代谢组学在肝细胞癌研究中的应用*

邱祥玉，胡金，吴施国

云南中医药大学，云南 昆明 650500

肝细胞癌(hepatocellular carcinoma HCC)是一种起源于肝细胞的恶性肿瘤，占原发性肝癌的85%～90%，是癌症相关死亡的第二大原因[1-2]。据流行病学调查显示，2018年，全球有84.1万例新确诊肝癌病例，而死亡病例已高达78.1万例，成为临床死亡率较高的疾病之一[3]。我国HCC的发生主要与慢性肝炎病毒感染、酒精、黄曲霉素的摄入有关。近年来，越来越多的研究发现，肝癌细胞中存在异常的葡萄糖、脂质、氨基酸代谢，如葡萄糖有氧糖酵解增加、脂肪酸合成增强以及谷氨酰胺的消耗等，这些代谢改变构成了肝癌细胞生长、增殖和生存的优势，推动着肝癌的发生、发展[4-5]。

此外，HCC起病隐匿，早期缺乏明显的临床症状，多数患者确诊时已是晚期肝癌，5年生存率仅为10.1%[6]。甲胎蛋白(alpha fetoprotein，AFP)、影像学检查被用于肝癌的诊断，但研究发现AFP在肝癌早期并不敏感，且存在假阳性[7]。超声、电子计算机断层扫描(computerized tomography，CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)在区分小肝癌与肝硬化结节时仍存在困难，而早期诊断和识别是肝癌能否得到及时有效治疗的关键。

近年来，随着生命科学与分析技术的不断发展进步，代谢组学作为一种通用的系统生物学方法，运用气相色谱-质谱(gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS)、液相色谱-质谱(liquid chromatography-mass spectrometry，LC-MS)、核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance，NMR)等代谢组学技术平台，可对生物体血液、尿液、粪便和组织中的代谢物进行检测以发现特异性代谢物或代谢组[8-9]。代谢组学具有无创性、高灵敏性、高特异性的特点，被广泛应用于发现肝癌诊断生物标志物、揭示肝癌代谢特征、探索中医证候生物学基础、研究中药及复方起效机制等方面，该技术对肝癌的诊断、治疗、机制探索起到了重要的推动作用。基于此，本文通过分析肝癌的代谢特征，并对代谢组学在肝癌诊断标志物的筛选以及中医证候、单味中药及复方中的应用进行综述，以期对肝癌代谢有更深刻的认识，为深入探索肝癌代谢提供参考。

1 肝癌的代谢特征

与正常肝细胞相比，肝癌细胞具有快速生长、增殖的特点，因此肝癌细胞需要通过对糖、脂质、氨基酸等代谢途径进行重编程，以满足其增加的生物能量和生物合成需求，以及减轻肝癌细胞增殖和生存所需的氧化应激[10]。此外，肠道菌群失调也可通过影响代谢物水平的方式参与到肝癌的发生与发展过程。深入了解肝癌的代谢特征，能更好地了解肝癌的发病机制和可能的治疗途径。

1.1 葡萄糖代谢

1.1.1 有氧糖酵解肝癌代谢最突出的特点之一是对葡萄糖的高需求，而有氧糖酵解是肝癌细胞利用葡萄糖产能的主要途径。有氧糖酵解是指即使在氧气充足的情况下，癌细胞也倾向于通过“酵解”的方式代谢葡萄糖以获取能量，也称瓦伯格(Warburg)效应。在有氧糖酵解过程中，1分子葡萄分解只能产生2分子三磷酸腺苷(adenosine triphosphate ATP)。由于ATP产量极低，所以在代偿机制中，癌细胞会显著提高葡萄糖转运(glucose transporters protein，GLUTs)的水平和己糖激酶(hexokinase，HK)、丙酮酸激酶(pyruvate kinase，PK)等关键代谢酶的活性，以增加对葡萄糖的摄取和利用[11]。有研究发现，在肝癌细胞中，GLUT1和HK2的表达显著增加[12-13]。在有氧糖酵解过程中，葡萄糖转运体将葡萄糖运输到胞浆，在HK作用下不可逆地生成葡萄糖-6-磷酸(glucose 6-phosphate，G6P)[14]。G6P随着糖酵解的发生进一步产生大量的二羟丙酮磷酸，用于合成三酰甘油以及磷脂；产生3-磷酸甘油酸可以用于合成氨基酸等中间代谢物。这些物质将参与到其他代谢途径用以合成脂类、蛋白质、核苷酸，促使癌细胞增殖[15]。此外，丙酮酸激酶催化磷酸基从磷酸烯醇式丙酮酸转移到腺苷二磷酸(adenosine diphosphate，ADP)，产生丙酮酸和ATP。丙酮酸在乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LHD)的作用下产生大量乳酸，造成肿瘤微环境酸化，而酸化的微环境将抑制淋巴细胞、M型巨噬细胞的免疫功能，促使其发生免疫逃逸，为肝癌细胞提供更大的生存空间[16]。

