解思琦,張恒瑀,李紅萬,譚明建,王青,李思嘉,鄭凱,劉德權,唐詩聰
(云南省腫瘤醫院/昆明醫科大學第三附屬醫院乳腺外一科,云南 昆明 650118)
乳腺癌作為世界婦女最常見的惡性腫瘤,其發病率在大部分國家都成逐年增長趨勢,據世界衛生組織國際癌癥研究機構(international agency for research on cancer,IARC)發布的2020 年全球最新癌癥負擔數據顯示,2020 年全球乳腺癌新發病例高達230 萬(11.7%),首次超越肺癌,成為全球最常見癌癥[1]。盡管治療策略有所改進,乳腺癌患者的預后得到了一定改善,但其發病率仍然很高,很大原因是乳腺癌缺乏無創、可靠的早期診斷方法。乳腺癌中氨基酸代謝異常的研究對乳腺癌的診斷及預防具有重要意義,血清氨基酸有望成為乳腺癌早期檢測和篩查的生物標志物[2?3]。
氨基酸存在于人體血清中,它對正常細胞和癌細胞的增殖和生存來說都是必不可少的營養物質。健康人群血清氨基酸濃度保持在一定范圍內,而腫瘤細胞對促進增殖和癌癥進展的營養物質的需求增加[4]。體內氨基酸代謝紊亂不僅會影響全身的糖類、蛋白質等其他代謝,還會影響癌細胞的代謝增殖狀態[5]。
近年來,氨基酸與癌癥的關系引起了學者們的廣泛研究。研究人員在肺癌、直腸癌、前列腺癌等多種癌癥患者的體內都觀察到了其血清纈氨酸(Val)、甲硫氨酸(Met)、酪氨酸(Tyr)的多種氨基酸水平的顯著變化,并且這些氨基酸可能是腫瘤診斷的潛在標志物[6?7]。目前,谷氨酰胺(Gln)、絲氨酸(Ser)和甘氨酸(Gly)已被確定為支持癌細胞生長的代謝調節劑[8?9]。實驗也表明抑制乳腺癌細胞中亮氨酸(Leu)和谷氨酰胺(Gln)的攝取可以降低細胞活力和延緩細胞周期進展,使得此類氨基酸的阻斷劑可通過破壞細胞內氨基酸穩態和抑制代謝和生長途徑成為潛在抗癌藥物[10]。體外細胞實驗已經證實了乳腺癌細胞對支鏈氨基酸的攝取增加以及癌組織中芳香族氨基酸的過度表達,并且這種差異在乳腺癌細胞和正常細胞間顯著存在[11]。
在臨床檢測中,乳腺癌患者體內氨基酸水平也表現出一定變化。研究顯示,與健康對照組相比,乳腺癌患者包括血清纈氨酸(Val)在內的大部分氨基酸濃度顯著降低,并且其降低程度與乳腺癌進展呈正相關,但血清Met、苯丙氨酸(Phe)無明顯變化。其中丙氨酸(Ala)、精氨酸(Arg)、Tyr、亮氨酸(Ile)和色氨酸(Trp)被認為是較好的潛在乳腺癌鑒別指標[12]。另有研究指出乳腺癌患者血清Val、Met 濃度水平與健康人群無明顯差異,但Gln、Trp、組氨酸(His)、苯丙氨酸(Phe)、Tyr 水平顯著降低,而其他氨基酸顯著增高[3]。還有研究表明乳腺癌患者術前血清中Val、谷氨酸(Glu)、Gln、Ala 等多種氨基酸的水平明顯高于健康對照者,而術后除Val 和Glu 外,其他氨基酸沒有這種差異。并且在乳腺癌患者中,侵襲性最強的腫瘤亞型(三陰型)的血清氨基酸水平最高顯著高于侵襲性最小的腫瘤亞型(luminal A 型)[13]。
雖然氨基酸與乳腺癌的相關性已經成為學者們廣泛研究的熱點,但氨基酸與乳腺癌的關系仍有爭議,尤其纈Val、Met 在乳腺癌的發生及進展中的作用尚不明確。在該項研究中,筆者測定了乳腺良性腫瘤患者、乳腺癌患者及健康人群的血清Val、Met 的濃度差異,并評估Val、Met 對乳腺癌的診斷價值。另外,還分析了不同乳腺癌亞組分型的Val、Met 的濃度差異,并進一步評估了Val、Met 與乳腺癌風險的關系。
該研究回顧性分析了2020 年9 月至2020 年12 月期間,就診于云南省腫瘤醫院的乳腺癌和乳腺良性腫瘤患者的病歷資料。該研究最終納入乳腺癌BC 組87 例、乳腺良性腫瘤BE 組38 例,同期納入志愿檢測并提供個人資料的同年齡段的健康女性91 名作為對照組。所有研究對象年齡均為女性,年齡23~76 歲,平均(49±1.04)歲,3 組研究對象的基線特征如性別、年齡、BMI、身高體重數據比較,差異無統計學意義(P>0.05),具有可比性。
