàn)介紹代謝組學(xué)的研究現(xiàn)況，并著重論述代謝組學(xué)在婦科惡性腫瘤中的應(yīng)用。

1　代謝組學(xué)的概況

代謝組學(xué)概念由Nicholson等[7]于1999年正式提出，與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)共同組成系統(tǒng)生物學(xué)。其研究以血清、尿液、腹水、膽汁、唾液、前列腺分泌物[8]及固體形態(tài)的組織器官[9]為主要標(biāo)本，通過磁共振波譜法（nuclear magnetic resonance，NMR）、質(zhì)譜（mass spectrometry，MS）、色譜（chromatography）、質(zhì)譜色譜聯(lián)用技術(shù)[10]、各種光譜技術(shù)及電化學(xué)技術(shù)等先進技術(shù)定性定量檢測生物標(biāo)本，而檢測得到的數(shù)據(jù)需通過非監(jiān)督性模式識別和監(jiān)督性模式識別對標(biāo)本的成分進行鑒別和推理[11]，通過數(shù)據(jù)庫檢索進行代謝產(chǎn)物的對比，找到可能的生物標(biāo)記物，而這些生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)有助于疾病的早期診斷和治療。

2　代謝組學(xué)在婦科惡性腫瘤中的應(yīng)用

2.1卵巢癌70%的卵巢癌患者發(fā)現(xiàn)后已屬晚期[12]，近30年卵巢癌5年生存率一直維持在30%～40%之間[13]，早期診斷、治療卵巢癌可使5年生存率達(dá)90%[14]，尋找潛在的生物標(biāo)記可作為早期診斷無癥狀卵巢癌的研究方向，而代謝組學(xué)則為尋找潛在的生物標(biāo)記提供了技術(shù)平臺。

利用代謝組學(xué)方法尋找卵巢癌患者的差異代謝物，而這些差異代謝物有望成為卵巢癌早期診斷的方法之一。收集9例卵巢癌患者和22例正常對照者的尿液標(biāo)本[15]，并采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）聯(lián)合偏最小二乘法判別分析法對代謝物進行檢測，發(fā)現(xiàn)潛在的生物標(biāo)記物有1-甲基腺苷（1-methyladenosine）、3-甲基尿嘧啶核苷（3-methyluridine）、4-雄甾烯-3，17-二酮（4-androstene-3，17-dione）。用LC-MS法對28例卵巢良性腫瘤患者、29例卵巢上皮細(xì)胞癌患者和27例正常女性的血清進行代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)代謝物CPG（27-nor-5β-cholestane-3，7，12，24，25 pentol glucuronide）與卵巢良性組織相比含量明顯增高[16]，且不受患者非卵巢疾病、婦科炎癥、絕經(jīng)狀態(tài)等的干擾，可與糖類抗原125（CA125）聯(lián)合使用，用于卵巢癌的早期診斷。用高效液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜（HPLCMS/MS）法發(fā)現(xiàn)溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA）在卵巢癌患者血清中存在代謝異常[17]，且早期卵巢癌及不同程度卵巢癌中LPA代謝水平亦不同，可作為卵巢癌潛在的生物標(biāo)記物。

代謝組學(xué)通過對藥物代謝動力學(xué)及藥物所引起的內(nèi)源性代謝物變化方面的研究，可整體上認(rèn)識機體代謝譜的變化，使得針對腫瘤異質(zhì)性和患者個體差異的個體化治療成為可能，同時指導(dǎo)抗腫瘤藥物的用量以及評價治療效果和安全性。采用高效液相色譜-質(zhì)譜（HPLC-MS）法對15例正常人和56例處于不同臨床階段的原發(fā)性上皮性卵巢癌患者的尿液進行代謝物檢測，采用主成分分析和偏最小二乘法判別分析對數(shù)據(jù)進行多元統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)正常人與不同臨床階段卵巢癌患者尿中代謝物有差別[18]，推測這些差異代謝物有助于判斷卵巢癌臨床分期，可據(jù)此指導(dǎo)不同臨床分期卵巢癌的治療，評價治療效果及安全性，但仍需設(shè)計相關(guān)臨床試驗研究進行證實。

