代謝組學(xué)在婦科常見腫瘤治療和預(yù)后評估中的應(yīng)用

平全紅，李娜，胡元晶

癌細(xì)胞的代謝活動與正常細(xì)胞的代謝活動存在明顯差異，代謝物的失調(diào)和代謝網(wǎng)絡(luò)的重塑與癌癥的發(fā)生有關(guān)。代謝組學(xué)（metabonomics）是在特定條件下分析生物系統(tǒng)產(chǎn)生的小分子代謝物的新興學(xué)科，將具有明顯改變的代謝物作為腫瘤診斷或預(yù)后評估的標(biāo)志物在臨床上很有應(yīng)用前景[1]；另一方面，小分子代謝物又是信號通路的重要調(diào)節(jié)劑，一些脂質(zhì)、氨基酸、核苷酸的中間代謝產(chǎn)物參與細(xì)胞炎癥、增殖、遷移等信號通路的激活，并與免疫逃逸有關(guān)[2]，因此，通過抑制小分子代謝物的產(chǎn)生而抑制相應(yīng)信號通路的激活可能成為治療癌癥的有效方式。目前，卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌和宮頸癌的治療主要依賴手術(shù)結(jié)合放化療等綜合治療手段，但預(yù)后不理想，因此亟需新的治療策略改善這種狀況。現(xiàn)總結(jié)歸納代謝組學(xué)生物標(biāo)志物的最新進(jìn)展和代謝組學(xué)在卵巢癌、子宮內(nèi)膜癌和宮頸癌治療和預(yù)后評估中的應(yīng)用，以期為尋找、確定新型治療策略和預(yù)后指標(biāo)提供思路。

1 卵巢癌

1.1 代謝組學(xué)在卵巢癌治療中的應(yīng)用卵巢癌是婦科腫瘤中死亡率最高的惡性腫瘤[3]。目前，血清糖類抗原125（carbohydrate antigen 125，CA125）是區(qū)分卵巢良、惡性腫瘤的最佳預(yù)測因子[4]，對卵巢癌的診斷具有較高的敏感度（69.8%～87.5%）[5]。然而CA125 對早期卵巢癌的診斷并不敏感[6]，而晚期卵巢癌患者即使診斷明確后積極治療，5 年生存率亦不到30%[7]，因此尋找針對卵巢癌的有效治療勢在必行。

1.1.1 干擾谷氨酸、琥珀酸的生成是治療卵巢癌的有效手段 谷氨酸參與癌細(xì)胞蛋白質(zhì)、核苷酸和其他非必需氨基酸的合成[8]，對癌細(xì)胞的增殖具有至關(guān)重要的作用。N-乙酰天冬氨酸谷氨酸（N-acetylaspartyl-glutamate）是一種普遍存在的神經(jīng)遞質(zhì)，能夠被谷氨酸羧肽酶Ⅱ（glutamate carboxypeptidaseⅡ）水解為谷氨酸和N-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate）。谷氨酸羧肽酶Ⅱ和N-乙酰天冬氨酸谷氨酸活性可影響卵巢癌細(xì)胞的生長，N-乙酰天冬氨酸谷氨酸在高級別卵巢癌中含量更高。抑制谷氨酸羧肽酶Ⅱ?qū)-乙酰天冬氨酸谷氨酸的分解作用，可阻斷癌細(xì)胞生長所需的谷氨酸來源，繼而抑制卵巢癌細(xì)胞的生長[9]。另外，琥珀酸能夠與巨噬細(xì)胞琥珀酸受體1（succinate receptor 1）結(jié)合，激活下游磷脂酰肌醇3 激酶-缺氧誘導(dǎo)因子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）信號通路，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移和侵襲[10]。有研究證實巨噬細(xì)胞琥珀酸受體1 在漿液性、上皮性卵巢癌中表達(dá)上調(diào)[11]。Xia 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，琥珀酸在卵巢癌細(xì)胞中不斷積累，促進(jìn)癌細(xì)胞的遷移和增殖；琥珀酸可能作為配體與炎癥、免疫反應(yīng)相關(guān)的巨噬細(xì)胞琥珀酸受體1 結(jié)合，抑制腫瘤免疫應(yīng)答，促進(jìn)腫瘤的免疫逃逸。