病例診斷標準[14]:乳腺良性腫瘤組及乳腺癌患者的乳腺超聲、乳腺鉬靶和乳腺磁共振等影像學檢查均在云南省腫瘤醫院進行,經云南省腫瘤乳腺外一科醫生進行評估后進行組織活檢或腫塊切除。病理組織標本由云南省腫瘤醫院病理科2名以上醫師診斷確診為乳腺良性腫瘤或乳腺癌。且所有乳腺癌患者的病理免疫組化結果和Fish 基因結果都經云南省腫瘤醫院病理科醫生直接檢測得出或經病理會診得出。
研究對象納入標準:(1)經病理確診為乳腺癌或乳腺良性腫瘤;(2)乳腺癌患者的化療方案都由云南省腫瘤乳腺外一科醫生根據患者個體情況擬定,且患者化療均在云南省腫瘤醫院進行。
研究對象排除標準:(1)處于哺乳期;(2)近2 a 內攝入氨基酸藥物制劑;(3)合并其他腫瘤;(4)合并心臟病、高血壓、糖尿病等重大臟器功能疾病;(5)經確診后未在昆明醫科大學第三附屬醫院繼續治療及乳腺癌患者未在昆明醫科大學第三附屬醫院行規律化療;(6)病理及病史資料缺失不滿足數據分析。
本研究符合赫爾辛基宣言(2013 年修訂),經過昆明醫科大學第三附屬醫院(云南省腫瘤醫院)倫理委員會批準(編號:KY201944),所有患者均獲得知情同意書。
從2020 年9 月至12 月,所有受試者在空腹狀態下于早晨8 點至云南省腫瘤醫院乳腺外一科經外周靜脈穿刺采血3~5 mL 置于促凝管中,常溫保存。其中乳腺癌組中正在接受化學治療的患者采血時間為第2 個化療周期化療藥物輸注體內后第2 天早晨8 點。采血后,血液標本于2 h 內送至云省腫瘤醫院腫瘤研究所,采用液相色譜-串聯質譜法進行Val 及Met 檢測并出具檢測報告,檢測試劑盒及儀器均由云省腫瘤醫院腫瘤研究所提供。
Val 濃度水平正常參考范圍:131~313 μmlo/L,Met 濃度水平正常參考范圍:4~44 μmlo/L。
所有數據均采用SPSS 25.0 軟件進行統計學處理,健康對照組、乳腺良性腫瘤組和乳腺癌組的Val、Met 濃度經K-S(Kolmogorov-Smirov)檢驗及P-P 圖檢驗得出其分布屬于非正態分布。統計學方法采用Kruskal-Wallis H 檢驗分析,濃度水平用中位數及四分位數間距來表示,并評估健康對照組、乳腺良性腫瘤組和乳腺癌組間的血清維生素水平差異的顯著性。在根據BC 組和健康對照組的Val 和Met 的濃度水平繪制ROC 曲線,通過ROC 曲線下面積(AUC)評估血清Val、Met 對乳腺癌的診斷效能,并計算其臨界值、靈敏度及特異性。計數資料采用χ2檢驗,分析不同Val、Met 乳腺癌各亞型間差異的顯著性。通過二元Logistic 回歸分析、計算優勢比和95%置信區間(CI)來評估Val 和Met 與乳腺癌的風險關系。
經K-S 檢驗及繪制P-P 圖發現Val、Met 在健康對照組、BE 組和BC 組的濃度水平不完全呈正態分布,采用Kruskal-Wallis H 檢驗分析3 組間的氨基酸水平差異發現Val(P=0.001)和Met(P<0.001)在健康對照組、BE 組和BC 間的差異具有統計學意義。再經Bonferroni 法校正顯著性水平(雙側檢驗,顯著水平為0.05)的事后兩兩比較發現:Val 在BC 組和健康對照組(P=0.005)、BC 組和BE 組(P=0.013)間的濃度水平差異具有統計學意義,并且BC 組的血清Val 水平高于健康對照組和BE 組,而EB 組和健康對照組間的Val 水平無明顯差異。另外,Met 在BC 組和健康對照組(P<0.001)、BE 組和健康對照組(P<0.001)間的濃度水平差異也具有統計學意義,并且BC組和BE 組的Met 水平都高于健康對照組,而BC組和BE 組間的Met 水平,差異無統計學意義(P=0.478),見表1。