由此可见，有氧糖酵解一方面为肝癌细胞提供大量能量，一方面为生物大分子合成提供中间体，其终产代谢物乳酸还可以作用于肿瘤微环境(the tumor microenvironment，TME)，支持癌细胞增殖。

1.1.2 三羧酸(tricarboxylic acid，TCA)循环TCA循环是细胞在有氧条件下，发生在线粒体基质中的循环反应过程，是细胞能量代谢的关键途径之一，也是葡萄糖、脂质和氨基酸代谢的中心枢纽[17]。研究发现，肝癌细胞具有更高的TCA循环活性，以满足细胞生长、增殖需求[18]。1分子葡萄糖在细胞质中生成2分子丙酮酸，丙酮酸氧化产生乙酰辅酶A，进入TCA循环，完成葡萄糖的完全代谢，在这个过程中产生还原性等价物NADH和FADH2，这些分子随后通过氧化磷酸化(OXPHOS)产生30～32个ATP。除了葡萄糖，色氨酸、亮氨酸等氨基酸分解代谢以及脂肪酸β-氧化均可生成乙酰辅酶A进入TCA循环氧化供能[19]。不仅如此，TCA循环的中间产物也经常被耗尽，用于脂质、氨基酸合成代谢[20]。例如，乙酰辅酶A在柠檬酸合酶(citrate synthase，CS)的催化下生成柠檬酸。柠檬酸作为TCA循环中的第一个产物，不仅可以由乌头酸酶转化为异柠檬酸，也可以输出到细胞质中，作为脂质生物合成的前体，形成脂肪酸。

此外，TCA循环中产生的中间代谢物质可作为活性分子促进肝癌的发生、发展。在TCA循环中，琥珀酸被琥珀酸脱氢酶(succinic de hydrogenase，SDH)氧化生成延胡索酸。有研究发现，与正常肝细胞相比，肝癌细胞中SDH的表达降低会导致琥珀酸和延胡索酸的积累，而琥珀酸是一种致癌代谢物[21]。琥珀酸通过激活琥珀酸受体信号，触发PI3K-HIF-1α轴，介导癌细胞转移[22]。而延胡索酸可以与谷胱甘肽结合，破坏谷胱甘肽抗氧化的功能，从而介导癌细胞的氧化应激[23]。

1.2 氨基酸代谢肝脏是氨基酸代谢的重要器官，在肝癌细胞中存在明显的氨基酸代谢紊乱[24]。其中，谷氨酰胺代谢增强是肝癌氨基酸代谢的重要特征。Yang等[25]研究发现，肝癌与肝硬化患者肝组织中谷氨酰胺显著升高。Xie等[26]分别对l0例肝癌患者、10例肝血管瘤和10例健康对照者的尿液做了代谢组学分析，发现差异代谢物主要富集于谷氨酰胺(glutamine，Gln)/谷氨酸代谢通路。何晓博等[27]发现肝癌细胞对Gln的消耗比正常细胞高出 5～10倍。虽然Gln是一种非必需氨基酸，但肝癌细胞的生存严重依赖于这种氨基酸。

肝癌细胞除了通过糖酵解产生能量外，Gln也是其重要的能源物质之一。Gln在谷氨酰胺酶(glutaminase，GLS) 催化下脱去一个氨基生成谷氨酸，谷氨酸经过谷氨酸脱氢酶(glutamate dehydrogenase，GDH) 进一步转化为α-酮戊二酸，进入TCA循环，产生ATP以供应能量所需[28]。研究表明，GLS在增殖的肝癌细胞中过度表达，可以通过 Wnt信号通路促进肝癌细胞转移[29-30]。此外，Gln是用于合成嘌呤、嘧啶和氨基葡萄糖-6-磷酸的氮、碳的重要来源，合成的嘌呤、嘧啶和氨基葡萄糖-6-磷酸可促进肝癌细胞增殖[31]。不仅如此，Gln还可以通过促进谷胱甘肽形成以维持氧化还原稳态，从而减轻氧化应激对肝癌细胞带来的损伤[32]。

