脂质组学在结直肠癌研究中的应用

佟广海 田 洋 吴华星

脂类化合物在生命体中起着关键的作用，如细胞膜结构，能量的贮存、信息识别与传递等都有脂类化合物的参与[1]。根据2003年脂质组学(Lipidomics)的概念可知，目前脂质物质大致分为脂肪酸类(Fatty acids)、甘油脂类(Glycerolipids)、甘油磷脂类(Gycerophospholipids)、鞘脂类(Sphingolipids)、固醇脂类(Sterol lipids)、孕烯醇酮脂类(Prenol lipids)、糖脂类(Saccharolipids)、多聚乙烯类(Polyketides)八大类[2]。近年来，脂质组学在临床疾病研究方面取得很多进展，如肝癌[3]、乳腺癌[4]、前列腺癌[5]、结直肠癌(Colorectal cancer，CRC)[6-7]等，脂质代谢在诸多癌症发病早期也起着重要作用。目前结肠镜是CRC主要的检查手段，但患者对肠道准备的耐受程度不同，同时也影响了镜下的检查效果，虽然近些年的研究报道了一些分子生物标志物(CEA、CA-199等)可以早期检测到CRC及其进展，但在CRC的筛查、预防和治疗上仍有很大不足，大部分患者直到症状发展到更严重阶段，才到医院就诊，所以筛查项目的实施对于降低CRC发病率和死亡率极其必要，而脂质代谢对于早期CRC预防和筛查具有重要意义，本文将从脂质组学在CRC中的应用做一综述。

1 脂质组学概况

脂质代谢的研究进展为临床相关疾病的预防及诊治提供更多有效的手段。脂质组学研究方法有很多，其中包括电喷雾电离质谱法(ESI-MS)[8]、核磁共振波谱(NMR)[9]、气相色谱-质谱(GC-MS)[10]、液相色谱-质谱(LC-MS)[11]、超高液相色谱法(UPLC)等。ESI-MS是目前脂质组学的重要技术，而GC-MS具有高灵敏度以及对同分异构体的高分离度，但大部分脂质挥发性较差，在高温下易氧化变性和异构化，因而限制了GC在测定复杂脂质分子中的应用，Hejazi等[12]对9，12，15-亚麻酸甲酯(18∶3)采用气相色谱-场解析电离质谱法(GC-FIMS)成功分离了8种顺反异构体。2003年，Han等[2]提出“鸟枪法”在脂质组学中的应用，尤其对于磷脂的分析具有诸多优点，但不适合精确定量，而LC-MS技术可弥补鸟枪法的缺陷进行精确识别，尤其对血样、组织样和细胞样等进行分析。随着脂质组学技术的发展，核磁共振波谱也在脂质组学研究方面有了一定程度的发展[9，13-14]，它利用原子核在高磁场中的吸收光谱来阐明化学结构[15]。随着低温探头技术的发展和磁场强度的增加，核磁共振仪器的灵敏度和分辨率获得了很大的进步[16-17]。尽管其灵敏度不如质谱法那么高，但核磁共振谱对小分子的信号更敏感[18]。对于核磁共振，最小样品和简单的预处理是可以接受的，并且可以进行相对和绝对定量。其他优点包括高重复性，无损检测等[19-22]。随着科技的发展，脂质检测技术的不断更新，该技术很快将进入临床，为临床诊疗提供巨大帮助。

2 脂质组学在CRC诊断中的应用

2.1 CRC患者血中脂质代谢变化

CRC患者远处转移与血脂水平升高相关联，Notarnicola等[23]选取了84例已明确诊断为CRC的患者进行相关脂质代谢研究，均排除糖尿病、高脂血症、甲状腺疾病及代谢综合征等对脂质代谢的影响因素，采用比色法对84例CRC患者进行空腹血脂的检测，为了确定营养状况，计算了患者身体质量指数(BMI)和血清白蛋白。在控制性别、年龄及BMI的情况下，利用多因素Logistic回归分析对远处转移及实验准备项参数进行分析，最终得出远处转移与TC、LDL-C和LDL-C/HDL-C比值有关，与性别、年龄和BMI无关。国内学者[24]搜集95例结肠癌患者，按照Dukes分期分为63例A+B期结肠癌患者，32例C+D期结肠癌患者，取患者术前24 h早晨空腹血，对血脂相关数据进行解析，结果发现患者TC值在C+D期显著高于A+B期，HDL-C值低于A+B期患者，血浆TC/HDL-C比值显著高于A+B期结肠癌组，同时，TC、HDL-C和TC/HDL-C可作为结肠癌患者术前分期和评估患者预后指标之一。临床可通过患者血脂水平对预防及评估肿瘤转移的发生提供帮助，同时方便临床对不同人群进行CRC的预防。

