代謝組學(xué)在口腔癌及口腔潛在惡性病損研究中的應(yīng)用

劉 怡，管曉燕， 王 倩， 白國輝 ，肖琳琳 ，彭 睿，劉建國

(1.遵義醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院， 貴州 遵義 563099； 2.貴州省普通高等學(xué)?？谇患膊⊙芯刻厣攸c實驗室·遵義市口腔疾病研究重點實驗室， 貴州 遵義 563099)

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綜 述

代謝組學(xué)在口腔癌及口腔潛在惡性病損研究中的應(yīng)用

劉 怡1，2，管曉燕1,2， 王 倩2， 白國輝1,2，肖琳琳1，彭 睿1，劉建國1,2

(1.遵義醫(yī)學(xué)院附屬口腔醫(yī)院， 貴州 遵義 563099； 2.貴州省普通高等學(xué)?？谇患膊⊙芯刻厣攸c實驗室·遵義市口腔疾病研究重點實驗室， 貴州 遵義 563099)

代謝組學(xué)作為基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的延伸和終端，作為系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，近年來已成為疾病預(yù)防、發(fā)病機(jī)制以及疾病診斷的研究熱點。隨著代謝組學(xué)的發(fā)展，其在口腔癌及口腔潛在惡性病損中的研究可以為實驗室和臨床提供重要參考資料，本文就代謝組學(xué)的理論基礎(chǔ)、檢測方法及分析方法在口腔癌及口腔潛在惡性病損中的研究進(jìn)展做一綜述。

代謝組學(xué)；口腔癌；口腔潛在惡性病損

口腔癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，發(fā)病率占全身惡性腫瘤的第6位，并呈逐年上升趨勢[1]。WHO報道，從診斷口腔鱗狀上皮細(xì)胞癌(Oral Squamous Cell Carcinoma,OSCC)開始，其5年存活率約為55%，而晚期疾病存活率只有30%[2-3]。有報道指出，早期診斷OSCC可以使其5年存活率達(dá)到80%～90%[4]。因此，早期發(fā)現(xiàn)癌及潛在惡性病損，對癌癥的預(yù)防、早期診斷和治療具有重要意義。WHO建議將易于癌變的口腔黏膜病變統(tǒng)稱為潛在惡性病損，用“潛在惡性”取代“癌前”[5]。其病理特征是上皮異常增生，臨床常見有口腔黏膜白斑病(Oral Leukoplakia,OLK)、口腔扁平苔蘚(Oral Lichen Planus,OLP)、口腔黏膜下纖維化(Oral Submucous Fibrosis,OSF)等[1]。

隨著人類基因組計劃的完成，如何解析基因組功能是亟待解決的關(guān)鍵問題，代謝產(chǎn)物作為基因表達(dá)的最終產(chǎn)物，進(jìn)而受到大家的一致關(guān)注。代謝組學(xué)的優(yōu)點在于：易于檢測，數(shù)據(jù)庫小，通用性強(qiáng)，結(jié)果直接，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確[6]?；谝陨蟽?yōu)點,代謝組學(xué)成為目前研究的熱點，被廣泛應(yīng)用于疾病的預(yù)防和診斷以及藥物研發(fā)等領(lǐng)域。本文就代謝組學(xué)在口腔癌及口腔潛在惡性病損中的研究做一綜述。

1 代謝組學(xué)技術(shù)概述

代謝組學(xué)的概念于1999年由Nicholson教授等提出，它是通過對生物體內(nèi)所有代謝物進(jìn)行定性定量分析，繼而尋找其與生理病理變化的關(guān)系。本文將從以下3方面進(jìn)行介紹。

1.1 研究樣本來源 其樣本來源主要是動植物細(xì)胞和組織提取液(血清、血漿、尿液、唾液、腦脊液、羊水等)。樣本采集后用干冰或冰袋低溫保存運輸，繼而置于-80 ℃低溫下保存。

1.2 數(shù)據(jù)采集方式 主要包括核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance Imaging，MRI)、質(zhì)譜(Mass Spectrometer,MS)、色譜(Gas Chromatography,GC;Liquid Chromatograph,LC)以及色譜質(zhì)譜聯(lián)用等技術(shù)，其中色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)包括氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(Gas Chromatography-Mass Spectrometer,GC-MS)和液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(Liquid Chromatograph-Mass Spectrometer,LC-MS)等。MRI具有無創(chuàng)性、無偏性等特點。GC-MS具有高分離率，高靈敏度等特點。

1.3 數(shù)據(jù)解析技術(shù) 通過代謝譜圖結(jié)合模式識別技術(shù)，為疾病找到相關(guān)的生物學(xué)標(biāo)志物。模式識別技術(shù)包括非監(jiān)督的分析方法--主成分分析(Principal Components Analysis,PCA)和有監(jiān)督的分析方法--偏最小二乘法判別分析(Partial Least Squares-Discriiminate Analysis,PLS-DA)，正交偏小二乘法判別分析(Orthogond Paest Squares Discriminate Analysis)。

