脂質(zhì)組學(xué)在結(jié)直腸癌研究中的應(yīng)用

佟廣海 田 洋 吳華星

脂類化合物在生命體中起著關(guān)鍵的作用，如細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，能量的貯存、信息識(shí)別與傳遞等都有脂類化合物的參與[1]。根據(jù)2003年脂質(zhì)組學(xué)(Lipidomics)的概念可知，目前脂質(zhì)物質(zhì)大致分為脂肪酸類(Fatty acids)、甘油脂類(Glycerolipids)、甘油磷脂類(Gycerophospholipids)、鞘脂類(Sphingolipids)、固醇脂類(Sterol lipids)、孕烯醇酮脂類(Prenol lipids)、糖脂類(Saccharolipids)、多聚乙烯類(Polyketides)八大類[2]。近年來(lái)，脂質(zhì)組學(xué)在臨床疾病研究方面取得很多進(jìn)展，如肝癌[3]、乳腺癌[4]、前列腺癌[5]、結(jié)直腸癌(Colorectal cancer，CRC)[6-7]等，脂質(zhì)代謝在諸多癌癥發(fā)病早期也起著重要作用。目前結(jié)腸鏡是CRC主要的檢查手段，但患者對(duì)腸道準(zhǔn)備的耐受程度不同，同時(shí)也影響了鏡下的檢查效果，雖然近些年的研究報(bào)道了一些分子生物標(biāo)志物(CEA、CA-199等)可以早期檢測(cè)到CRC及其進(jìn)展，但在CRC的篩查、預(yù)防和治療上仍有很大不足，大部分患者直到癥狀發(fā)展到更嚴(yán)重階段，才到醫(yī)院就診，所以篩查項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)于降低CRC發(fā)病率和死亡率極其必要，而脂質(zhì)代謝對(duì)于早期CRC預(yù)防和篩查具有重要意義，本文將從脂質(zhì)組學(xué)在CRC中的應(yīng)用做一綜述。

1 脂質(zhì)組學(xué)概況

脂質(zhì)代謝的研究進(jìn)展為臨床相關(guān)疾病的預(yù)防及診治提供更多有效的手段。脂質(zhì)組學(xué)研究方法有很多，其中包括電噴霧電離質(zhì)譜法(ESI-MS)[8]、核磁共振波譜(NMR)[9]、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)[10]、液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)[11]、超高液相色譜法(UPLC)等。ESI-MS是目前脂質(zhì)組學(xué)的重要技術(shù)，而GC-MS具有高靈敏度以及對(duì)同分異構(gòu)體的高分離度，但大部分脂質(zhì)揮發(fā)性較差，在高溫下易氧化變性和異構(gòu)化，因而限制了GC在測(cè)定復(fù)雜脂質(zhì)分子中的應(yīng)用，Hejazi等[12]對(duì)9，12，15-亞麻酸甲酯(18∶3)采用氣相色譜-場(chǎng)解析電離質(zhì)譜法(GC-FIMS)成功分離了8種順?lè)串悩?gòu)體。2003年，Han等[2]提出“鳥(niǎo)槍法”在脂質(zhì)組學(xué)中的應(yīng)用，尤其對(duì)于磷脂的分析具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但不適合精確定量，而LC-MS技術(shù)可彌補(bǔ)鳥(niǎo)槍法的缺陷進(jìn)行精確識(shí)別，尤其對(duì)血樣、組織樣和細(xì)胞樣等進(jìn)行分析。隨著脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，核磁共振波譜也在脂質(zhì)組學(xué)研究方面有了一定程度的發(fā)展[9，13-14]，它利用原子核在高磁場(chǎng)中的吸收光譜來(lái)闡明化學(xué)結(jié)構(gòu)[15]。隨著低溫探頭技術(shù)的發(fā)展和磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，核磁共振儀器的靈敏度和分辨率獲得了很大的進(jìn)步[16-17]。盡管其靈敏度不如質(zhì)譜法那么高，但核磁共振譜對(duì)小分子的信號(hào)更敏感[18]。對(duì)于核磁共振，最小樣品和簡(jiǎn)單的預(yù)處理是可以接受的，并且可以進(jìn)行相對(duì)和絕對(duì)定量。其他優(yōu)點(diǎn)包括高重復(fù)性，無(wú)損檢測(cè)等[19-22]。隨著科技的發(fā)展，脂質(zhì)檢測(cè)技術(shù)的不斷更新，該技術(shù)很快將進(jìn)入臨床，為臨床診療提供巨大幫助。