1.1.2 干擾癌細(xì)胞線粒體能量代謝抑制卵巢癌的轉(zhuǎn)移和侵襲 癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移依賴于谷氨酰胺分解所提供的能量，微小RNA-450a 作為一種腫瘤抑制分子，通過靶向特定的線粒體基因和三羧酸循環(huán)基因，引起卵巢癌細(xì)胞線粒體功能障礙，降低線粒體氧化磷酸化水平，導(dǎo)致還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、脂質(zhì)和氨基酸等代謝物的水平下降，同時干擾癌細(xì)胞中谷氨酰胺的分解代謝，具有抑制卵巢癌細(xì)胞遷移和侵襲的作用[13]。此外，化學(xué)合成的類固醇激素B-膽固醇基苯丙咪唑可以干擾卵巢癌細(xì)胞的代謝，如線粒體能量代謝、蛋白質(zhì)合成、甘油磷脂代謝等，進(jìn)而抑制癌細(xì)胞的增殖和遷移，促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡，具有明顯的抗腫瘤作用[14]。

1.1.3 減少花生四烯酸的產(chǎn)生可降低卵巢癌患者的化療耐藥性 鉑類藥物耐藥是當(dāng)前卵巢癌治療面臨的主要問題。Yang 等[15]利用人脂肪細(xì)胞的條件培養(yǎng)基刺激經(jīng)順鉑處理的3 種卵巢癌細(xì)胞（耐藥細(xì)胞系），脂肪細(xì)胞分泌的花生四烯酸通過激活蘇氨酸蛋白激酶B（AKT）通路而誘導(dǎo)癌細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性，這提示減少花生四烯酸的生成或阻斷其下游的AKT信號通路，能夠有效減輕卵巢癌患者產(chǎn)生的耐藥性。

1.2 代謝組學(xué)在卵巢癌預(yù)后評估中的應(yīng)用

1.2.1 溶血磷脂酰甘油在卵巢癌術(shù)后復(fù)發(fā)的患者血漿中下調(diào) 卵巢癌在術(shù)后極易復(fù)發(fā)，因此，精準(zhǔn)預(yù)測出術(shù)后會復(fù)發(fā)的卵巢癌患者并及時干預(yù)，是提高患者生存期的關(guān)鍵。Li 等[16]利用超高效液相色譜結(jié)合質(zhì)譜的方法，對70 例卵巢癌患者進(jìn)行了血漿脂質(zhì)組學(xué)鑒定，將篩選出的可能與卵巢癌復(fù)發(fā)相關(guān)的31 種脂質(zhì)代謝物作為參數(shù)用于機器學(xué)習(xí)的模型，用偏最小二乘法判別分析表明，復(fù)發(fā)和未復(fù)發(fā)患者的血脂代謝譜存在明顯差異，并篩選出溶血磷脂酰甘油LysoPG（20:5）作為卵巢癌復(fù)發(fā)的獨立預(yù)測因子，其曲線下面積（area under the curve，AUC）為0.875，具有篩選復(fù)發(fā)卵巢癌患者的最大預(yù)測潛能。

1.2.2 溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA）在腹水中升高提示卵巢癌預(yù)后不良 LPA 可通過誘導(dǎo)腫瘤炎癥反應(yīng)促進(jìn)癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在卵巢癌微環(huán)境中，磷脂酶A2 和腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞分泌的LPA 可通過上調(diào)生長因子的表達(dá)引發(fā)基質(zhì)侵襲，促進(jìn)卵巢癌轉(zhuǎn)移，Reinartz 等[17]研究顯示，腹水中18:0 酰基-LPA、20:4酰基-LPA 和16:0 烷基-LPA 的升高提示卵巢癌預(yù)后不良，表明腹水中LPA 水平可作為卵巢癌預(yù)后的預(yù)測標(biāo)志物。