2 代謝組學(xué)技術(shù)在口腔癌及口腔潛在惡性病損研究中的應(yīng)用

機(jī)體新陳代謝產(chǎn)生的代謝物與機(jī)體生化狀態(tài)息息相關(guān)。當(dāng)機(jī)體發(fā)生病理變化時，其內(nèi)穩(wěn)態(tài)將會被打破繼而引起代謝物濃度的變化。研究發(fā)現(xiàn)，在口腔癌及口腔潛在惡性病損患者的尿液、血液、唾液以及組織中都曾觀察到代謝物濃度的變化，這有助于了解口腔癌及口腔潛在惡性病損的發(fā)病機(jī)制。

2.1 尿液 尿液作為身體循環(huán)里的“清道夫”，與機(jī)體代謝密切相關(guān)。和紅兵等[7]通過對口腔良、惡性腫瘤患者的尿液進(jìn)行研究表明：其中良惡性肺癌患者存在能量、脂類的代謝紊亂，口腔惡性腫瘤患者存在三羧酸循環(huán)、肌醇代謝紊亂，提示代謝組學(xué)技術(shù)能為口腔良、惡性腫瘤的早期診斷和治療提供重要依據(jù)。

2.2 血液 血液中含有各種細(xì)胞代謝產(chǎn)物、激素和酶等成分，有營養(yǎng)、調(diào)節(jié)和防御等功能。血液中不僅儲存著人體遺傳信息，還攜帶著人體代謝信息，也是代謝組學(xué)研究的常用樣本。

OLK是不能以臨床和組織病理學(xué)的方法診斷為其他任何疾病的口腔黏膜上的白色斑塊或斑片。作為最常見的口腔潛在惡性病變，癌變率為1.58%～27.27%。研究表明，OLK高危人群的篩查可早期發(fā)現(xiàn)OSCC[8]。 Ashish Gupta等[9]運用核磁共振氫譜(1H-Nuclear Magnetic Resonance Imaging，1H-MRI)與OPLS-DA結(jié)合的方法將OLK患者、OSCC患者以及健康人群血清中的代謝物進(jìn)行了分析，得到了8種差異性代謝物，其中部分代謝物如谷氨酰胺、丙酸、丙酮和膽堿等能將OLK與其他兩者區(qū)分的準(zhǔn)確率高達(dá)93.5%，而谷氨酰胺、丙酮、乙酸和膽堿能將OLK和OSCC區(qū)分的準(zhǔn)確率達(dá)92.4%，提示代謝組學(xué)技術(shù)能準(zhǔn)確區(qū)分口腔癌及口腔潛在惡性病損，這為口腔癌的早期發(fā)現(xiàn)及診治提供了新方向。

周京琳等[10]的研究表明OSCC患者和正常人群的血漿差異代謝物的位點在糖基化合物信號區(qū)內(nèi)，提示可能與OSCC患者體內(nèi)糖酵解增加，腫瘤細(xì)胞分裂、增殖，蛋白的過糖基化等有關(guān)。提示代謝組學(xué)可作為尋找OSCC生物標(biāo)志物的有效方法。Tiziani S等[11]的研究表明代謝物譜分析可以將OSCC患者與健康人群區(qū)分開，并且還可以區(qū)分OSCC早期和晚期患者。OSCC患者血漿中的氨基酸、脂肪和糖代謝均出現(xiàn)了異常，晚期比早期患者更明顯。提示代謝組學(xué)技術(shù)能區(qū)分出口腔鱗癌及其分期病變。

2.3 唾液 唾液是一種重要的生理性體液，富含血清產(chǎn)物和各種免疫細(xì)胞。由于其具有無創(chuàng)性、簡便性、時效性、普及性、可靠性等優(yōu)勢，目前已被廣泛應(yīng)用[12]。近年來，隨著唾液組學(xué)的發(fā)展，目前已有可能成為血液和尿液替代物的趨勢，并被進(jìn)一步定義為“生物標(biāo)志物的潛在池”[13]。日本慶應(yīng)義熟大學(xué)利用全譜氨基酸代謝組學(xué)技術(shù)對腫瘤病人和健康人唾液中的代謝物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)氨基酸含量有明顯的差異，并且區(qū)分兩者的準(zhǔn)確率高達(dá)80%[14]。

OLP是口腔黏膜慢性非特異性炎癥，癌變率為0%～12.5%[8]。Yan SK等[15]采用LC-MS聯(lián)用技術(shù)對OSCC:OLP和OLK患者以及正常人群的唾液代謝組學(xué)進(jìn)行了研究，表明該方法可以有效區(qū)分OSCC、OLP、OLK 3種疾病，并且方法準(zhǔn)確率達(dá)100%，提示該方法可以用于口腔癌及口腔潛在惡性病損的篩查。關(guān)鍵等[16]利用GC-MS技術(shù)分析了OLP患者與健康人群的唾液樣本，發(fā)現(xiàn)酪氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺、葡萄糖、牛磺酸、膽固醇、半胱氨酸等代謝物在OLP組樣本中的相對濃度明顯降低。提示這7個差異代謝物可能為OLP的生物標(biāo)志物，氨基酸、糖酵解和脂肪酸代謝均出現(xiàn)紊亂，這為OLP的發(fā)病機(jī)制的探索及臨床診斷提供了重要信息。該研究發(fā)現(xiàn)葡萄糖與苯丙氨酸含量降低，這與Yan SK等[15]的研究結(jié)果一致，這便從代謝組學(xué)的角度為OLP的潛在癌變性提供了佐證。