2 脂質(zhì)組學(xué)在CRC診斷中的應(yīng)用

2.1 CRC患者血中脂質(zhì)代謝變化

CRC患者遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移與血脂水平升高相關(guān)聯(lián)，Notarnicola等[23]選取了84例已明確診斷為CRC的患者進(jìn)行相關(guān)脂質(zhì)代謝研究，均排除糖尿病、高脂血癥、甲狀腺疾病及代謝綜合征等對(duì)脂質(zhì)代謝的影響因素，采用比色法對(duì)84例CRC患者進(jìn)行空腹血脂的檢測(cè)，為了確定營(yíng)養(yǎng)狀況，計(jì)算了患者身體質(zhì)量指數(shù)(BMI)和血清白蛋白。在控制性別、年齡及BMI的情況下，利用多因素Logistic回歸分析對(duì)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，最終得出遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移與TC、LDL-C和LDL-C/HDL-C比值有關(guān)，與性別、年齡和BMI無(wú)關(guān)。國(guó)內(nèi)學(xué)者[24]搜集95例結(jié)腸癌患者，按照Dukes分期分為63例A+B期結(jié)腸癌患者，32例C+D期結(jié)腸癌患者，取患者術(shù)前24 h早晨空腹血，對(duì)血脂相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)患者TC值在C+D期顯著高于A+B期，HDL-C值低于A+B期患者，血漿TC/HDL-C比值顯著高于A+B期結(jié)腸癌組，同時(shí)，TC、HDL-C和TC/HDL-C可作為結(jié)腸癌患者術(shù)前分期和評(píng)估患者預(yù)后指標(biāo)之一。臨床可通過(guò)患者血脂水平對(duì)預(yù)防及評(píng)估腫瘤轉(zhuǎn)移的發(fā)生提供幫助，同時(shí)方便臨床對(duì)不同人群進(jìn)行CRC的預(yù)防。

Kühn等[25]對(duì)835例癌癥患者血液代謝物進(jìn)行分析，其中CRC患者163例，通過(guò)LC-MS方法對(duì)患者進(jìn)行脂質(zhì)和己糖分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高水平的溶血磷脂膽堿(lysoPCs)，特別是lysoPCs(18∶0)降低CRC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，而lysoPCs(30∶0)增加CRC發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。血脂代謝變化比常見(jiàn)惡性腫瘤診斷要早數(shù)年，因此溶血卵磷脂可作為早期診斷CRC的代謝指標(biāo)。目前臨床所發(fā)現(xiàn)的腫瘤標(biāo)志物對(duì)CRC診斷及預(yù)防缺乏特異性，不能為臨床早期篩查提供很好的幫助，而溶血卵磷脂作為代謝指標(biāo)可以很好的應(yīng)用于臨床。

2.2 CRC患者血清中脂質(zhì)代謝變化

Kondo等[26]對(duì)42名CRC患者及8名健康志愿者血清脂肪酸水平測(cè)定，通過(guò)GC-MS分析發(fā)現(xiàn)9種脂肪酸的血清水平在CRC患者與健康志愿者之間表現(xiàn)出明顯差異：4種脂肪酸在CRC患者中的水平高于健康志愿者，其他5種脂肪酸的水平低于健康志愿者。這些變化也在早期的臨床階段觀察到。CRC患者血清中極長(zhǎng)鏈脂肪酸水平有增加的趨勢(shì)，CRC患者長(zhǎng)鏈脂肪酸比正?；颊咴龈?。Ritchie等[27]對(duì)不同區(qū)域CRC患者血清脂肪酸代謝分析顯示，28～36含碳量的羥基化多不飽和超長(zhǎng)鏈脂肪酸在CRC患者中顯著降低。

