代謝組學(xué)在肺癌診斷及預(yù)后評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展▲

呂蕊花 史琳娜 張喜榮 賈永軍 任 革 賀太平

(1 陜西中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院，咸陽市 712046，電子郵箱：lvruihua1987@163.com；2 陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院腫瘤二科，咸陽市 712000)

【提要】 因早期無特殊臨床表現(xiàn)，絕大部分肺癌患者就診時已屬中晚期，僅能進(jìn)行姑息治療，致使生存時間很短。現(xiàn)階段，確診肺癌的金標(biāo)準(zhǔn)仍為組織活檢病理，但組織標(biāo)本存在異質(zhì)性，且不具有重復(fù)性。而代謝組學(xué)能靈敏地鑒定出因基因和環(huán)境因素作用而產(chǎn)生的特定代謝產(chǎn)物的多元動態(tài)反應(yīng)，在環(huán)境變化對機體產(chǎn)生相對作用的研究中具有明顯優(yōu)勢。本文就代謝組學(xué)在肺癌的診斷以及療效評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

肺癌是發(fā)病率和死亡率增長快，對人類健康和生命威脅大的惡性腫瘤之一，2018年一項針對全球185個國家癌癥發(fā)病率的統(tǒng)計顯示，肺癌在男性癌癥中的發(fā)病率最高，達(dá)14.5%，在女性癌癥中的發(fā)病率為8.4%，僅次于乳腺癌[1]。因早期無特殊臨床表現(xiàn)，肺癌早期確診率只有15%，而早期(ⅠA期)肺癌患者的5年生存率超過70%[2]；但是80%以上的肺癌患者就診時已屬中晚期，僅能進(jìn)行姑息治療，因此生存時間很短[3]。因此，肺癌患者總體的預(yù)后不良與肺癌難以早期診斷有關(guān)。

目前，腫瘤組織仍然是臨床上確診肺癌和檢測表皮生長因子受體基因突變的最佳標(biāo)本。一般通過手術(shù)切除或者肺穿刺活檢獲取肺癌組織標(biāo)本，大多數(shù)情況下都采取后者的方式進(jìn)行基因檢測。但通過肺穿刺得到的組織學(xué)標(biāo)本存在異質(zhì)性，Lai等[4]檢測了4 517例表皮生長因子受體突變的肺癌組織學(xué)標(biāo)本，其中存在大批混合型腫瘤，常見的如腺鱗癌、腺癌大細(xì)胞混合癌等。此外，利用腫瘤組織進(jìn)行基因檢測的另一個局限性為再次得到組織學(xué)標(biāo)本的可能性非常小，不具有重復(fù)性[5]。因此，“液態(tài)活檢”被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的腫瘤組織檢測替代品[6]，而代謝組學(xué)技術(shù)可為“液態(tài)活檢”提供現(xiàn)代化的檢測手段。本文主要針對代謝組學(xué)在肺癌診斷及預(yù)后評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 代謝組學(xué)技術(shù)

代謝組學(xué)是在后基因組學(xué)時代興起的一門跨領(lǐng)域?qū)W科，其主要目標(biāo)是定量地研究生命體因外界刺激、病理生理變化、本身基因突變而產(chǎn)生的代謝物水平的多元動態(tài)反應(yīng)[7]。代謝組學(xué)可測的樣品類型多樣，可以是組織(≥100 mg)、生物體液(血漿或血清≥200 μL，尿液≥1 mL)或是糞便(≥100 mg)。代謝組學(xué)的研究對象主要是生物體內(nèi)1 000 Da以內(nèi)的小分子物質(zhì)，種類包括具有生物活性的脂類、有機酸類、寡肽、寡糖、寡核苷酸、維生素、礦物質(zhì)、植物次生代謝產(chǎn)物及其降解產(chǎn)物。相對于基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)反映的是可能發(fā)生什么或如何發(fā)生，代謝組學(xué)則是顯示一系列事件的最終結(jié)果，更準(zhǔn)確地反映生物體系的動態(tài)監(jiān)測結(jié)果[8]。此外，代謝組學(xué)放大了基因和蛋白表達(dá)的微小變化，從而使檢測更容易實現(xiàn)。

2 代謝組學(xué)在肺癌診斷中的應(yīng)用

2.1 氨基酸代謝 癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的代謝物存在明顯的差別。由于氨基酸作為基本的代謝物和調(diào)控物，吸收和合成內(nèi)源性物質(zhì)，因此其是最適合作為代謝組學(xué)的候選檢測指標(biāo)之一。血漿連接各個器官系統(tǒng)，含有大量的循環(huán)腫瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)，因此血漿游離氨基酸(plasma free amino acids,PFAA)可以反映惡性腫瘤的類型[9]。Shingyoji等[10]采用高效液相色譜-電噴霧電離-質(zhì)譜法檢測171例肺癌患者和3 849例陰性對照者的PFAA濃度，受試者工作特征曲線分析顯示PFAA對肺癌有較好的診斷效能，這表明PFAA在肺癌早期診斷中具有很大潛力。此外，相比腫瘤組織檢測，PFAA可以鑒別出不同類型的肺癌，包括小細(xì)胞肺癌[11]和非小細(xì)胞肺癌[12]。