代謝組學(xué)還可用于尋找卵巢癌多藥耐藥的相關(guān)診斷標(biāo)記物，探索多藥耐藥的發(fā)病機制，進而找到逆轉(zhuǎn)耐藥治療的靶點。有研究收集臨床上卵巢上皮性癌鉑類耐藥患者、非耐藥患者、卵巢良性囊腫及正常健康者血清各10例，利用代謝組學(xué)共檢測到25 800個代謝化合物，使用主成分分析對數(shù)據(jù)降維并結(jié)合臨床得到6個對上皮性卵巢癌多藥耐藥意義重大的差異代謝物[19]，該6個差異代謝物可能參與上皮性卵巢癌多藥耐藥的生物過程，有望成為上皮性卵巢癌多藥耐藥潛在的診斷標(biāo)記物及逆轉(zhuǎn)耐藥治療藥物的作用靶點。

2.2宮頸癌宮頸癌發(fā)病率僅次于乳腺癌，隨著宮頸癌篩查工作的開展，其發(fā)病率普遍有所下降，但是衛(wèi)生條件差和經(jīng)濟落后地區(qū)宮頸癌發(fā)病率仍很高，且發(fā)病趨于年輕化[20]。宮頸上皮內(nèi)瘤樣變（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）是與子宮頸浸潤癌密切相關(guān)的一組宮頸病變，及時診斷和正確處理CIN可降低宮頸癌的發(fā)病率和死亡率，目前臨床上主要用組織病理學(xué)和細(xì)胞病理學(xué)診斷CIN，但組織病理學(xué)創(chuàng)傷大，細(xì)胞病理學(xué)假陰性率、假陽性率均高。Sitter 等[21]采用高分辨魔角旋轉(zhuǎn)聯(lián)合主成分分析技術(shù)對8例宮頸癌患者的腫瘤組織進行了研究，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中膽堿及氨基酸碎片的含量較高，而糖類的含量偏低。另有研究通過NMR聯(lián)合正交偏最小二乘法判別分析法對36例CIN患者及36名健康人血漿進行代謝組學(xué)分析，結(jié)果與液基薄層細(xì)胞學(xué)（TCT）檢測結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)其診斷敏感度為91.7%，假陽性率為8.3%，優(yōu)于TCT檢測[22]，該技術(shù)有望成為早期診斷CIN的新手段。

宮頸癌的治療以手術(shù)為主，輔助治療主要有新輔助化療、同步放化療、調(diào)強放療等[23]，新輔助化療是目前腫瘤治療的研究熱點，可使腫瘤體積縮小，使患者獲得手術(shù)機會，增加放療敏感性，而腫瘤細(xì)胞對化療藥物敏感性不一，因此有研究收集了對新輔助化療敏感、部分敏感、完全不敏感共38例宮頸癌患者的血漿，通過LC-MS及多變量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，左旋纈氨酸和左旋色氨酸可作為預(yù)測宮頸癌患者對新輔助化療敏感性的潛在標(biāo)記物，該研究發(fā)現(xiàn)對某些化療藥物不敏感的腫瘤患者應(yīng)及時改變治療方案，避免病情進一步發(fā)展，實現(xiàn)腫瘤患者的個體化治療[24]。

代謝組學(xué)還可用于宮頸癌治療的藥效評價，雷公藤是我國資源豐富的一種傳統(tǒng)中草藥，而雷公藤內(nèi)酯醇是最具代表的活性成分之一，可抑制前列腺癌細(xì)胞的擴散[25]，具有良好的抗腫瘤活性，也有研究將雷公藤作用于離體宮頸癌細(xì)胞，并采用代謝組學(xué)方法對其進行藥效評價，Hu等[26]以雷公藤作用后離體宮頸癌細(xì)胞為實驗組，順鉑、鹽酸阿霉素、紫杉醇作用后離體宮頸癌細(xì)胞為對照組，收集其細(xì)胞代謝物，采用離子阱氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用法進行代謝物檢測，研究證實雷公藤具有抑制宮頸癌細(xì)胞增殖并促進其凋亡的作用，但其抗癌機制有待進一步研究。