2.3 CRC患者排泄物中脂質(zhì)代謝變化

王曉學(xué)等[28]收集了15例CRC患者和12例正常人的糞便代謝產(chǎn)物進(jìn)行比較，通過(guò)使用氣相-色譜質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)的方法分析糞便產(chǎn)物的脂質(zhì)代謝變化，發(fā)現(xiàn)CRC患者與正常組糞便中3種不飽和脂肪酸(油酸、反油酸、亞油酸)、2種甘油及熊去氧膽酸明顯低于正常人，由此可知，臨床可以通過(guò)對(duì)患者糞便脂質(zhì)的篩查，鑒別并診斷出早期CRC，為預(yù)防、診斷和治療提供明確的依據(jù)。作為人體正常代謝物，檢測(cè)標(biāo)本獲取方便簡(jiǎn)單，能夠用于廣泛的對(duì)早期CRC患者的篩查。

Wang等[29]采取色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(UPLC-MS)和在線親和固相萃取-高效液相色譜法(SPE-HPLC)對(duì)健康志愿者34人，良性結(jié)直腸腫瘤患者34人及CRC患者50人的尿液進(jìn)行全面的代謝分析，最終鑒定出15個(gè)代謝產(chǎn)物異常，這些代謝產(chǎn)物涉及CRC患者谷氨酰胺代謝、核苷酸有關(guān)生物合成、蛋白質(zhì)代謝及脂肪酸氧化代謝失調(diào)，大量的研究表明，提高患者5年生存率的治療方法是早期診斷，這是最有效的方法之一。尿液代謝組學(xué)被廣泛用作研究代謝變化的有效平臺(tái)，并發(fā)現(xiàn)惡性疾病的潛在生物標(biāo)志物。通過(guò)尿液中代謝產(chǎn)物的變化，從而評(píng)估腫瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 CRC患者癌組織中脂質(zhì)代謝變化

Tian等[30]應(yīng)用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)(HRMAS)和氣相-色譜-質(zhì)譜議(GC-FID/MS)技術(shù)分別對(duì)50例低等級(jí)(Ⅰ～Ⅱ期)和高等級(jí)(Ⅲ～Ⅳ期)CRC患者癌組織及其相鄰的正常組織進(jìn)行組織代謝組分析，對(duì)代謝結(jié)果進(jìn)行多變量數(shù)據(jù)分析，最終發(fā)現(xiàn)對(duì)照組與正常組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。與正常組織相比，CRC組織中含有較高水平膽堿、鯊肌醇、磷酸膽堿(PC)、甘油磷酸膽堿(GPC)、磷酸乙醇胺(PE)。除此之外，還發(fā)現(xiàn)Ⅰ～Ⅱ期和Ⅲ～Ⅳ期之間脂質(zhì)和膽堿含量也存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。Ⅰ～Ⅱ期脂質(zhì)含量低、膽堿含量高；Ⅲ～Ⅳ期脂質(zhì)含量高、膽堿含量低。聯(lián)合應(yīng)用PCA方法，對(duì)主要成分進(jìn)行正交項(xiàng)目(OPLS-DA)潛在結(jié)構(gòu)分析，最終發(fā)現(xiàn)Ⅰ期與正常組織相比存在更大脂質(zhì)組學(xué)差異。故通過(guò)病變組織脂質(zhì)代謝物差異或許能夠?qū)RC分期進(jìn)行鑒別，同時(shí)對(duì)發(fā)病進(jìn)程判定提供更好的依據(jù)。

3 小結(jié)與展望

CRC發(fā)病率與死亡率仍在呈上升趨勢(shì)，發(fā)病因素多種多樣，早期特異性診斷手段欠缺，傳統(tǒng)的診斷方法無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期CRC，中晚期CRC多見(jiàn)，錯(cuò)過(guò)最好的治療時(shí)間。脂質(zhì)組學(xué)作為代謝組學(xué)重要的分支，發(fā)展迅速，通過(guò)脂質(zhì)間的差異性改變?yōu)镃RC的診療提供新的契機(jī)，為CRC診療提供新的方法，同時(shí)為結(jié)直腸的預(yù)防、發(fā)生及發(fā)展提供更宏觀的依據(jù)，雖然脂質(zhì)組學(xué)技術(shù)目前還不能對(duì)活體檢測(cè)，但隨著脂質(zhì)研究技術(shù)的不斷發(fā)展及創(chuàng)新，也許在不久的將來(lái)脂質(zhì)組學(xué)的檢測(cè)方法能夠進(jìn)入臨床，與基因組學(xué)、蛋白組學(xué)相結(jié)合，為CRC治療開(kāi)辟新的紀(jì)元，為臨床診療提供新的方法。