由于外周血小片段ctDNA能夠通過腎小球濾過膜進(jìn)入尿液，因此理論上尿液中也含有ctDNA，其也可作為肺癌早期診斷的一種輔助指標(biāo)。吳逸明等[13]發(fā)現(xiàn)肺癌患者尿液中假尿嘧啶核苷與肌酐的比值明顯升高。許國旺等[14]應(yīng)用高效液相色譜檢測了42例肺癌患者和206例正常人尿中核苷水平，發(fā)現(xiàn)除胞嘧啶和甲基尿嘧啶外，肺癌患者的其他13種核苷水平顯著高于正常人。因此，尿液中這些指標(biāo)或也可作為肺癌早期診斷的一種輔助指標(biāo)。

2.2 脂質(zhì)代謝 脂質(zhì)參與許多細(xì)胞代謝過程的調(diào)節(jié)，如細(xì)胞生長、增殖、分化、存活、凋亡、炎癥、運動和膜穩(wěn)態(tài)。具有生物活性的脂質(zhì)分子可調(diào)節(jié)線粒體膜通透性并激活不同的酶，例如半胱天冬酶，通過內(nèi)在途徑促進(jìn)細(xì)胞凋亡[15]。脂質(zhì)失調(diào)是常見的腫瘤代謝變化。腫瘤細(xì)胞在生長的過程中需要通過血清中低密度脂蛋白和低密度脂蛋白受體進(jìn)行胞吞作用吸收膽固醇[16-17]。已有研究表明，低密度脂蛋白受體在不同類型的腫瘤細(xì)胞中過量表達(dá)，并通過核因子κB信號途徑在腫瘤細(xì)胞的生長和侵入過程中發(fā)揮重要作用[18]。

有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，肺癌患者的血脂水平降低，包括低密度脂蛋白、極低密度脂蛋白和不飽和脂質(zhì)等[19]，血清總膽固醇水平與肺癌發(fā)病風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)[20]。這可能是因為癌細(xì)胞需要大量的脂質(zhì)來生長、增殖、氧化還原、侵襲和轉(zhuǎn)移[19]。三磷酸腺苷檸檬酸裂解酶(adenosine triphosphate citrate lyase,ACLY)是脂肪生成的第一個關(guān)鍵酶，也是葡萄糖和脂肪代謝的交聯(lián)點，在膀胱、乳腺、肝臟、胃、結(jié)腸和前列腺腫瘤中均呈過表達(dá)[21-25]。肺腺癌組織中ACLY的活性明顯高于其他正常組織，且磷酸化ACLY表達(dá)水平與發(fā)病時期、分化程度及預(yù)后密切相關(guān)[26]。Mu等[27]采用假靶向氣相色譜-質(zhì)譜法，檢測136例不抽煙的女性血清代謝物，包括65例非小細(xì)胞肺癌患者、6例肺良性腫瘤患者及65例健康女性，在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)了56種代謝物，其中半胱氨酸、絲氨酸和單油酸甘油酯可作為診斷非小細(xì)胞肺癌的生物標(biāo)志物。這均表明脂質(zhì)代謝的檢測有助于肺癌的診斷。

3 代謝組學(xué)在肺癌治療效果評估中的應(yīng)用

細(xì)胞代謝是一個復(fù)雜且相互依賴的交錯網(wǎng)絡(luò)，局部改變將對腫瘤的整體代謝產(chǎn)生影響[28]， 因此，可以應(yīng)用代謝組學(xué)評估肺癌的治療效果。例如，Mathé等[29]采用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜非靶代謝組學(xué)分析非小細(xì)胞肺癌患者和正常人的尿液，發(fā)現(xiàn)尿液中肌酸核苷和N-乙酰神經(jīng)氨酸可以作為評估非小細(xì)胞肺癌治療效果的標(biāo)志物。此外，Serizawa等[30]發(fā)現(xiàn)，采用毛細(xì)管電泳-飛行時間質(zhì)譜法檢測谷氨酰胺的代謝水平，可以評估表皮生長因子受體酪氨酸激酶抑制劑對非小細(xì)胞肺癌患者的治療效果。

4 小結(jié)及展望

代謝組學(xué)對肺癌的終端產(chǎn)物進(jìn)行多元化綜合分析，從代謝產(chǎn)物上對機體內(nèi)發(fā)生的變化進(jìn)行整體測定，彌補了單一指標(biāo)的片面性，還可以對肺癌發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行定期。代謝組學(xué)除了應(yīng)用于肺癌的診斷之外，還可用于評估藥物對肺癌的治療效果。

中醫(yī)藥從整體上進(jìn)行多靶點、多通道治療肺癌，有著獨特的優(yōu)勢，在延長患者生存時間、提高生活質(zhì)量方面有著公認(rèn)的臨床效果。但由于不同中醫(yī)專家對癥候分型及其用藥標(biāo)準(zhǔn)的判斷和理解存在差異，因此中藥在治療肺癌方面沒有統(tǒng)一的方劑。代謝組學(xué)或可在評估中醫(yī)藥的治療效果方面發(fā)揮重要作用，特別是對成分復(fù)雜的中藥復(fù)方，可通過檢測小分子代謝產(chǎn)物，促進(jìn)證候本質(zhì)的研究，使中醫(yī)辯證思想科學(xué)化和定量化。在此基礎(chǔ)上，代謝組學(xué)還有望從中醫(yī)的4種不同癥候出發(fā)，研究代謝產(chǎn)物與不同癥候的相關(guān)性，從而揭示和評估中醫(yī)藥在治療肺癌方面的效果及相關(guān)機制。