膀胱癌的代謝組學(xué)研究進(jìn)展*

王 鐵 綜述,許建成 審校

吉林大學(xué)第一醫(yī)院檢驗(yàn)科,吉林長(zhǎng)春 130021

膀胱癌(BC)是發(fā)生在膀胱黏膜上的、泌尿系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤[1]。近年來(lái)全球BC的發(fā)病率和病死率呈上升趨勢(shì)[2]。BC位列我國(guó)泌尿系統(tǒng)腫瘤發(fā)病率第一位,其病死率居泌尿系統(tǒng)腫瘤第二位。BC傳統(tǒng)上分為非肌肉浸潤(rùn)性尿路上皮癌和肌肉浸潤(rùn)性尿路上皮癌[3]。研究表明,早期診斷和及時(shí)治療能極大提高BC患者生存率[4]。目前,BC診斷的金標(biāo)準(zhǔn)是膀胱鏡檢查與活檢組織的病理學(xué)評(píng)估[5-6],并結(jié)合尿血、膀胱刺激、排尿困難或尿急等癥狀輔助診斷[7]。但膀胱鏡檢查存在操作困難、侵入性及費(fèi)用昂貴等問(wèn)題。近年來(lái),腫瘤標(biāo)志物廣泛用于BC診斷,但其靈敏度、特異度和診斷準(zhǔn)確性并不理想[8-9]。因此,有必要尋找更有價(jià)值的新型腫瘤標(biāo)志物,為BC的早期診斷及預(yù)防提供依據(jù)。

代謝組學(xué)是繼蛋白質(zhì)組學(xué)和基因組學(xué)后迅速發(fā)展的一門(mén)學(xué)科,可系統(tǒng)分析相對(duì)分子質(zhì)量較小的代謝物質(zhì),生物體液的分析主要基于核磁共振和質(zhì)譜兩種分析平臺(tái)。代謝組學(xué)技術(shù)已廣泛用于多種疾病的早期診斷、鑒別、監(jiān)測(cè)、藥物靶點(diǎn)及發(fā)病機(jī)制等研究[10-13]。BC的進(jìn)展與代謝異常有關(guān)[14],許多研究者利用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)BC患者的尿液、血液及組織等標(biāo)本進(jìn)行研究,取得了一定成果[15-16]。本文針對(duì)不同類(lèi)型標(biāo)本中代謝組學(xué)技術(shù)篩選出的BC標(biāo)志物進(jìn)行綜述,旨在為BC的早期診斷、疾病進(jìn)展、預(yù)后評(píng)估等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 BC患者尿液的代謝組學(xué)

尿液中可能含有膀胱腫瘤細(xì)胞釋放的代謝物質(zhì),是BC檢測(cè)的良好標(biāo)本。尿液檢查具有易獲取、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)勢(shì),但血尿可能影響尿液代謝組學(xué)在BC中的診斷價(jià)值[17]。一些研究針對(duì)有無(wú)血尿的BC患者進(jìn)行多變量分析,發(fā)現(xiàn)該混雜因素可被很好地消除[18-20]。因此,尿液成為BC代謝組學(xué)分析中優(yōu)先考慮的生物標(biāo)本。

LUCZYKOWSKI等[21]分析了24例BC患者(觀察組)和24例健康者(對(duì)照組)的尿液代謝譜,發(fā)現(xiàn)參與苯丙氨酸代謝途徑的N-乙酰苯丙氨酸、4-羥基肉桂酸、苯甲酸和馬尿酸水平,參與β-丙氨酸代謝途徑的組氨酸和肌肽水平,參與磷酸戊糖途徑的葡萄糖酸水平,以及參與色氨酸代謝途徑的5-羥基吲哚乙酸水平在兩組間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。JACYNA等[22]在BC患者中發(fā)現(xiàn)了17種改變的尿液代謝物,其主要參與了氨基酸、核苷酸及能量代謝。同一研究組在BC患者尿液中確定了10種參與腸道菌群代謝、RNA降解和嘌呤代謝等途徑的差異表達(dá)代謝物(P<0.05),包括尿苷、假尿苷、乙酰賴(lài)氨酸、乙酰神經(jīng)氨酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、黃嘌呤、7-甲基鳥(niǎo)嘌呤、1,7-二甲基黃嘌呤和馬尿酸[23]。此外,有研究發(fā)現(xiàn)了19種與苯乙酸、丙酸、脂肪酸、丙酮酸代謝等有關(guān)的代謝物在BC患者中異常表達(dá),其中以單磷酸腺苷、甘氨脫氧膽酸和棕櫚酰肉堿的變化最為顯著[24]。SRIVASTAVA等[25]對(duì)33例BC患者(BC組)、33例良性對(duì)照(尿路感染/膀胱結(jié)石)和37例健康者的尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)BC組枸櫞酸鹽、檸檬酸和馬尿酸水平降低,?；撬崴缴?但無(wú)法鑒別腫瘤分期。LIN等[26]研究發(fā)現(xiàn),與良性對(duì)照組相比,BC組脫氨基酪氨酸、赤蘚糖醇、D-核糖、核糖醇、D-果糖、D-甘露糖、D-半乳糖及一種未知代謝物等的水平異常升高,利用Logistic回歸建立8種代謝物的組合預(yù)測(cè)模型,曲線下面積(AUC)高達(dá)0.976,但該模型能否應(yīng)用于臨床還有待大樣本量的評(píng)估與驗(yàn)證。由此可見(jiàn),尿液代謝組學(xué)分析可發(fā)現(xiàn)BC患者在能量、氨基酸、核苷酸、腸道微生物等多方面的代謝標(biāo)志物變化,可為BC的診斷與監(jiān)測(cè)提供良好依據(jù)。