1.3 脂质代谢脂质也称为脂肪，包括脂肪酸、三酰甘油、鞘脂、磷脂、胆固醇等在内的多种分子[33]。在肝癌中存在异常的脂质代谢，主要表现为异于正常细胞的脂肪酸合成(fatty acid synthesis，FAS)增强。肝癌细胞既可以通过从头合成途径产生脂肪酸，也可以通过脂肪分解途径产生脂肪酸，其中脂质从头合成在肝癌细胞中占据主要地位[34-35]。Gln、乙酸都是肝癌细胞脂质从头合成的重要来源。谷氨酰胺脱氨生成为α-酮戊二酸，α-酮戊二酸通过还原羧化转化为柠檬酸，柠檬酸在ATP-柠檬酸裂解酶(ATP-citrate lyase，ACL)作用下可以转化为乙酰辅酶A[36]。乙酸通过乙酰辅酶A合成酶(acetyl-CoA synthetases，ACSSs)也可转化为乙酰辅酶A，而乙酰辅酶A是脂肪酸合成的必要底物。上述途径产生的乙酰辅酶A在乙酰辅酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylaseα，ACCα)的作用下生成丙二酰辅酶A(malonyl-CoA)，最后在脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，FASN)催化下生成脂肪酸[37]。

脂肪酸不仅是肝癌细胞增殖中所需合成的大量膜结构的主要成分，还可以作为信号分子。比如，溶血磷脂酸可以通过G蛋白偶联溶血磷脂酸(lysophosphatidic acid，LPA)受体在癌细胞的质膜上通过自分泌和旁分泌机制发出信号，刺激癌细胞增殖、迁移和血管生成[38]。此外在葡萄糖缺乏时，脂肪酸还可转化为酰基肉碱，在线粒体中经β-氧化产生ATP，为肝癌细胞提供能量，因此脂肪酸合成对于肝癌细胞尤为重要[39]。

1.4 氧化应激肝脏是自由基产生的重要场所，超氧自由基(O2-)、羟基自由基(OH-)和过氧化氢(H2O2)是活性氧的主要形式。当ROS的含量增加，超过细胞正常的抗氧化能力时，就会发生氧化应激[40]。此时，过量的自由基可攻击细胞膜、脂质、蛋白质和DNA，导致其发生氧化损伤[41]。人体具有抗氧化系统，通过灭活或消除ROS，维持氧化物质和抗氧化物的平衡，最大限度地减少或防止氧化应激带来的损伤。谷胱甘肽是肝细胞中最丰富且具有强大抗氧化性能的非酶抗氧化剂，由半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸组成。谷胱甘肽可以直接清除OH-，还可以被谷胱甘肽过氧化物酶和谷胱甘肽转移酶催化为谷胱甘肽二硫化物消耗H2O2以发挥其抗氧化性[42]。

肝癌细胞的高代谢伴随着ROS的增加，为了减轻ROS对自身的伤害，肝癌细胞比正常肝细胞表现出对谷胱甘肽更大的需求。有研究表明，肝癌患者血清中用以合成谷胱甘肽的3种氨基酸(半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸)显著增加[43]。Cheng等[44]发现，与邻近正常肝组织相比，肝细胞癌组织中的谷胱甘肽水平显著升高，而高水平的谷胱甘肽可维持肝癌细胞更高的抗氧化应激能力。因此，肝癌细胞可以通过调节谷胱甘肽的代谢，逃避氧化应激带来的伤害，从而最大限制地为自身创造有利的生存环境。