Wei J等[17]的研究表明OSCC患者、OLK患者和健康人的唾液代謝物含量具有顯著性差異。與正常對照組相比，OSCC和OLK組乳酸含量增加，纈氨酸和苯丙氨酸含量減少。提示唾液代謝物檢測可以鑒別OSCC和口腔潛在惡性病損。及昕等[18]利用LC-MS技術(shù)對OSCC患者和健康人的唾液樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)并鑒定到了7個與OSCC相關(guān)的生物標(biāo)志物。結(jié)果顯示，OSCC患者與正常人群相比主要存在著氨基酸、能量以及三羧酸循環(huán)異常。

2.4 其他組織 印度口腔癌發(fā)病率是全球之最，OSF的癌變率為7%～13%[19]。Musharraf 等[20]總共收取了51個樣本的黏膜組織活檢，其中包括15個OSF患者的樣品，21個OSCC患者的樣品，以及15個健康人群對照組的樣品(健康人群取自第三磨牙翻瓣拔牙術(shù)中)。繼而采用GC-MS聯(lián)用技術(shù)對樣本進(jìn)行研究，研究表明代謝組學(xué)技術(shù)可以識別生物標(biāo)志物，能夠顯著區(qū)分口腔癌與正常人群。在這項研究中，口腔癌和潛在惡性病損OSF與對照組相比氨基酸水平降低。提示氨基酸的代謝可以成為早期診斷和治療口腔癌及口腔潛在惡性病損的新方向。

Warburg效應(yīng)指出，絕大部分腫瘤細(xì)胞主要通過糖酵解產(chǎn)生能量[21]。有氧條件下，糖酵解是葡萄糖分解代謝進(jìn)入三羧酸循環(huán)的途徑。三羧酸循環(huán)作為糖類、脂類和氨基酸代謝樞紐，也是它們的最終代謝通路。由此可以看出，腫瘤細(xì)胞通過影響糖酵解進(jìn)一步影響了能量、脂類以及氨基酸的代謝。

3 展望

隨著代謝組學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，因其樣本獲取容易、安全，檢測方便、快速的優(yōu)勢，它在口腔癌及口腔潛在惡性病損研究和應(yīng)用中前景廣闊。伴隨著“精準(zhǔn)醫(yī)療”的推廣，通過代謝組學(xué)技術(shù)對口腔癌及口腔潛在惡性病損進(jìn)行生物標(biāo)志物的識別、分析與應(yīng)用，進(jìn)而精確尋找到口腔癌及口腔潛在惡性病損的發(fā)病機(jī)制以及對其亞型進(jìn)行精確分類，最終實現(xiàn)指導(dǎo)臨床并制定出個性化精準(zhǔn)治療方案，以達(dá)到早期篩查、 預(yù)防、早期診斷和治療的目的，提高疾病預(yù)防與診治的效益。這將促進(jìn)個體化靶向治療以及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

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[收稿2017-03-12;修回2017-05-17]

(編輯：譚秀榮)

Application of metabonomics in the study of oral cancer and oral potentially malignant lesions

LiuYi1，2，GuanXiaoyan1,2，Wangqian2，BaiGuohui1,2，XiaoLinlin1，PengRui1，LiuJianguo2

(1.Department of Stomatological,Affiliated Hospital of Zunyi Medical University,Zunyi Guizhou 563099，China；2.Key Laboratry of Oral Diseases Researd,Higher Eduation Instution of Guizhou Prorince·Key Laboratory of Oral Diseases in Zunyi；Zunyi Guizhou 563099，China)

Metabonomics,which acts as an extension and terminal of genomics and proteomics,is an important part of systems biology.In recent years metabonomics has become a hot spot in prevention,pathogenesis and diagnosis of diseases.With the development of metabonomics,the study of oral cancer and oral potentially malignant lesions can provide important reference for laboratory and clinic.In this article,the theoretical basis of metabonomics,detection methods and analytic methods in the study of oral cancer and oral potentially malignant lesions are reviewed.

metabonomics；oral cancer；oral potentially malignant lesions

貴州省高等學(xué)校特色重點實驗室建設(shè)項目(黔教合KY〔2013〕109);省市科藥合作項目(省市科〔2014〕41)；遵義市科藥局項目(遵市科合〔2016〕18)。

管曉燕，女，副主任醫(yī)師，研究方向：口腔生物學(xué)研究，E-mail:1278279125@qq.com。

R473.78

A

1000-2715(2017)03-0339-03