表1 不同分組的血清Val、Met 濃度的比較(n=216)Tab.1 Comparison of serum Val and Met concentrations in different groups(n=216)(M±IQR)
根據BC 組中患者的血清Val、Met 平均數進行分組進行基線特征的亞組分析,其中Val <188.66 μmlo/L 有46 例、Val≥188.66 μmlo/L 有41 例,2 組患者的Val 濃度水平僅在淋巴結是否轉移(χ2=7.590,P=0.006)和病理分型(χ2=0.006,P=0.002)上,差異具有統計學意義(P<0.05);而在年齡、是否停經、初潮年齡、乳腺癌家族史、BIM、TNM 分期、腫塊大小、ER、PR、Ki-67、HER-2、AR、是否化療及是否手術上,差異無統計學意義(P>0.05)。另外血清Met <27.74 μmlo/L 有53 例、Met≥27.74 μmlo/L 有34 例,2 組患者的Met 濃度水平在是否停經(χ2=4.557,P=0.033)、是否化療(χ2=8.746,P=0.003)和是否手術(χ2=7.130,P=0.008)上,差異有統計學意義(P<0.05),在年齡、初潮年齡、乳腺癌家族史、BIM、TNM 分期、腫塊大小、淋巴結是否轉移、ER、PR、Ki-67、HER-2、AR 和病理分型上,差異無統計學意義(P>0.05),見表2。

表2 不同Val、Met 濃度水平的乳腺癌患者基線特征Tab.2 Baseline characteristics of breast cancer patients with different concentrations of Val and Met
進行了病理分期的81 例乳腺癌患者、分子分型的80 例乳腺癌患者及接受化療的61 例患者的氨基酸水平濃度經K-S(Kolmogorov-Smirov)檢驗及P-P 圖檢驗,大部分符合正態分布,少部分屬于輕微偏態。
2.3.1 不同TNM 分期的乳腺癌患者血清Val、Met水平比較對納入研究的87 例乳腺癌患者進行篩選,排除6 例因病理資料缺失而無法進行分類期的患者,對剩余81 例乳腺癌患者進行TMN 分期,其中Ⅰ期有26 例、Ⅱ期有32 例、Ⅲ期有20 例以及IV 有3 例。對各個分組的乳腺癌患者的血清Val、Met 濃度進行方差齊性檢驗結果方差都齊,經ANOVA 檢驗發現不同分期的乳腺癌患者Val、Met 濃度,差異無統計學意義(P>0.05),見表3。

表3 不同分期乳腺癌患者的Val、Met 濃度水平比較(n=81)Tab.3 Comparison of levels of Val and Met in breast cancer patients in different stages(n=81)
2.3.2 不同病理分子分型的乳腺癌患者血清Val、Met 水平比較在排除7 例因病理數據缺失而無法進行分類的患者后,對80 例乳腺癌患者進行分子分型,其中Luminal A 型有15 例、Luminal B型有34 例、三陰型有10 例、HER-2 陽性(HR 陽性)有10 例以及HER-2 陽性(HR 陰性)11 例。通過方差齊性檢驗,Val 濃度的方差不齊(P<0.05),采用Welch 檢驗得出結果,Val 在不同分子分型組間的差異具有統計學意義(F=3.403,P=0.023),經塔姆黑尼Tamhane T2 檢驗進行事后多重比較,僅Luminal B 型組和HER-2 陽性(HR 陰性)組間的Val 濃度,差異具有統計學意義(P=0.026),其余分組間的Val 濃度差異無統計學意義(P>0.05)。