1.5 肠道菌群肝癌患者存在肠道菌群失调，失调的肠道菌群可通过促进肝纤维化、导致内毒素血症、影响代谢物水平等机制参与肝癌的病理过程[45-46]。次级胆汁酸和短链脂肪酸是肠道菌群的代谢产物。目前，已有大量研究证实，肠道菌群的胆汁酸代谢与肝癌的发生、发展有着密切的联系。初级胆汁酸在肝细胞内合成后进入肠道，梭菌属将其脱羟基化、氧化和差向异构化形成次级胆汁酸，而次级胆汁酸被重吸收后会对肝脏造成损伤[47]。脱氧胆酸是常见的次级胆汁酸，有研究表明，脱氧胆酸可导致DNA损伤，引起肝细胞老化，老化的肝细胞通过分泌细胞因子、趋化因子、生长因子从而介导炎症反应，促进肝癌发生[48-49]。短链脂肪酸是肠道菌群酵解膳食纤维而产生的有益代谢产物，在结肠产生后经门静脉到达肝脏及全身。肝癌患者肠道菌群失衡会导致短链脂肪酸严重缺失，而短链脂肪酸具有抗癌作用[50]。研究发现，短链脂肪酸可以被肝癌细胞表面的G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptor，GPCR)特异性识别后可激活下游死亡受体凋亡途径，促进TNF-α分泌，从而诱导Hepg2肝癌细胞凋亡[51]。由此可见，肠道菌群失调引起的代谢物改变是促进肝癌发生、发展的重要因素。

2 代谢组学对肝癌早期诊断和鉴别诊断的推动作用

超过2/3的肝癌患者因诊断晚而得不到及时、有效的治疗，生存率低，而现有的诊断标志物并不能满足临床实际需求，寻找新型的敏感、低创的诊断标志物已迫在眉睫[52]。利用代谢组学寻找肝癌早期筛查与诊断标志物是肝癌研究的重要方向。

Han等[53]用液相色谱-质谱法进行非靶向和靶向代谢组学分析，并结合肝组织和血清代谢物进行验证，发现肝癌患者肝脏中的类维生素A含量显著下降，具有90%的特异性，可用以区分肝癌患者和健康个体。其中，视黄醇有望成为一种肝癌候选诊断生物标志物。人体绝大部分视黄醇贮存在于肝脏中，因此肝癌的发展对视黄醇含量的影响可能比其他类型的癌症更大。

Luo等[54]对包括肝细胞癌患者、肝硬化患者、慢性乙型肝炎病毒感染者和健康对照者在内的 1 448 名中国受试者进行研究，通过液相色谱-质谱筛选，确定苯丙氨酸-色氨酸、甘氨胆酸为潜在诊断标志物。为了进一步验证这组生物标志物的特异性，研究者将胃癌和肝内胆管癌患者纳入此次研究。在验证中发现，与胃癌患者和肝内胆管癌患者相比，肝细胞癌患者血清苯丙氨酸-色氨酸明显下降，而甘氨胆酸水平明显升高，表明这两种代谢物的结合可能是区分肝癌患者和非肝癌患者的理想标准物。

Bai 等[55]通过定量靶向代谢组学方法发现，肝细胞癌患者的血清尿素远高于慢性乙型肝炎患者、肝硬化患者和慢性丙型肝炎患者，尿素是肝细胞癌患者特异性升高的血清生物标志物，说明尿素可能是肝癌潜在的血清生物标志物。同时该研究数据显示，甲胚蛋白诊断肝癌的敏感性只有60.49%，尿素联合甲胚蛋白、癌胚抗原可提高肝癌诊断的敏感性。杨训俊等[56]通过检测肝癌患者、肝硬化患者以及慢性乙型肝炎患者血清中的尿素和甲胚蛋白水平，发现尿素联合甲胚蛋白可用于监测慢性乙型肝炎病情是否发展及肝癌的诊断上，其特异度可达90%以上。

Jee等[57]利用代谢组学分析了75例转移肝癌患者和134名年龄和性别匹配的未转移癌患者的基线血清样本，试图找到有价值的肝癌代谢生物标志物。结果发现，游离脂肪酸中的花生四烯酸和亚油酸代谢与肝癌的发病相关，肝癌组花生四烯酸水平高于无癌对照组，花生四烯酸可能在肝癌的发展过程中发挥重要作用。