2 子宮內(nèi)膜癌

2.1 代謝組學(xué)在子宮內(nèi)膜癌治療中的應(yīng)用

2.1.1 ONC201 通過增強脂肪分解代謝治療子宮內(nèi)膜癌 子宮內(nèi)膜癌是婦科最常見的惡性腫瘤，全面分期手術(shù)是目前子宮內(nèi)膜癌的主要治療方式，有生育要求的高分化早期子宮內(nèi)膜癌患者可采取藥物保守治療[18]，因此需要開發(fā)一種藥物在子宮內(nèi)膜癌早期進(jìn)行有效干預(yù)。脂質(zhì)和膽固醇的合成代謝增強能夠滿足腫瘤細(xì)胞的能量需求，與腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移有關(guān)，因此肥胖是子宮內(nèi)膜癌發(fā)生的危險因素之一[19]。在肥胖引起的小鼠子宮內(nèi)膜癌模型中，給予多巴胺2 型受體拮抗劑ONC201，癌組織從脂質(zhì)合成轉(zhuǎn)變?yōu)橹|(zhì)降解；此外，ONC201 劑量依賴性地抑制小鼠子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖、黏附和侵襲，并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，具有抗腫瘤作用[20]。這一研究提示ONC201 可能通過調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝在子宮內(nèi)膜癌的治療中發(fā)揮作用。

2.1.2 抑制腺苷脫氨酶（adenosine deaminases）所干擾的核酸代謝可能治療子宮內(nèi)膜癌 最近有研究發(fā)現(xiàn)，作用于RNA 的腺苷脫氨酶在子宮內(nèi)膜癌組織中的表達(dá)上調(diào)；隨后，體外功能學(xué)實驗顯示，敲除腺苷脫氨酶基因能顯著抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞的增殖和遷移，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[21]。在機制方面，腺苷脫氨酶可能通過誘導(dǎo)免疫沉默而促進(jìn)腫瘤發(fā)生，其脫氨基作用介導(dǎo)了核酸中的腺苷轉(zhuǎn)化為肌苷，而肌苷會被錯誤地識別為鳥苷，導(dǎo)致核酸剪接異常[22]，因此腺苷脫氨酶可能通過干擾核苷酸代謝而參與子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生和發(fā)展，同時這一發(fā)現(xiàn)也為子宮內(nèi)膜癌的治療提供了新思路。

2.1.3 三羧酸循環(huán)的代謝產(chǎn)物琥珀酸可能治療子宮內(nèi)膜癌 琥珀酸作為三羧酸循環(huán)的代謝產(chǎn)物，對細(xì)胞的基礎(chǔ)代謝產(chǎn)生影響。越來越多的研究表明，與三羧酸循環(huán)相關(guān)的酶成分活性異?？蓪?dǎo)致琥珀酸代謝紊亂，且與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)[23-24]。Iplik 等[25]發(fā)現(xiàn)，5 μmol/L、10 μmol/L 的琥珀酸可誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞凋亡，而對正常細(xì)胞無影響，提示琥珀酸可能是子宮內(nèi)膜癌治療藥物研發(fā)的新方向。

2.2 代謝組學(xué)在子宮內(nèi)膜癌預(yù)后中的應(yīng)用血清雌激素及其代謝物水平與子宮內(nèi)膜癌術(shù)后復(fù)發(fā)率高度相關(guān)，雌激素可通過與雌激素受體α 和β 結(jié)合而誘導(dǎo)子宮內(nèi)膜細(xì)胞增殖[26]，與子宮內(nèi)膜癌的發(fā)生高度相關(guān)。最近研究結(jié)果表明，血清類固醇激素可以作為預(yù)測子宮內(nèi)膜癌復(fù)發(fā)的潛在標(biāo)志物。Audet-Delage 等[27]分析了246 例絕經(jīng)的子宮內(nèi)膜癌患者在接受子宮切除術(shù)前、術(shù)后（1 個月內(nèi)）血清類固醇水平的變化，結(jié)果表明，術(shù)前雌二醇、硫酸雌酮的水平與癌癥復(fù)發(fā)呈負(fù)相關(guān)；而包括雌三醇和4-甲氧基-雌二醇在內(nèi)的雌二醇代謝物與術(shù)后復(fù)發(fā)呈正相關(guān)。

