甲狀腺腫瘤代謝組學(xué)的研究進(jìn)展△

高偉，唐偉

南京醫(yī)科大學(xué)附屬老年醫(yī)院內(nèi)分泌科，南京 210000

甲狀腺結(jié)節(jié)術(shù)前診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺細(xì)胞病理學(xué)檢查，對(duì)于濾泡樣病變（甲狀腺濾泡狀腺瘤、甲狀腺濾泡癌、濾泡型甲狀腺乳頭狀癌），細(xì)針穿刺檢查難以鑒別其良惡性，導(dǎo)致10%～30%的細(xì)針穿刺結(jié)果不明確[1]，在不確定的結(jié)節(jié)中僅14%～20%的結(jié)節(jié)為惡性[2]。研究指出，BethesdaⅣ～Ⅵ類甲狀腺結(jié)節(jié)需要手術(shù)治療，Ⅴ類甲狀腺結(jié)節(jié)的惡性率為60%～75%[3]，而Ⅳ類甲狀腺結(jié)節(jié)的惡性率僅為15%～30%[4]。因此，大多數(shù)甲狀腺結(jié)節(jié)患者可能接受了不必要的手術(shù)。為明確結(jié)果不確定的甲狀腺細(xì)針穿刺檢查結(jié)節(jié)的良惡性，目前已有B-Raf原癌基因（B-Raf proto-oncogene，BRAF）、RAS、RET/PTC、PAX8/PPARγ、半乳糖凝集素-3（galectin-3）、HBME-1、微小 RNA（microRNA，miRNA）等標(biāo)志物用于輔助診斷，然而這些標(biāo)志物的特異度和靈敏度仍有待提高。

甲狀腺癌的組織病理學(xué)類型主要分為4類：乳頭狀癌、濾泡癌、髓樣癌、未分化癌。其中，乳頭狀癌約占甲狀腺癌的80%[5]。甲狀腺癌在神經(jīng)內(nèi)分泌惡性腫瘤中占90%，在所有惡性腫瘤中占1%[6]。中國(guó)不同地區(qū)甲狀腺癌的流行病學(xué)調(diào)查顯示，甲狀腺癌的發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[7-13]。2003—2007年中國(guó)甲狀腺癌的發(fā)病率和病死率每年分別以14.51%和1.42%的速度上升[14]。2013年中國(guó)甲狀腺癌的發(fā)病率較2010年增長(zhǎng)137%，病死率增長(zhǎng)23%[15]。中國(guó)沿海地區(qū)較內(nèi)陸地區(qū)的甲狀腺癌發(fā)病率高，城市甲狀腺癌發(fā)病率高于農(nóng)村，中年人群甲狀腺癌發(fā)病率高于其他年齡段人群，女性發(fā)病率高于男性[16]。

1 代謝組學(xué)研究

代謝組學(xué)最早于1999年由英國(guó)Nicholson研究組提出[17]。代謝組學(xué)研究的是生理、病理或環(huán)境等因素對(duì)生物體內(nèi)所有內(nèi)源性小分子物質(zhì)的影響，這些內(nèi)源性小分子物質(zhì)（代謝物）包括碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、色素、維生素等，處于基因表達(dá)、蛋白質(zhì)活動(dòng)的下游，反映了生物體對(duì)刺激的瞬時(shí)狀態(tài)[18-19]。代謝組學(xué)與基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)組成了完整的生物信息系統(tǒng)。近20年代謝組學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展，在腫瘤性疾病的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制探索、新診斷標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、新治療靶點(diǎn)提出、預(yù)后判斷等方面發(fā)揮著重要作用，展示了巨大的應(yīng)用前景[20]。目前代謝組學(xué)在腦癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、消化道腫瘤、胰腺癌、神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤等研究中應(yīng)用廣泛[21]。

2 代謝組學(xué)在甲狀腺腫瘤中的研究

2.1 甲狀腺腫瘤組織的代謝組學(xué)