LORAS等[27]評(píng)估了尿液代謝組學(xué)譜在BC術(shù)后復(fù)發(fā)中的監(jiān)測(cè)價(jià)值,檢測(cè)了31例BC患者在尿道膀胱腫瘤切除術(shù)前后的316份尿液標(biāo)本的代謝變化,最終認(rèn)為苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸和色氨酸可作為監(jiān)測(cè)BC術(shù)后復(fù)發(fā)的候選生物標(biāo)志物。尿液代謝組學(xué)在BC術(shù)后復(fù)發(fā)中的研究有待進(jìn)一步評(píng)估和驗(yàn)證。

2 BC患者血清/血漿的代謝組學(xué)

血清腫瘤標(biāo)志物是早期發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測(cè)腫瘤進(jìn)展的重要指標(biāo),因此基于血液標(biāo)本的代謝組學(xué)技術(shù)有望在尋找BC生物標(biāo)志物方面發(fā)揮重要作用。

CAO等[28]對(duì)39例BC患者(BC組)和25例健康者血清進(jìn)行代謝組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)BC組血清異亮氨酸/亮氨酸、酪氨酸、乳酸、甘氨酸和檸檬酸水平下調(diào),而極低密度脂蛋白、乙酰乙酸脂和葡萄糖水平上調(diào)。這些代謝物參與了氨基酸代謝、糖酵解、檸檬酸循環(huán)及脂肪生成等多個(gè)途徑。值得注意的是,檸檬酸水平在BC患者的尿液代謝譜中也呈下調(diào)趨勢(shì)[25],故檸檬酸循環(huán)可能在BC的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。ZHOU等[29]開(kāi)發(fā)了一種基于氣相色譜-質(zhì)譜和選擇離子監(jiān)測(cè)的偽靶向代謝組學(xué)方法,并將其應(yīng)用于BC血漿代謝組學(xué)研究,結(jié)果顯示BC組中參與磷酸戊糖途徑、核苷酸和脂肪酸合成的代謝物水平顯著增加(P<0.05)。由此可見(jiàn),激活的磷酸戊糖途徑可能通過(guò)促進(jìn)脂質(zhì)和核苷酸的生物合成來(lái)調(diào)節(jié)BC細(xì)胞增殖。鄭思佳等[30]認(rèn)為BC患者的氨基酸、膽汁酸及脂肪酸代謝紊亂,甘磷酸膽堿、胱氨酸、十二碳烯酸、二十碳烯酸和鵝去氧膽酸可聯(lián)合診斷BC的發(fā)生。另一研究使用核磁共振技術(shù)對(duì)不同分級(jí)的BC患者(BC組)和健康者(對(duì)照組)的血清代謝譜進(jìn)行分析,利用正交偏最小二乘判別法建立衍生模型,該模型可區(qū)分BC組和對(duì)照組(6個(gè)代謝物:二甲胺、丙二酸、乳酸、谷氨酰胺、組氨酸和纈氨酸,AUC為0.99,靈敏度為96%,特異度為94%),以及低度和高度惡性BC組(3個(gè)代謝物:二甲胺、谷氨酰胺、丙二酸,AUC為0.99,靈敏度為97%,特異度為99%),通過(guò)內(nèi)部和外部交叉驗(yàn)證,證實(shí)了模型的有效性[31]。因此,血清/血漿代謝組學(xué)篩選出的BC差異代謝物可能具有較好的臨床效用,有望在臨床應(yīng)用與推廣。以上研究發(fā)現(xiàn)的差異代謝物不盡相同,但均表明BC的發(fā)生、發(fā)展與氨基酸、脂質(zhì)、脂肪酸代謝密切相關(guān)。