子宮切除術(shù)后面臨的另一個問題是術(shù)后出現(xiàn)的慢性疼痛，ω-6 不飽和脂肪酸血清濃度升高提示子宮內(nèi)膜癌術(shù)后可能出現(xiàn)慢性疼痛。不飽和脂肪酸，特別是ω-6 不飽和脂肪酸具有促炎特性[28]，而且對組織產(chǎn)生破壞作用。代謝組學(xué)研究結(jié)果顯示，子宮內(nèi)膜癌術(shù)后伴有慢性疼痛患者的術(shù)前血清ω-6 不飽和脂肪酸濃度較術(shù)后無疼痛患者顯著升高[29]，提示ω-6 不飽和脂肪酸可能成為預(yù)測子宮內(nèi)膜癌術(shù)后慢性疼痛的標(biāo)志物。

3 宮頸癌

3.1 代謝組學(xué)在宮頸癌治療中的應(yīng)用

3.1.1 調(diào)節(jié)脂肪酸代謝可以調(diào)控宮頸癌細(xì)胞的增殖和遷移 脂肪分解增強可促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的增殖和侵襲，脂質(zhì)的代謝異常與宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。脂肪酸結(jié)合蛋白5（fatty acid-binding protein 5，F(xiàn)ABP5）是一種低分子質(zhì)量的胞內(nèi)脂質(zhì)結(jié)合蛋白，參與脂肪酸的運輸和儲存，在一些腫瘤中表達(dá)上調(diào)[30]。Zhang 等[31]發(fā)現(xiàn)宮頸癌細(xì)胞質(zhì)內(nèi)中性脂質(zhì)水平與FABP5的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，這與FABP5 加速癌細(xì)胞內(nèi)的脂滴分解，促進(jìn)脂肪酸生成的作用一致；FABP5 導(dǎo)致的脂肪酸積累可激活核因子κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）信號通路，促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞侵襲和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，而這種促進(jìn)作用可被NF-κB 通路的拮抗劑和脂肪酶抑制劑奧利司他抵消，提示FABP5 是宮頸癌潛在的靶點?；钚匝酰╮eactive oxygen species，ROS）是促進(jìn)HIF-1α基因表達(dá)上調(diào)和蛋白質(zhì)穩(wěn)定的重要信號之一[32]。脂肪三酰甘油脂肪酶（adipose triglyceride lipase）可增加脂肪的分解代謝，不斷積累的脂肪酸能夠產(chǎn)生ROS，激活HIF-1α 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增強宮頸癌細(xì)胞的糖酵解和線粒體自噬，促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和侵襲；相反，過表達(dá)缺失功能的脂肪三酰甘油脂肪酶突變體，或在過表達(dá)野生型脂肪三酰甘油脂肪酶的宮頸癌細(xì)胞中應(yīng)用糖酵解的抑制劑，均能顯著抑制癌細(xì)胞增殖[33]，提示脂肪三酰甘油脂肪酶能推動調(diào)節(jié)脂質(zhì)的分解代謝而促進(jìn)宮頸癌的發(fā)生、發(fā)展。

Sirtuin 3（SIRT3）是線粒體中參與蛋白去乙?；拿?，SIRT3 的去乙酰化作用能夠上調(diào)乙酰輔酶A羧化酶的表達(dá)，促進(jìn)脂肪酸的從頭合成。SIRT3 在人宮頸癌細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)；在宮頸癌細(xì)胞系中敲低SIRT3 后，癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力顯著減弱，提示SIRT3 是治療宮頸癌的潛在靶點[34]。

3.1.2 抑制人羥基類固醇脫氫酶樣蛋白2（human hydroxysteroid dehydrogenase-like 2）能夠抑制宮頸癌細(xì)胞的增殖和遷移 人羥基類固醇脫氫酶樣蛋白2 在底物氧化、還原的催化過程中發(fā)揮作用[35]。Yang等[36]發(fā)現(xiàn)人羥基類固醇脫氫酶樣蛋白2 在宮頸癌組織中表達(dá)上調(diào)；其被敲除后癌細(xì)胞的生長和增殖受到抑制；而其過表達(dá)可上調(diào)脂質(zhì)代謝酶脂肪酸合酶、長鏈?；?輔酶A 合成酶1 和膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1 的表達(dá)，促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞增殖和遷移。敲除膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白1 可抵消人羥基類固醇脫氫酶樣蛋白2 過表達(dá)所促進(jìn)的增殖和遷移，因此，人羥基類固醇脫氫酶樣蛋白2 可能成為宮頸癌的潛在治療靶點。

