代謝組學在肺癌診斷及預后評估中的應用研究進展▲

呂蕊花 史琳娜 張喜榮 賈永軍 任 革 賀太平

(1 陜西中醫藥大學醫學技術學院，咸陽市 712046，電子郵箱：lvruihua1987@163.com；2 陜西中醫藥大學附屬醫院腫瘤二科，咸陽市 712000)

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

肺癌是發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個國家癌癥發病率的統計顯示，肺癌在男性癌癥中的發病率最高，達14.5%，在女性癌癥中的發病率為8.4%，僅次于乳腺癌[1]。因早期無特殊臨床表現，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，僅能進行姑息治療，因此生存時間很短[3]。因此，肺癌患者總體的預后不良與肺癌難以早期診斷有關。

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本。一般通過手術切除或者肺穿刺活檢獲取肺癌組織標本，大多數情況下都采取后者的方式進行基因檢測。但通過肺穿刺得到的組織學標本存在異質性，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標本，其中存在大批混合型腫瘤，常見的如腺鱗癌、腺癌大細胞混合癌等。此外，利用腫瘤組織進行基因檢測的另一個局限性為再次得到組織學標本的可能性非常小，不具有重復性[5]。因此，“液態活檢”被認為是具有發展前景的腫瘤組織檢測替代品[6]，而代謝組學技術可為“液態活檢”提供現代化的檢測手段。本文主要針對代謝組學在肺癌診斷及預后評估中的應用研究進展進行綜述。

1 代謝組學技術

代謝組學是在后基因組學時代興起的一門跨領域學科，其主要目標是定量地研究生命體因外界刺激、病理生理變化、本身基因突變而產生的代謝物水平的多元動態反應[7]。代謝組學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)。代謝組學的研究對象主要是生物體內1 000 Da以內的小分子物質，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、植物次生代謝產物及其降解產物。相對于基因組學、轉錄組學和蛋白質組學反映的是可能發生什么或如何發生，代謝組學則是顯示一系列事件的最終結果，更準確地反映生物體系的動態監測結果[8]。此外，代謝組學放大了基因和蛋白表達的微小變化，從而使檢測更容易實現。

2 代謝組學在肺癌診斷中的應用

2.1 氨基酸代謝 癌細胞與正常細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控物，吸收和合成內源性物質，因此其是最適合作為代謝組學的候選檢測指標之一。血漿連接各個器官系統，含有大量的循環腫瘤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，包括小細胞肺癌[11]和非小細胞肺癌[12]。

由于外周血小片段ctDNA能夠通過腎小球濾過膜進入尿液，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。吳逸明等[13]發現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，發現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，尿液中這些指標或也可作為肺癌早期診斷的一種輔助指標。

2.2 脂質代謝 脂質參與許多細胞代謝過程的調節，如細胞生長、增殖、分化、存活、凋亡、炎癥、運動和膜穩態。具有生物活性的脂質分子可調節線粒體膜通透性并激活不同的酶，例如半胱天冬酶，通過內在途徑促進細胞凋亡[15]。脂質失調是常見的腫瘤代謝變化。腫瘤細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胞中過量表達，并通過核因子κB信號途徑在腫瘤細胞的生長和侵入過程中發揮重要作用[18]。

有學者發現，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等[19]，血清總膽固醇水平與肺癌發病風險呈負相關[20]。這可能是因為癌細胞需要大量的脂質來生長、增殖、氧化還原、侵襲和轉移[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鍵酶，也是葡萄糖和脂肪代謝的交聯點，在膀胱、乳腺、肝臟、胃、結腸和前列腺腫瘤中均呈過表達[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表達水平與發病時期、分化程度及預后密切相關[26]。Mu等[27]采用假靶向氣相色譜-質譜法，檢測136例不抽煙的女性血清代謝物，包括65例非小細胞肺癌患者、6例肺良性腫瘤患者及65例健康女性，在非小細胞肺癌中發現了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胞肺癌的生物標志物。這均表明脂質代謝的檢測有助于肺癌的診斷。

3 代謝組學在肺癌治療效果評估中的應用

細胞代謝是一個復雜且相互依賴的交錯網絡，局部改變將對腫瘤的整體代謝產生影響[28]， 因此，可以應用代謝組學評估肺癌的治療效果。例如，Mathé等[29]采用液相色譜-串聯質譜非靶代謝組學分析非小細胞肺癌患者和正常人的尿液，發現尿液中肌酸核苷和N-乙酰神經氨酸可以作為評估非小細胞肺癌治療效果的標志物。此外，Serizawa等[30]發現，采用毛細管電泳-飛行時間質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胞肺癌患者的治療效果。

4 小結及展望

代謝組學對肺癌的終端產物進行多元化綜合分析，從代謝產物上對機體內發生的變化進行整體測定，彌補了單一指標的片面性，還可以對肺癌發展進程進行定期。代謝組學除了應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。

中醫藥從整體上進行多靶點、多通道治療肺癌，有著獨特的優勢，在延長患者生存時間、提高生活質量方面有著公認的臨床效果。但由于不同中醫專家對癥候分型及其用藥標準的判斷和理解存在差異，因此中藥在治療肺癌方面沒有統一的方劑。代謝組學或可在評估中醫藥的治療效果方面發揮重要作用，特別是對成分復雜的中藥復方，可通過檢測小分子代謝產物，促進證候本質的研究，使中醫辯證思想科學化和定量化。在此基礎上，代謝組學還有望從中醫的4種不同癥候出發，研究代謝產物與不同癥候的相關性，從而揭示和評估中醫藥在治療肺癌方面的效果及相關機制。