代谢组学在肺癌诊断及预后评估中的应用研究进展▲

吕蕊花 史琳娜 张喜荣 贾永军 任 革 贺太平

(1 陕西中医药大学医学技术学院，咸阳市 712046，电子邮箱：lvruihua1987@163.com；2 陕西中医药大学附属医院肿瘤二科，咸阳市 712000)

【提要】 因早期无特殊临床表现，绝大部分肺癌患者就诊时已属中晚期，仅能进行姑息治疗，致使生存时间很短。现阶段，确诊肺癌的金标准仍为组织活检病理，但组织标本存在异质性，且不具有重复性。而代谢组学能灵敏地鉴定出因基因和环境因素作用而产生的特定代谢产物的多元动态反应，在环境变化对机体产生相对作用的研究中具有明显优势。本文就代谢组学在肺癌的诊断以及疗效评估中的应用研究进展进行综述。

肺癌是发病率和死亡率增长快，对人类健康和生命威胁大的恶性肿瘤之一，2018年一项针对全球185个国家癌症发病率的统计显示，肺癌在男性癌症中的发病率最高，达14.5%，在女性癌症中的发病率为8.4%，仅次于乳腺癌[1]。因早期无特殊临床表现，肺癌早期确诊率只有15%，而早期(ⅠA期)肺癌患者的5年生存率超过70%[2]；但是80%以上的肺癌患者就诊时已属中晚期，仅能进行姑息治疗，因此生存时间很短[3]。因此，肺癌患者总体的预后不良与肺癌难以早期诊断有关。

目前，肿瘤组织仍然是临床上确诊肺癌和检测表皮生长因子受体基因突变的最佳标本。一般通过手术切除或者肺穿刺活检获取肺癌组织标本，大多数情况下都采取后者的方式进行基因检测。但通过肺穿刺得到的组织学标本存在异质性，Lai等[4]检测了4 517例表皮生长因子受体突变的肺癌组织学标本，其中存在大批混合型肿瘤，常见的如腺鳞癌、腺癌大细胞混合癌等。此外，利用肿瘤组织进行基因检测的另一个局限性为再次得到组织学标本的可能性非常小，不具有重复性[5]。因此，“液态活检”被认为是具有发展前景的肿瘤组织检测替代品[6]，而代谢组学技术可为“液态活检”提供现代化的检测手段。本文主要针对代谢组学在肺癌诊断及预后评估中的应用研究进展进行综述。

1 代谢组学技术

代谢组学是在后基因组学时代兴起的一门跨领域学科，其主要目标是定量地研究生命体因外界刺激、病理生理变化、本身基因突变而产生的代谢物水平的多元动态反应[7]。代谢组学可测的样品类型多样，可以是组织(≥100 mg)、生物体液(血浆或血清≥200 μL，尿液≥1 mL)或是粪便(≥100 mg)。代谢组学的研究对象主要是生物体内1 000 Da以内的小分子物质，种类包括具有生物活性的脂类、有机酸类、寡肽、寡糖、寡核苷酸、维生素、矿物质、植物次生代谢产物及其降解产物。相对于基因组学、转录组学和蛋白质组学反映的是可能发生什么或如何发生，代谢组学则是显示一系列事件的最终结果，更准确地反映生物体系的动态监测结果[8]。此外，代谢组学放大了基因和蛋白表达的微小变化，从而使检测更容易实现。

2 代谢组学在肺癌诊断中的应用

2.1 氨基酸代谢 癌细胞与正常细胞的代谢物存在明显的差别。由于氨基酸作为基本的代谢物和调控物，吸收和合成内源性物质，因此其是最适合作为代谢组学的候选检测指标之一。血浆连接各个器官系统，含有大量的循环肿瘤DNA(circulating tumor DNA,ctDNA)，因此血浆游离氨基酸(plasma free amino acids,PFAA)可以反映恶性肿瘤的类型[9]。Shingyoji等[10]采用高效液相色谱-电喷雾电离-质谱法检测171例肺癌患者和3 849例阴性对照者的PFAA浓度，受试者工作特征曲线分析显示PFAA对肺癌有较好的诊断效能，这表明PFAA在肺癌早期诊断中具有很大潜力。此外，相比肿瘤组织检测，PFAA可以鉴别出不同类型的肺癌，包括小细胞肺癌[11]和非小细胞肺癌[12]。