3.1.3 L 型纈氨酸/色氨酸血漿含量升高提示宮頸癌患者對化療敏感 基于鉑類的新輔助化療（neoadjuvant chemotherapy，NACT）適用于局部晚期宮頸癌患者[37]，并且也適用于妊娠合并宮頸癌患者[38]。如何預(yù)測患者對NACT 的敏感性是目前臨床上亟需解決的問題。Hou 等[39]對38 例宮頸癌患者的血漿代謝產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)，L 型纈氨酸和L 型色氨酸的血漿含量升高提示患者對化療敏感或部分敏感，以其血漿含量建立預(yù)測模型預(yù)測NACT 敏感性準(zhǔn)確度的AUC可達(dá)0.940 7。表明外周血血漿L 型纈氨酸和L 型色氨酸含量可作為預(yù)測患者化療敏感性的標(biāo)志物。

3.2 代謝組學(xué)在宮頸癌預(yù)后評估中的應(yīng)用

3.2.1 血清總膽固醇和三酰甘油升高提示宮頸癌預(yù)后不佳 對宮頸癌代謝機制的研究表明，宮頸癌組織分解代謝比正常組織顯著增強，循環(huán)中游離的氨基酸被癌細(xì)胞作為能量來源大量攝入，促進(jìn)自身蛋白質(zhì)的合成，有利于腫瘤生長[40]。一項回顧性研究結(jié)果顯示，血清總膽固醇和三酰甘油的升高與宮頸癌預(yù)后較差相關(guān)，而且這兩項脂類代謝指標(biāo)還可作為宮頸癌生存率的預(yù)測因子（AUC＞0.75）[41]。

3.2.2 血漿磷脂酰膽堿和乙酰神經(jīng)酰胺水平上調(diào)提示宮頸癌預(yù)后良好 最近研究表明，磷脂酰膽堿的耗竭提示宮頸癌的預(yù)后較差。磷脂酰膽堿的代謝產(chǎn)物花生四烯酸和溶血磷脂酰膽堿，以及溶血磷脂酰膽堿的代謝產(chǎn)物L(fēng)PA，能夠促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，因此磷脂酰膽堿水平的高低亦可作為宮頸癌預(yù)后的潛在標(biāo)志物[42]。Zhou 等[42]收集了未治療、預(yù)后不良和預(yù)后良好的3 組宮頸鱗狀細(xì)胞癌患者的血漿樣本，利用代謝組學(xué)篩選出與宮頸癌預(yù)后相關(guān)的5 種生物標(biāo)志物：磷脂酰膽堿、磷脂酰甘油、乙酰神經(jīng)酰胺、D-麥芽糖和鄰苯二甲酸所構(gòu)建的預(yù)測模型能夠明確辨別預(yù)后良好和預(yù)后不良的宮頸癌患者，其中磷脂酰膽堿、乙酰神經(jīng)酰胺上調(diào)，而D-麥芽糖、鄰苯二甲酸和磷脂酰甘油下調(diào)提示預(yù)后良好；反之則提示預(yù)后不良。

4 結(jié)語與展望

侵襲、遷移以及不斷增殖是腫瘤細(xì)胞的共有特性。腫瘤細(xì)胞往往需要消耗更多的能量，這就增加了其對包括氨基酸、脂質(zhì)和核苷酸在內(nèi)的能量物質(zhì)的攝取和利用，因此，腫瘤的小分子物質(zhì)代謝譜往往可以直觀反映腫瘤在機體內(nèi)的狀況，并表現(xiàn)出與正常組織顯著不同的特點。將代謝組學(xué)應(yīng)用于婦產(chǎn)科常見腫瘤的預(yù)后分析是一種頗有前景的策略；此外，小分子代謝物還參與細(xì)胞信號通路的調(diào)控，那么將代謝組學(xué)與蛋白質(zhì)組學(xué)聯(lián)合應(yīng)用，不僅能深度探索腫瘤的發(fā)病機制，而且還可以為腫瘤的治療提供新靶點。