國(guó)內(nèi)有研究同時(shí)對(duì)BC患者的尿液及血液進(jìn)行代謝組學(xué)分析,以擴(kuò)大標(biāo)志物的篩查范圍[32]。該研究發(fā)現(xiàn)血液及尿液中各有13種內(nèi)源性代謝物對(duì)BC患者與健康者的分類(lèi)鑒別存在價(jià)值,其中次黃嘌呤在2類(lèi)標(biāo)本中均檢測(cè)到異常增高。這提示不同類(lèi)型標(biāo)本中的代謝物檢出情況具有較大差異,進(jìn)行代謝組學(xué)分析時(shí)應(yīng)盡量采用多種標(biāo)本聯(lián)合檢測(cè)。

3 BC組織標(biāo)本的代謝組學(xué)

相較于尿液與血液,組織標(biāo)本富含的代謝信息更多。因此,有研究者利用BC患者的組織標(biāo)本進(jìn)行代謝組學(xué)分析,尋找BC診斷與鑒別診斷的特異性生物標(biāo)志物。

PUTLURI等[33]使用高通量質(zhì)譜法對(duì)27例患者鄰近的良性組織和31例BC組織標(biāo)本進(jìn)行特異性代謝分析,鑒定了35種不同的BC特異性代謝物。PIYARATHNA等[34]對(duì)病理證實(shí)的BC組織進(jìn)行了脂質(zhì)組學(xué)研究,并確定了良性和不同分期BC之間的脂質(zhì)改變,例如相對(duì)于良性組織,BC組織中的磷脂和脂肪酸水平較高,三酰甘油水平較低;在不同分期的BC中,磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷膽堿水平隨腫瘤分期逐漸降低,而二酰甘油水平逐漸升高。將這些改變的脂質(zhì)映射到相應(yīng)的代謝基因并與轉(zhuǎn)錄組學(xué)整合,產(chǎn)生了與BC患者存活率顯著相關(guān)的基因特征,但該特征尚未得到驗(yàn)證。VON RUNDSTEDT等[35]使用液相色譜的靶向質(zhì)譜法分析了BC病理組織和良性鄰近組織,鑒定出31種代謝物在BC病理組織和良性組織標(biāo)本之間存在的差異性改變。研究者利用在線數(shù)據(jù)庫(kù)確定了174個(gè)涉及以上物質(zhì)代謝途徑的相關(guān)基因,將代謝基因與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)整合,確定了一個(gè)由30個(gè)基因組成的代謝特征。該特征在預(yù)測(cè)95例低特征評(píng)分BC患者與282例高特征評(píng)分BC患者的生存率方面差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.046)。組織標(biāo)本代謝組學(xué)篩選出的BC差異代謝物種類(lèi)和信息更多,具有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值,但組織標(biāo)本不易獲取限制了其應(yīng)用。

4 小 結(jié)

代謝組學(xué)技術(shù)檢測(cè)BC患者的尿液、血液、組織,篩選出差異表達(dá)的氨基酸、脂肪酸、脂質(zhì)、嘌呤、能量等代謝產(chǎn)物,為BC代謝組學(xué)的研究及臨床應(yīng)用提供了依據(jù)。但標(biāo)本類(lèi)型、檢測(cè)方法、研究數(shù)量等因素均可導(dǎo)致代謝組學(xué)分析結(jié)果的差異,如檢測(cè)平臺(tái)未能實(shí)現(xiàn)一致性,無(wú)法評(píng)估平臺(tái)間的系統(tǒng)差異;研究樣本數(shù)量有限,缺乏多中心驗(yàn)證,難以保證研究結(jié)果的準(zhǔn)確性;機(jī)體代謝物易受到多種不可控的因素干擾;患者長(zhǎng)期臨床隨訪數(shù)據(jù)不完整等。在實(shí)驗(yàn)室條件允許的情況下,應(yīng)對(duì)患者的多種標(biāo)本進(jìn)行整合分析,以獲取更廣泛的代謝物信息,尋找具有更高診斷潛能的生物標(biāo)志物。