Luminal B 型組的Val 平均濃度為(191.81±37.75)μmlo/L,HER-2 陽性(HR 陰性)的Val 平均濃度為(153.69±30.13)μmlo/L,Luminal B 型組的Val比HER-2 陽性(HR 陰性)組平均高出(38.121±11.16)μmlo/L。另外,Met 濃度的方差齊,經ANOVA檢驗發現不同分子分型組間的Met 濃度,差異無統計學意義(P>0.05),見表4。

表4 不同分子分型的乳腺癌患者Val、Met 濃度水平比較(n=80)Tab.4 Comparison of Val and Met concentrations in breast cancer patients with different molecular types(n=80)
2.3.3 不同化療方案的乳腺癌患者血清Val、Met水平的影響在納入乳腺癌研究組的87 例患者中,有61 名患者進行了化療。根據化療方案的不同,將該61 例病例分為4 組:TC 方案組有11 例、AC 方案有22 例、EC/AC-T 方案有22 例以及其他方案6 例方差齊性檢驗,化療患者血清Val、Met 濃度水平方差都都齊(P>0.05),經ANOVA檢驗,不同化療方案組的Val、Met 濃度,差異無統計學意義(P>0.05),見表5。

表5 不同化療方案乳腺癌患者的Val、Met 濃度水平比較(n=61)Tab.5 Comparison of levels of Val and Met in breast cancer patients with different chemotherapy regimens(n=61)
采用二元Logistic 回歸分析血清Val、Met 濃度水平與乳腺癌的風險關系,
對乳腺癌組及健康對照組的血清Val、Met 濃度進行Hosmer-Lemeshow 霍斯默-萊梅肖擬合優度檢驗(HL 檢驗),其顯著性為0.081(P>0.05),數據與回歸模型擬合程度較好。回歸分析結果:血清Val 濃度水平和乳腺癌風險無明顯關系,但血清Met 會顯著影響乳腺癌的發生(P<0.001),血清Met 的濃度越高,乳腺癌的患病風險就越高,并且Met 的濃度水平每增加一個單位,乳腺癌患病風險就增加24%(OR=1.24 95%CI:1.15-1.34),見圖1。

圖1 血清Val、Met 與乳腺癌的風險關系Fig.1 The relationship between serum Val,Met and breast cancer risk
經二元Logistic 回歸分析,血清Val 水平對乳腺癌患病無顯著影響,而血清Met 會對乳腺癌患病產生影響。圖2 根據BC 組和健康對照組Met的濃度水平繪制ROC 曲線,差異有統計學意義(P<0.05)。結果如表6 所示,血清Met(P<0.001)都乳腺癌的診斷,差異有統計學意義(P<0.05)。其AUC 為0.83、敏感度及特異性分別為69%和90.1%,臨界值為19.76 μmlo/L。

表6 乳腺癌組和健康對照組血清Met 的ROC 曲線下面積(AUC)、敏感度(%)和特異性(%)及 95% CI 參數Tab.6 Area under the ROC curve(AUC),sensitivity(%),specificity(%)and 95% CI parameters of serum Met in breast cancer group and healthy control group