单个癌结节直径小于3 cm，或相邻的两个癌结节直径之和不超过3 cm的肝细胞癌被称为小肝癌。小肝癌患者往往伴随多发结节性肝硬化，且肝硬化的结节与肿瘤非常相似[58]，如何区分小肝癌与肝硬化结节仍是影像学检查的一个挑战，代谢组学可以为肝癌和肝硬化的鉴别提供策略。Han等[59]通过靶向代谢组学研究肝癌与肝硬化肝组织及血清的差异性代谢产物，发现鹅去氧胆酸、溶血磷脂酰胆碱205、琥珀酰腺苷和尿苷是肝癌与肝硬化异质性生物标志物，提高了肝癌诊断的敏感性和特异性，为临床区分肝癌与肝硬化提供了策略。Gong等[60]采用非靶向代谢组学和靶向花生四烯酸分析研究乙肝致肝硬化和肝癌患者的血清代谢谱，发现肝癌患者血清中花生四烯酸和甘油磷脂含量高于乙肝-肝硬化患者。有文献报道，肝癌血清中鞘脂类和溶血卵磷脂等的表达量显著高于肝硬化患者，而牛磺胆酸、甘氨脱氧胆酸等的表达量显著低于肝硬化患者，这些小分子化合物的代谢特征能有效区分肝硬化和肝癌[61]。

这些研究表明，代谢组学是肝癌早期诊断和鉴别的一种较有发展前景的工具，这些研究或许会发现能够早期诊断肝癌患者的代谢生物标志物，推动肝癌的早期诊断和鉴别。

3 代谢组学对肝癌中医证型研究的推动作用

中医的证是建立在司外揣内、整体观念下对疾病过程中某一阶段病因、病机和病位的高度概括，与代谢组学通过对代谢产物进行动态化、整体性分析，以进一步发现机体内部变化进而认识机体整体功能状态的特点相似[62]。因此，中医研究者们也逐渐采用代谢组学方法研究证候潜在的生物学基础和差异性代谢通路，以期用现代研究术语揭示中医证候本质[63]。代谢组学不仅可以区分同一疾病不同证候，还可以辨别同一证候的不同疾病。

3.1 同病异症

3.1.1 脾虚湿盛证有学者对脾虚湿盛证肝癌患者的血浆代谢组学、尿液代谢组学进行了研究，结果显示肝癌患者血浆和尿中的柠檬酸含量均明显低于健康人群[64-65]。脾虚湿盛型肝癌患者血浆中的胆酸水平显著升高，胆酸可能是肝癌脾虚湿盛证血浆中的候选生物标志物之一。此外，肝癌患者尿中牛磺酸水平显著高于健康人群，且脾虚湿盛证组高于非脾虚湿盛证组，差异具有统计学意义，表明牛磺酸可能是脾虚湿盛证和非脾虚湿盛证兼备的重要代谢物，而牛磺酸作为胆汁酸盐的重要组成部分，主要参与脂肪的消化过程，牛磺酸水平的紊乱提示辨证属脾虚湿盛证肝癌患者可能存在更为严重的脂质代谢失调。

3.1.2 阳虚证陈群伟等[66]应用核磁共振波谱技术分析21例阳虚证原发性肝癌患者和21例非阳虚证肝癌患者的血清代谢物，发现肝癌阳虚证组极低密度脂蛋白/低密度脂蛋白、胆碱、脂类、异亮氨酸、乳酸、糖类等代谢物较非阳虚证组均明显下降。其中，低密度脂蛋白和极低密度脂蛋白分别参与胆固醇和三酰甘油的运输，而这可能会导致脂类化合物的异常聚集或利用障碍，说明脂质代谢紊乱可能是区别阳虚证和非阳虚证的代谢特征之一。正常细胞和肝癌细胞都要利用葡萄糖产能，葡萄糖有氧糖酵解可以生成丙酮酸，丙酮酸生成乳酸，产生ATP，葡萄糖和乳酸代谢水平的降低一定程度上说明阳虚证肝癌患者较非阳虚证肝癌患者能量生成低下，而能量代谢不足可能是阳虚证患者畏寒乏力、肢冷蜷卧的重要原因。

3.2 异病同证中医治疗是建立在整体观、辨证论治的基础之上，证型是指导中医遣药组方的基本依据，若证型相同，即使是不同疾病，也可以使用同样的处方。为了探求“异病同证”的共同代谢物，魏滨等[67]对大肠癌和肝癌术后患者肝肾阴虚证、脾虚证、湿热证和隐证的血浆代谢物进行代谢组学分析，发现甘氨酸、色氨酸、尿素是肝肾阴虚证和湿热证肝癌、大肠癌术后患者共同升高的代谢产物，其中隐证患者的色氨酸却是降低的，说明色氨酸可能是湿热证、肝肾阴虚证特征性的代谢物。此外，除了甘氨酸、色氨酸、尿素代谢水平的改变，湿热证相较于肝肾阴虚证存在更为严重的代谢紊乱，如葡萄糖、甘露醇、山梨醇代谢水平升高，而肝肾阴虚证并无此代谢改变。甘露醇、山梨醇均为糖类分解过程中产生的物质，说明湿热证主要影响糖代谢，而肝肾阴虚证却主要以氨基酸代谢扰动为主。