2.3子宮內(nèi)膜癌子宮內(nèi)膜癌目前主要的輔助檢查有超聲、電子計算機斷層掃描、磁共振成像、宮腔鏡檢查、分段診刮、子宮內(nèi)膜活檢術(shù)、子宮內(nèi)膜細(xì)胞學(xué)檢查以及CA125、癌胚抗原、血清人附睪蛋白4等腫瘤標(biāo)記物檢測[27]，根據(jù)各檢查方法的優(yōu)缺點多聯(lián)合應(yīng)用診斷子宮內(nèi)膜癌。代謝組學(xué)也應(yīng)用于子宮內(nèi)膜癌的研究，采用高分辨魔角旋轉(zhuǎn)1H核磁共振以及偏最小二乘法對暴露于不同濃度他莫昔芬的離體子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞進行代謝分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乙醇胺、葡萄糖、谷氨酸、酪氨酸、尿苷、腺苷、肌醇為差異代謝物，尿苷和腺苷的變化提示他莫昔芬可能影響子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的RNA轉(zhuǎn)錄，而乙醇胺和肌醇與癌細(xì)胞膜有關(guān)，其他代謝物與癌細(xì)胞代謝有關(guān)[28]。2-脫氧-D-葡萄糖（2-Deoxy-D-Glucose，2DG）通過2-脫氧-D-葡萄糖-6-磷酸（2-Deoxy-D-Glucose-6-Phosphate，2DG6P）的積累阻斷了糖酵解途徑，干擾腫瘤細(xì)胞代謝，使腫瘤細(xì)胞發(fā)生凋亡，因而被認(rèn)為是抗腫瘤的潛在藥物，Urakami等[29]采用毛細(xì)管電泳飛行時間質(zhì)譜法評估2DG在子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的代謝變化，發(fā)現(xiàn)除了2DG6P，還存在其他2DG衍生物脫氧后的代謝產(chǎn)物，說明2DG不僅可用于子宮內(nèi)膜癌治療，還影響腫瘤細(xì)胞的許多其他生物過程。

3　展望

代謝組學(xué)與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)相比，最大的特點在于代謝組學(xué)以整體的、動態(tài)的觀點闡述生命現(xiàn)象[30]，在惡性腫瘤中的應(yīng)用主要包括早期診斷、指導(dǎo)個體化的治療等，而多代謝水平相結(jié)合的代謝組學(xué)研究配合分子生物學(xué)的技術(shù)手段，可展現(xiàn)整體代謝通路以及特定代謝途徑間的相互補充，進而深入研究腫瘤發(fā)生、發(fā)展機制，以期從不同的代謝水平、不同代謝途徑阻斷腫瘤的發(fā)展，徹底治愈腫瘤。

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[本文編輯秦娟]

Application of Metabonomics in the Diagnosis and Treatment of Gynecologic Malignant Tumor

YAO Ting，HOU Hai-yan，CHEN Ya-qiong.Department of Obstetric and Gynecology，Affiliated Hospital of the Chinese People′s Armed Police Force Logistics College，Tianjin 300162，China（YAO Ting，HOU Hai-yan，CHEN Ya-qiong）；Graduate School，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China（YAO Ting）
Corresponding author：CHEN Ya-qiong，E-mail：chenyq82@hotmail.com

【Abstract】Metabonomics is a new scientific discipline developing in the 1990s,qualitative and quantitative analysis are carried out to analyze all the low molecular weight metabolites in an organism or cell,metabonome changes can reflect the patho-physiologic changes of an organism under a certain time and a certain condition.Ovarian cancer，cervical cancer and endometrial cancer are three major gynecologic malignant tumor，they have high mortality rate，high recurrence rate，low survival rate，long course and so on，their metabolites are different in the early stage and different clinical stages of disease,detected by the metabonomics method is conducive to deeply realize the occurrence and development of malignant tumor，early diagnosis of the disease,analyzing the metabolites produced during treatment is helpful for individual treatment of tumor，metabonomics can also be used in drug efficacy evaluation,which is benefit for discovering new antitumor drugs.

【Keywords】Metabolism；Genital neoplasms，female；Early diagnosis；Therapy

通信作者：陳亞瓊，E-mail：chenyq82@hotmail.com

收稿日期：（2015-07-02）