甲狀腺腫瘤組織與正常甲狀腺組織的代謝譜具有明顯差異。Tian等[22]收集了甲狀腺腫瘤組織及腫瘤旁正常甲狀腺組織，利用核磁共振氫譜技術(shù)分析甲狀腺組織提取物的代謝譜，并應(yīng)用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振分析了兩種組織的代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺腫瘤組織中膽堿、磷酸膽堿、甘油磷酸膽堿、磷酸乙醇胺、乳酸、谷胱甘肽、?；撬?、肌醇、肌苷、延胡索酸和氨基酸的含量更高，而脂類含量更低。Lu等[23]利用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振分析組織的代謝譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常甲狀腺組織相比，甲狀腺微小乳頭狀癌患者的甲狀腺組織中苯丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸、胱氨酸、賴氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、?；撬?、亮氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和乳酸的含量升高，而飽和及不飽和脂肪酸的含量下降。Torregrossa等[2]利用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺濾泡性腺瘤、甲狀腺腫、甲狀腺乳頭狀癌、甲狀腺濾泡狀癌、未分化甲狀腺癌組織和腫瘤旁組織的代謝譜，發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中脂肪酸含量較腫瘤旁組織更低，而酪氨酸、苯丙氨酸、絲氨酸、賴氨酸、?；撬?、谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸和乳酸的含量則更高。Miccoli等[24]利用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振分析了正常甲狀腺組織、結(jié)節(jié)性甲狀腺腫、甲狀腺乳頭狀癌、濾泡狀腺瘤、甲狀腺濾泡癌或?yàn)V泡型乳頭狀癌的組織代謝譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲狀腺腫瘤組織中苯丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸、賴氨酸、?；撬帷⒐劝滨０?、谷氨酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸的含量升高，脂類含量降低。Li等[25]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了正常甲狀腺組織和甲狀腺乳頭狀癌組織的代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌的代謝改變主要涉及脂類代謝增強(qiáng)、糖酵解增強(qiáng)、支鏈氨基酸代謝增強(qiáng)、其他氨基酸代謝增強(qiáng)、膽堿代謝增強(qiáng)和三羧酸循環(huán)減弱。Chen等[26]利用氣相色譜-質(zhì)譜法分析了甲狀腺乳頭狀癌組織和正常甲狀腺組織的代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌組織較正常甲狀腺組織的碳水化合物（葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、2-酮基-D-葡萄糖酸）下降，且核苷酸代謝顯著改變。Shang等[27]先后利用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜、超高性能液相色譜-三級(jí)四極質(zhì)譜分析及驗(yàn)證了甲狀腺乳頭狀癌組織和正常甲狀腺組織的代謝譜，發(fā)現(xiàn)半乳糖苷、蜜二糖和褪黑激素在甲狀腺乳頭狀癌組織中顯著改變，半乳糖代謝途徑包含最多顯著改變的代謝物。

甲狀腺良惡性腫瘤組織的代謝譜差異明顯。Torregrossa等[2]研究發(fā)現(xiàn)，惡性腫瘤（甲狀腺乳頭狀癌、甲狀腺濾泡狀癌、未分化甲狀腺癌）較良性腫瘤（甲狀腺濾泡性腺瘤、甲狀腺腫）組織的乳酸和牛磺酸含量升高，膽堿、磷酸膽堿、肌肌醇和鯊肌醇含量降低。Miccoli等[24]研究發(fā)現(xiàn)，與甲狀腺濾泡狀腺瘤和結(jié)節(jié)性甲狀腺腫相比，甲狀腺乳頭狀癌和甲狀腺濾泡狀癌中的乳酸和?；撬岷可?，脂類、膽堿、磷酸膽堿、肌肌醇和鯊肌醇含量降低。Tian等[22]研究發(fā)現(xiàn)，與良性甲狀腺病變組織相比，惡性甲狀腺病變組織中磷酸膽堿、甘油磷酸膽堿、磷酸乙醇胺、乳酸和氨基酸的含量更高，而檸檬酸、鯊肌醇、肌肌醇、肌苷和尿苷含量較低。Deja等[28]利用核磁共振波譜技術(shù)分析正常甲狀腺組織、非瘤結(jié)節(jié)、濾泡性腺瘤、甲狀腺惡性腫瘤組織的代謝譜，該研究認(rèn)為，次黃嘌呤、琥珀酸和丙酮可作為甲狀腺病變的分子標(biāo)志物，鯊肌醇和肌肌醇可作為甲狀腺癌的特異性分子標(biāo)志物。甲狀腺濾泡腺瘤的代謝譜同時(shí)表現(xiàn)出良性甲狀腺病變和部分惡性甲狀腺癌的代謝譜特征。

不同類型甲狀腺腫瘤的代謝譜也具有差異。Wojakowska等[29]應(yīng)用氣相色譜-質(zhì)譜分析不同類型甲狀腺癌（甲狀腺濾泡狀癌、經(jīng)典變異乳頭狀癌、濾泡型乳頭狀癌）、甲狀腺濾泡狀腺瘤和正常甲狀腺組織的代謝譜，該研究中，甲狀腺經(jīng)典變異乳頭狀癌和濾泡型乳頭狀癌、甲狀腺濾泡型乳頭狀癌和濾泡狀癌、甲狀腺濾泡型乳頭狀癌和濾泡狀腺瘤可以被明顯區(qū)分，而甲狀腺濾泡狀癌和濾泡狀腺瘤的代謝譜差異不顯著。