这些研究有助于从代谢组学的角度理解“同病异证”“异病同证”下中医证候的科学内涵。

4 代谢组学对中药及复方研究的推动作用

“药有个性之特长，方有合群之妙用”，单味中药还是复方在肝癌的治疗中均起到了重要的作用。近年来，研究者们运用代谢组学技术从代谢物质改变的角度阐释中药及复方治疗肝癌的起效机制，而这些研究工作将有利于正确指导中医药在临床中的运用。

4.1 单味中药及单体的代谢组学研究

已故女画家孙多慈女士是吴健雄一辈子的闺蜜，孙多慈比吴健雄小一岁。她们相识于中央大学，那时她们一个读艺术系，一个在物理系。孙多慈回忆当年青春逼人的吴健雄简直是魅力四射、男女通吃：“远在民国20年即1931年，我们同在南京中央大学读书，那时的健雄是一个娇小玲珑、活泼矫健的女孩子。她是江苏太仓人，一双神采奕奕的眸子，灵巧的嘴唇，短发，平鞋，朴素大方但剪裁合身的短旗袍。在两百左右的女同学中她显得那样地突出，当然她也是一般男孩子的追求目标。不仅男孩子，女孩子竟也有人为她神魂颠倒呢。”

4.1.1 双氢青蒿素双氢青蒿素为青蒿素的衍生物，不仅具有抗疟疾、抗炎的作用，还可促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞生长[68]。为了解双氢青蒿素是否可以通过影响肝癌细胞代谢从而抑制肝癌细胞生长，王惠国等[69]以Huh7和BEL-7402肝癌细胞为研究对象，采用GC-MS法检测双氢青蒿素干预后两种细胞代谢物的变化。结果显示，双氢青蒿素可影响两种细胞的氨基酸代谢。具体来说，双氢青蒿素可能参与调解天冬氨酸-丙氨酸-谷氨酸的代谢，抑制两种肝癌细胞生长。

4.1.2 苦参碱王珂欣等[70]采用1H-NMR方法研究苦参碱对人肝癌 SMMC-7721细胞中内源性代谢产物的变化特点，发现苦参碱能显著下调细胞内外谷氨酸，破坏肝癌细胞能量代谢，降低细胞内外甘氨酸的量。甘氨酸是合成嘌呤的重要原料，因此降低细胞内外甘氨酸可抑制DNA合成，从而抑制肝癌细胞增殖。

4.1.3 青蒿琥酯王惠国等[71]以Huh7、SMMC-7721肝癌细胞为研究对象，运用GC-MS技术研究青蒿琥酯干预24h后的差异性代谢物，发现了18种显著上调和21种显著下调的差异代谢物，主要涉及丙氨酸、谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、谷胱甘肽的代谢，而这些氨基酸可作为合成脂类、核苷酸的中间代谢物以促进癌细胞增殖。

4.1.4 鹅掌草三萜皂苷姚诗琪等[72]建立H22肝癌细胞裸鼠皮下移植瘤模型，采用GC-MS技术对模型组及鹅掌草三萜皂苷高剂量组的肿瘤组织做代谢组学分析，发现鹅掌草三萜皂苷可以有效抑制肝癌移植瘤生长，其机制可能与组氨酸代谢有关。

4.1.5 灵芝多糖有研究证明中药单体灵芝多糖有抗肝癌作用[73]。于雷等[74]采用Hep G2细胞构建小鼠肝癌模型，收集灵芝多糖干预组和模型组肝癌小鼠粪便进行代谢组学研究，发现灵芝多糖组小鼠肠道菌群代谢产物乙酸、丙酸、正丁酸3种短链脂肪酸水平均显著高于模型组，表明灵芝多糖可增加肠道菌群有益代谢产物短链脂肪酸，发挥治疗肝癌的潜在机制。