由于外周血小片段ctDNA能够通过肾小球滤过膜进入尿液，因此理论上尿液中也含有ctDNA，其也可作为肺癌早期诊断的一种辅助指标。吴逸明等[13]发现肺癌患者尿液中假尿嘧啶核苷与肌酐的比值明显升高。许国旺等[14]应用高效液相色谱检测了42例肺癌患者和206例正常人尿中核苷水平，发现除胞嘧啶和甲基尿嘧啶外，肺癌患者的其他13种核苷水平显著高于正常人。因此，尿液中这些指标或也可作为肺癌早期诊断的一种辅助指标。

2.2 脂质代谢 脂质参与许多细胞代谢过程的调节，如细胞生长、增殖、分化、存活、凋亡、炎症、运动和膜稳态。具有生物活性的脂质分子可调节线粒体膜通透性并激活不同的酶，例如半胱天冬酶，通过内在途径促进细胞凋亡[15]。脂质失调是常见的肿瘤代谢变化。肿瘤细胞在生长的过程中需要通过血清中低密度脂蛋白和低密度脂蛋白受体进行胞吞作用吸收胆固醇[16-17]。已有研究表明，低密度脂蛋白受体在不同类型的肿瘤细胞中过量表达，并通过核因子κB信号途径在肿瘤细胞的生长和侵入过程中发挥重要作用[18]。

有学者发现，肺癌患者的血脂水平降低，包括低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白和不饱和脂质等[19]，血清总胆固醇水平与肺癌发病风险呈负相关[20]。这可能是因为癌细胞需要大量的脂质来生长、增殖、氧化还原、侵袭和转移[19]。三磷酸腺苷柠檬酸裂解酶(adenosine triphosphate citrate lyase,ACLY)是脂肪生成的第一个关键酶，也是葡萄糖和脂肪代谢的交联点，在膀胱、乳腺、肝脏、胃、结肠和前列腺肿瘤中均呈过表达[21-25]。肺腺癌组织中ACLY的活性明显高于其他正常组织，且磷酸化ACLY表达水平与发病时期、分化程度及预后密切相关[26]。Mu等[27]采用假靶向气相色谱-质谱法，检测136例不抽烟的女性血清代谢物，包括65例非小细胞肺癌患者、6例肺良性肿瘤患者及65例健康女性，在非小细胞肺癌中发现了56种代谢物，其中半胱氨酸、丝氨酸和单油酸甘油酯可作为诊断非小细胞肺癌的生物标志物。这均表明脂质代谢的检测有助于肺癌的诊断。

3 代谢组学在肺癌治疗效果评估中的应用

细胞代谢是一个复杂且相互依赖的交错网络，局部改变将对肿瘤的整体代谢产生影响[28]， 因此，可以应用代谢组学评估肺癌的治疗效果。例如，Mathé等[29]采用液相色谱-串联质谱非靶代谢组学分析非小细胞肺癌患者和正常人的尿液，发现尿液中肌酸核苷和N-乙酰神经氨酸可以作为评估非小细胞肺癌治疗效果的标志物。此外，Serizawa等[30]发现，采用毛细管电泳-飞行时间质谱法检测谷氨酰胺的代谢水平，可以评估表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂对非小细胞肺癌患者的治疗效果。

4 小结及展望

代谢组学对肺癌的终端产物进行多元化综合分析，从代谢产物上对机体内发生的变化进行整体测定，弥补了单一指标的片面性，还可以对肺癌发展进程进行定期。代谢组学除了应用于肺癌的诊断之外，还可用于评估药物对肺癌的治疗效果。

中医药从整体上进行多靶点、多通道治疗肺癌，有着独特的优势，在延长患者生存时间、提高生活质量方面有着公认的临床效果。但由于不同中医专家对症候分型及其用药标准的判断和理解存在差异，因此中药在治疗肺癌方面没有统一的方剂。代谢组学或可在评估中医药的治疗效果方面发挥重要作用，特别是对成分复杂的中药复方，可通过检测小分子代谢产物，促进证候本质的研究，使中医辩证思想科学化和定量化。在此基础上，代谢组学还有望从中医的4种不同症候出发，研究代谢产物与不同症候的相关性，从而揭示和评估中医药在治疗肺癌方面的效果及相关机制。