甲狀腺腫瘤原發(fā)灶大小影響其代謝譜。鄭雯潔等[30]聯(lián)合運(yùn)用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜和超高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)女性患者甲狀腺乳頭狀癌組織和癌旁組織的代謝譜，并根據(jù)原發(fā)灶大小將樣本分為T1組（原發(fā)灶最大徑≤2.0 cm）和T2組（原發(fā)灶最大徑＞2.0 cm），發(fā)現(xiàn)T2組腫瘤組織中氨基酸、嘌呤與嘧啶、色氨酸以及一碳單位代謝較T1組增強(qiáng)，亮氨酸、尿嘧啶、半胱氨酸和腐胺含量與原發(fā)灶大小密切相關(guān)。

2.2 甲狀腺腫瘤細(xì)針穿刺樣本的代謝組學(xué)

細(xì)針穿刺樣本的代謝組學(xué)可以用于區(qū)分甲狀腺病變組織和正常甲狀腺組織以及甲狀腺良惡性病變。Jordan等[31]利用高分辨率魔角旋轉(zhuǎn)核磁共振分析了甲狀腺乳頭狀癌、濾泡腺瘤、正常甲狀腺組織的細(xì)針穿刺樣本和組織樣本的代謝譜，結(jié)果顯示細(xì)針穿刺樣本能夠區(qū)分甲狀腺乳頭狀癌和甲狀腺良性病變、甲狀腺腫瘤性病變和正常甲狀腺組織。Ryoo等[32]通過(guò)核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺乳頭狀癌和良性甲狀腺結(jié)節(jié)細(xì)針穿刺樣本的代謝譜，發(fā)現(xiàn)檸檬酸最能區(qū)分甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)。

2.3 甲狀腺腫瘤患者的血清/血漿代謝組學(xué)

Lu等[23]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺微小乳頭狀癌患者和健康人群的血清代謝譜，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甲狀腺微小乳頭狀癌患者較健康人群的血清葡萄糖、甘露糖、丙酮酸和3-羥基丁酸含量更高，氨基酸如纈氨酸、酪氨酸、脯氨酸、賴氨酸和亮氨酸含量更低。Zhao等[33]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺乳頭狀癌、良性甲狀腺腫瘤、正常甲狀腺人群的血清代謝差異，該研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌人群血清中乳酸含量較高，而脂類含量較低。趙文新等[34]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺乳頭狀癌患者和健康人群的血清代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌患者血清中乳酸、亮氨酸、異亮氨酸、丙氨酸、谷氨酸、賴氨酸、甘氨酸含量較健康人群升高，而脂類、膽堿、酪氨酸含量則較健康人群降低。阿布都沙拉木·阿布力等[35]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了甲狀腺乳頭狀癌患者和健康人群的血清代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌患者血漿中極低密度脂蛋白、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、低密度脂蛋白、乳酸、丙氨酸、糖蛋白、谷氨酰胺、肉堿、α-酮戊二酸、肌酸、甘氨酸、不飽和脂肪酸、酪氨酸、甲基組氨酸、苯丙氨酸的含量較健康人群降低，而丙酮酸、檸檬酸、肌酸酐、膽堿、鯊肌醇、β-葡萄糖、肌醇、α-葡萄糖和甲酸的含量則較健康人群升高。Yao等[36]應(yīng)用液相色譜-質(zhì)譜分析了甲狀腺乳頭狀癌、良性結(jié)節(jié)性甲狀腺腫、健康人群的血清代謝譜，發(fā)現(xiàn)甲狀腺乳頭狀癌和良性甲狀腺結(jié)節(jié)患者的血清3-羥基丁酸含量均較健康人群升高，甲狀腺良惡性病變中脂類代謝差異最大。Farrokhi等[37]應(yīng)用核磁共振氫譜技術(shù)分析了甲狀腺乳頭狀癌、良性結(jié)節(jié)性甲狀腺腫和健康人群的血清代謝譜，該研究發(fā)現(xiàn)甲狀腺病變患者的血清代謝譜與健康人群的血清代謝譜具有差異，甲狀腺良惡性病變患者的血清代謝譜也具有差異，天冬氨酸代謝、尿素循環(huán)、蛋氨酸和甜菜堿代謝是乳頭狀甲狀腺癌發(fā)病機(jī)制中最重要的途徑。Huang等[38]應(yīng)用液相色譜四極飛行時(shí)間質(zhì)譜分析了多中心的健康人群、甲狀腺良性結(jié)節(jié)患者、甲狀腺乳頭狀癌患者的血漿及血清代謝譜，發(fā)現(xiàn)健康人群的血漿和血清代謝譜與甲狀腺良性結(jié)節(jié)患者和甲狀腺乳頭狀癌患者的血漿和血清代謝譜均有差異，而甲狀腺良性結(jié)節(jié)患者和甲狀腺乳頭狀癌患者的血清及血漿代謝譜無(wú)明顯差異。