圖2 乳腺癌組和健康對照組的血清Val、Met ROC 曲線Fig.2 Serum Val and Met ROC curves of breast cancer group and healthy control group
血清氨基酸在乳腺癌診斷與預防中的潛在意義已經成為了醫學研究的熱點,也有大量研究提示了血清氨基酸在乳腺癌中的生物標記作用及風險關系。但目前的研究結論并不一致,氨基酸與乳腺的關系仍有爭議,并且在中國進行的氨基酸與乳腺癌相關研究較少,尤其是Val、Met 在乳腺癌中的有關研究缺乏。
氨基酸作為蛋白質的基本單位,同時也是多種生物合成途徑的中間代謝物,在人體的新陳代謝中發揮著重要的作用,而氨基酸在體內的代謝改變會對腫瘤細胞及腫瘤免疫微環境產生影響,所以腫瘤患者體內的氨基酸水平可能有所變化。Tyler Barnes 等[15?16]的研究納入了8 名乳腺癌患者及年齡、BMI 與其相匹配的健康女性,還有8名健康的年輕女性,通過高效液相色譜法測定了她們的血清氨基酸水平并比較其差異,結果發現與健康對組相比,乳腺癌患者的血清Val、Met 的濃度分別為(213±58)μmol/L、(27±10)μmol/L,與健康對照組的血清Val、Met 濃度的差異無統計學意義(P>0.05)。
但在筆者的研究中發現乳腺癌患者與健康對照組的血清Val、Met 差異具有統計學意義,并且與健康對照組相比,乳腺癌患者的Val、Met 濃度升高。并且乳腺癌患者的血清也是高于乳腺良性腫瘤組,所以造成這種差異的原因有可能是乳腺癌患者體內的氨基酸代謝發生改變,從而導致血清Val、Met 的濃度水平增高。在筆者的研究中,通過檢測健康人群、乳腺良性腫瘤患者及乳腺癌患者的血清Val、Met 濃度,比較Val 及Met 在不同人群中的差異,并進一步分析了血清Val、Met與在乳腺癌各亞型中的濃度,同時探究了血清Val、Met 對乳腺癌的診斷作用及風險影響。Val作為支鏈氨基酸可以通過線粒體支鏈α 酮酸脫氫酶復合體參與代謝而產生琥珀酰輔酶A 和乙酰輔酶A,并通過三羧酸循環進行氧化而產生能量,并且參與了脂肪酸的合成為機體提供能量來源[16]。而腫瘤細胞在體內的生長和增需要消耗更多的能量,乳腺癌患者血清Val 濃度的增加就可能與癌細胞能量需求的增加有關。Thandapani P 等[17]將人類淋巴細胞白血病的腫瘤細胞移植到小鼠體內進行了飲食觀察,發現Val 會激活腫瘤的生長,也就意味著腫瘤細胞的生長很可能依賴纈氨酸。同樣,Val 的攝入也和乳腺癌的生長有關,Kou,Fang 等[11]對來自 HCC 1806(乳腺癌細胞)和 MCF-10A(正常乳腺上皮細胞)細胞系的細胞培養基樣品進行了 40 種氨基酸和衍生物的靶向代謝組學分析后觀察到乳腺癌細胞對Val 的攝取攝取顯著增加。Val 與腫瘤細胞增殖的相關性得到了越來越多的認可,未來也需要有關的實驗來證明該結論的可靠性。
由于腫瘤細胞對氨基酸的消耗增加,為此有研究提出或許可以通過靶向氨基酸的代謝消耗氨基酸來誘導腫瘤細胞的凋亡。因為腫瘤細胞的生長增殖主要依賴于外源性氨基酸的供應,而相對于腫瘤細胞,正常細胞對氨基酸的代謝需求較低,當腫瘤細胞選擇性地依賴于外源性特定氨基酸的供應時,干擾腫瘤細胞獲得氨基酸,將導致腫瘤細胞氨基酸饑餓、生長停止并逐漸發生凋亡[18]。在氨基酸中,Met 不僅是人體的必須氨基酸,同時也是體內最重要的甲基供體,影響著生物的合成與代謝。Jeon,Hyein 等[19]研究了氨基酸對人三陰性乳腺癌(TNBC)細胞系 MDA-MB-231 和Hs 578T 以及原位 4T1 小鼠 TNBC 腫瘤模型的轉移表型的特異性抑制作用后提出,與對照組相比,缺乏Met 飲食的飲食的小鼠乳腺癌肺轉移率較低。這也提示了限制Met 的攝入可以為更有效的癌癥治療提供潛在的營養策略。但由于目前相關研究僅在動物實驗進行,靶向氨基酸代謝在乳腺癌的臨床治療價值還需進一步的研究來驗證,并提供更多數據來證明該方法的可行性。