Kühn等[25]对835例癌症患者血液代谢物进行分析，其中CRC患者163例，通过LC-MS方法对患者进行脂质和己糖分析。结果发现高水平的溶血磷脂胆碱(lysoPCs)，特别是lysoPCs(18∶0)降低CRC发病风险，而lysoPCs(30∶0)增加CRC发病风险。血脂代谢变化比常见恶性肿瘤诊断要早数年，因此溶血卵磷脂可作为早期诊断CRC的代谢指标。目前临床所发现的肿瘤标志物对CRC诊断及预防缺乏特异性，不能为临床早期筛查提供很好的帮助，而溶血卵磷脂作为代谢指标可以很好的应用于临床。

2.2 CRC患者血清中脂质代谢变化

Kondo等[26]对42名CRC患者及8名健康志愿者血清脂肪酸水平测定，通过GC-MS分析发现9种脂肪酸的血清水平在CRC患者与健康志愿者之间表现出明显差异：4种脂肪酸在CRC患者中的水平高于健康志愿者，其他5种脂肪酸的水平低于健康志愿者。这些变化也在早期的临床阶段观察到。CRC患者血清中极长链脂肪酸水平有增加的趋势，CRC患者长链脂肪酸比正常患者增高。Ritchie等[27]对不同区域CRC患者血清脂肪酸代谢分析显示，28～36含碳量的羟基化多不饱和超长链脂肪酸在CRC患者中显著降低。

2.3 CRC患者排泄物中脂质代谢变化

王晓学等[28]收集了15例CRC患者和12例正常人的粪便代谢产物进行比较，通过使用气相-色谱质谱联用(GC-MS)的方法分析粪便产物的脂质代谢变化，发现CRC患者与正常组粪便中3种不饱和脂肪酸(油酸、反油酸、亚油酸)、2种甘油及熊去氧胆酸明显低于正常人，由此可知，临床可以通过对患者粪便脂质的筛查，鉴别并诊断出早期CRC，为预防、诊断和治疗提供明确的依据。作为人体正常代谢物，检测标本获取方便简单，能够用于广泛的对早期CRC患者的筛查。

Wang等[29]采取色谱-质谱联用(UPLC-MS)和在线亲和固相萃取-高效液相色谱法(SPE-HPLC)对健康志愿者34人，良性结直肠肿瘤患者34人及CRC患者50人的尿液进行全面的代谢分析，最终鉴定出15个代谢产物异常，这些代谢产物涉及CRC患者谷氨酰胺代谢、核苷酸有关生物合成、蛋白质代谢及脂肪酸氧化代谢失调，大量的研究表明，提高患者5年生存率的治疗方法是早期诊断，这是最有效的方法之一。尿液代谢组学被广泛用作研究代谢变化的有效平台，并发现恶性疾病的潜在生物标志物。通过尿液中代谢产物的变化，从而评估肿瘤发生的风险。

2.4 CRC患者癌组织中脂质代谢变化

Tian等[30]应用高分辨率魔角旋转(HRMAS)和气相-色谱-质谱议(GC-FID/MS)技术分别对50例低等级(Ⅰ～Ⅱ期)和高等级(Ⅲ～Ⅳ期)CRC患者癌组织及其相邻的正常组织进行组织代谢组分析，对代谢结果进行多变量数据分析，最终发现对照组与正常组相比有统计学差异。与正常组织相比，CRC组织中含有较高水平胆碱、鲨肌醇、磷酸胆碱(PC)、甘油磷酸胆碱(GPC)、磷酸乙醇胺(PE)。除此之外，还发现Ⅰ～Ⅱ期和Ⅲ～Ⅳ期之间脂质和胆碱含量也存在统计学差异。Ⅰ～Ⅱ期脂质含量低、胆碱含量高；Ⅲ～Ⅳ期脂质含量高、胆碱含量低。联合应用PCA方法，对主要成分进行正交项目(OPLS-DA)潜在结构分析，最终发现Ⅰ期与正常组织相比存在更大脂质组学差异。故通过病变组织脂质代谢物差异或许能够对CRC分期进行鉴别，同时对发病进程判定提供更好的依据。

3 小结与展望

CRC发病率与死亡率仍在呈上升趋势，发病因素多种多样，早期特异性诊断手段欠缺，传统的诊断方法无法及时发现早期CRC，中晚期CRC多见，错过最好的治疗时间。脂质组学作为代谢组学重要的分支，发展迅速，通过脂质间的差异性改变为CRC的诊疗提供新的契机，为CRC诊疗提供新的方法，同时为结直肠的预防、发生及发展提供更宏观的依据，虽然脂质组学技术目前还不能对活体检测，但随着脂质研究技术的不断发展及创新，也许在不久的将来脂质组学的检测方法能够进入临床，与基因组学、蛋白组学相结合，为CRC治疗开辟新的纪元，为临床诊疗提供新的方法。