2.4 甲狀腺腫瘤患者的尿液代謝組學(xué)

Wojtowicz等[39]利用核磁共振氫譜技術(shù)分析了正常甲狀腺、非瘤甲狀腺結(jié)節(jié)、濾泡狀腺瘤、甲狀腺乳頭狀癌患者的血清和尿液代謝譜，發(fā)現(xiàn)血清中的非瘤甲狀腺結(jié)節(jié)樣本與正常甲狀腺組織樣本分離最好，尿液中的濾泡狀腺瘤樣本與正常甲狀腺組織樣本分離最好，將血漿與尿液代謝組學(xué)結(jié)合具有更高的預(yù)測(cè)能力。

3 轉(zhuǎn)移甲狀腺腫瘤的代謝組學(xué)

3.1 轉(zhuǎn)移甲狀腺腫瘤的組織代謝組學(xué)

Seo等[40]利用核磁共振波譜技術(shù)分析了有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及有周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和無(wú)周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的甲狀腺腫瘤組織的代謝譜，該研究未能利用核磁共振波譜技術(shù)區(qū)分甲狀腺乳頭狀癌有無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或有無(wú)周圍淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。鄭雯潔等[30]聯(lián)合運(yùn)用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜和超高效液相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)女性甲狀腺乳頭狀癌患者的乳腺癌組織代謝譜，發(fā)現(xiàn)有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組腫瘤組織中糖酵解、氨基酸代謝、嘌呤與嘧啶、色氨酸、一碳單位代謝較無(wú)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移組增強(qiáng)，說(shuō)明可以通過(guò)代謝組學(xué)分析是否有淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。

3.2 轉(zhuǎn)移甲狀腺腫瘤的血清代謝組學(xué)

Shen等[41]運(yùn)用氣相色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜對(duì)比分析了甲狀腺乳頭狀癌中有轉(zhuǎn)移和無(wú)轉(zhuǎn)移患者的血清代謝譜，該研究發(fā)現(xiàn)天冬酰胺、γ-氨基丁酸、4-脫氧吡哆醇、草酸在甲狀腺乳頭狀癌有轉(zhuǎn)移患者血清中的含量較無(wú)轉(zhuǎn)移患者高，而焦谷氨酸的含量較低，通過(guò)血清代謝譜可以區(qū)分甲狀腺癌轉(zhuǎn)移與非轉(zhuǎn)移患者。

4 小結(jié)與展望

代謝組學(xué)研究揭示了病變甲狀腺組織和正常甲狀腺組織、甲狀腺良惡性腫瘤以及有轉(zhuǎn)移和無(wú)轉(zhuǎn)移甲狀腺腫瘤代謝譜的改變。差異代謝物相關(guān)通路分析提供了探索甲狀腺腫瘤發(fā)生發(fā)展機(jī)制的新思路，差異代謝物也是輔助診斷甲狀腺疾病的潛在分子標(biāo)志物和新治療靶點(diǎn)。目前甲狀腺癌的代謝組學(xué)研究大多針對(duì)甲狀腺乳頭狀癌，對(duì)于甲狀腺癌各類型之間的代謝組學(xué)研究尤顯不足。利用血液、尿液、甲狀腺細(xì)針穿刺樣本等進(jìn)行代謝組學(xué)研究，尋找診斷腫瘤發(fā)生及鑒別腫瘤良惡性的無(wú)創(chuàng)分子標(biāo)志物具有重要的臨床意義。甲狀腺腫瘤轉(zhuǎn)移是患者預(yù)后的重要影響因素，關(guān)于甲狀腺腫瘤轉(zhuǎn)移的代謝組學(xué)研究較少，還需更多相關(guān)研究。目前多項(xiàng)研究利用差異代謝物建立的疾病診斷模型可以區(qū)分特定人群疾病的有無(wú)或疾病的良惡性，也有研究提出甲狀腺腫瘤的治療新靶點(diǎn)，而對(duì)此尚缺乏基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)論證及活體實(shí)驗(yàn)支持。甲狀腺腫瘤代謝組學(xué)研究結(jié)果受樣本數(shù)量、檢測(cè)技術(shù)等影響，各研究結(jié)果之間常有矛盾之處，仍需更大樣本量、不同人群的研究。