考慮到Val、Met 濃度水平在乳腺癌患者的體內有所增高,筆者進一步探究了Val、Met 在乳腺癌中的診斷意義。結果提示血清Val、Met 對乳腺癌的診斷都具有統計學意義,提示了Val、Met 可能成為乳腺癌的生物標志物,其中Val 臨界值為165.34 μmlo/L,Met 的臨界值為19.76 μmlo/L。另外,Cheng,Fei 等[20]采用超高效液相色譜-質譜(UPLC-MS)測定了27 名乳腺癌患者及28 名健康女性的唾液唾液游離氨基酸,并用ROC 曲線評估了每種氨基酸的診斷性能,結果表明包括Val、Met 在內的15 中氨基酸都有作為乳腺癌早期診斷生物標志物的潛能,其中Val 的靈敏度為70.6%、特異性為71.4%,臨界值為280.1 ng/mL;Met 的靈敏度為82.4%、特異性為71.4%,臨界值為6.8 ng/mL。雖然該項研究與筆者研究的測定樣本不一樣,但其結果都提示了體內Val、Met 在乳腺癌中具有診斷意義,其作為生物標記物在乳腺癌診斷中的臨床價值值得重視。
雖然乳腺癌的確切病因尚不清楚,但其發生與年齡、初潮年齡、絕經狀態、絕經前口服避孕藥的使用、絕經后激素的使用、產次、肥胖、飲酒和乳腺癌家族史密切相關[21]。在筆者的研究中,對乳腺癌不同基線特征患者的血清Val 和Met 濃度進行了分析后發現淋巴結是否轉移和不同病理分型的患者中的血清Val 濃度有所不同,并且患者的停經狀態、化療及手術也會影響患者體內的Met 濃度。導致這種差異的原因可能由于機體狀態的改變影響了氨基酸的吸收與代謝,因為人體獲取氨基酸不僅可以通過腸道吸收,還可以由微生物代謝產生[22]。年齡的增加、手術對機體狀態的改變以及化療引起的胃腸道副反應都有可能影響腸道對氨基酸的吸收,同時也可能影響腸道微生物的穩態,從而影響血清中的氨基酸水平。另一方面,氨基酸在體內的分解代謝主要在肝臟中通過丙氨酸轉氨酶、天冬氨酸轉氨酶等多種酶的作用下進行,同時氨的解毒過程也在肝臟中進行[23]。而化療藥物對肝臟產生的毒性作用也可能在一定程度上影響了氨基酸在體內的代謝過程。
目前較多的研究都提示了血清氨基酸與乳腺癌潛在的相關性。Nagata,Chisato 等[24]通過液相色譜-質譜法人對了350 例有規律的月經且月經周期少于 40 d 的日本女性空腹血漿的20 種氨基酸進行了定量測定,分析后發現研究對象的BMI 與體內Ala、Val、Iso、Leu、Tyr 濃度呈正相關,并且提出血漿氨基酸有可能與日本絕經前女性乳腺癌風險相關。同樣,筆者也進一步探究了血清氨基酸與乳腺癌的風險關系,發現血清Val 濃度水平和乳腺癌風險區無顯著相關,有相同結論的是Tobias,Deirdre K 等[25]在對護士健康研究和護士健康研究 II 縱向隊列的196 161 名女性支鏈氨基酸攝入量與乳腺癌的風險關系的相關研究中,并沒有發現包括Val 在內的支鏈氨基酸攝入量與乳腺癌風險之間的關聯。但筆者的研究結果也表明血清Met 與乳腺癌的風險相關,血清Met 的濃度越高,乳腺癌的患病風險就越高,并且Met 的濃度水平每增加一個單位,乳腺癌患病風險就增加24%。這也提示有可能通過干預體內的Met 濃度水平從而降低乳腺癌的風險,但其可行性及有效性還有需要更多的研究來進一步證實。
綜上所述,血清Val、Met 在不同人群中的表達是存在差異,血清Met 濃度與乳腺癌的風險呈負相并對乳腺癌的也具有一定的診斷價值,有望成為乳腺癌診斷中新的生物標記物并且通過控制其攝入量及靶向氨基酸代謝也可能成為乳腺癌的潛在預防及治療策略。但以上推論僅基于該研究結果及目前相關研究,其在乳腺癌臨床用中的價值還需進一步的研究來驗證,并提供更多數據來證明該方法的可行性。