4.1.6 大黄素邢月晓[75]采用核磁共振分析大黄素干预Hep G2肝癌细胞的代谢组学，结果显示大黄素可降低甘氨酸和谷胱甘肽的水平，甘氨酸可作为谷胱甘肽的底物，而谷胱甘肽可以维持细胞氧化还原平衡，其含量显著降低，提示大黄素可通过调节氧化应激代谢引起细胞凋亡，发挥抗肝癌作用。

4.1.7 重楼皂苷有研究表明，重楼皂苷作为天然产物具有抗肝癌活性。邱培宇[76]构建H22肝癌荷瘤小鼠模型并利用核磁共振方法研究重楼皂苷干预后的血清代谢组学。与模型组相比，重楼皂苷治疗后，肝癌小鼠血清中磷酸胆碱、极低密度脂蛋白、低密度脂蛋白、乳酸水平降低，说明重楼皂苷参与肝癌脂质代谢和能量代谢。

4.1.8 木蝴蝶总黄酮李楠楠等[77]采用二乙基亚硝胺诱发大鼠肝癌模型，并分析木蝴蝶总黄酮干预后各组大鼠血浆代谢物的变化。与模型组比较，木蝴蝶总黄酮干预后共有285种差异性代谢物，这些代谢物主要与胆汁酸合成、花生四烯酸代谢、亚油酸代谢等途径有关。亚油酸、花生四烯酸等脂肪酸在肿瘤细胞的迁移、侵袭以及促血管新生过程中，均发挥着重要的调节作用[78]，而木蝴蝶总黄酮能降低这些代谢物质表达，表明其抗肝癌机制可能与调控脂质代谢有关。

4.1.10 紫雏菊Xu等[80]用Hepa1-6细胞构建肝癌荷瘤小鼠模型，采用LC-MS技术确定L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、D-(+)-色氨酸和棕榈等14种血清差异代谢物，而高剂量紫雏菊干预组主要调节苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成代谢。

4.2 中药复方的代谢组学研究

4.2.1 健脾解毒方刘嘉辉等[81]采用二乙基亚硝胺诱导肝癌大鼠模型，用代谢组学的方法研究健脾解毒方(党参、茯苓、白术、炙甘草、柴胡、半枝莲、龙葵、马齿苋、莪术)抗肝癌的作用机制。以健脾解毒方干预2周后，应用 GC-MS 技术检测大鼠肝脏组织代谢物，发现健脾解毒方主要从上调烟酸和烟酰胺代谢、减少肿瘤细胞的能量供应、上调缬氨酸及异亮氨酸含量改善肝癌的氨基酸代谢紊乱，以及下调脱氢抗坏血酸水平改善氧化还原状态，从而起到抗肝癌的作用。

4.2.2 青蒿鳖甲汤成欣等[82]通过分析H22原位肝细胞癌模型小鼠血浆代谢组学，研究青蒿鳖甲汤(青蒿、鳖甲、生地黄、知母、丹皮)治疗癌性发热的代谢机制。在青蒿鳖甲汤连续给药14 d后，采用 LC-MS技术对给药组、模型组以及空白组小鼠的血浆进行代谢组学分析，筛选出86个具有显著差异的代谢物。通过KEGG通路富集分析发现，这些代谢物主要用于参与胆汁分泌、鞘脂代谢和类固醇激素生物合成代谢。

4.2.3 复方苦参注射液复方苦参注射液是用于治疗癌症相关疼痛和肝癌辅助治疗的中成药制剂。Wang等[83]利用1H-NMR技术对复方苦参注射液干预后的肝癌大鼠血清及肝脏组织中的差异性代谢物进行筛选并靶量化，发现复方苦参注射液显著降低了肝癌大鼠血清中柠檬酸、乳酸含量以及肝脏组织中柠檬酸的水平，血清和肝脏中的己糖激酶和丙酮酸激酶水平均显著升高，3 mL·kg-1的复方苦参注射液干预后能显著抑制己糖激酶和丙酮酸激酶的活性。乳酸是有氧糖酵解的产物，柠檬酸是三羧酸循环的中间产物，己糖激酶和丙酮酸激酶是有氧糖酵解过程中关键的限速酶。该研究说明，复方苦参注射液治疗肝癌的机制可能是抑制糖酵解过程中关键代谢物(柠檬酸和乳酸)和关键代谢酶的活性，从而干预肝癌的能量代谢。

4.2.4 艾迪注射液艾迪注射液是由斑蝥、人参，黄芪和刺五加组成的中成药制剂，临床用以治疗肝癌、肺癌、结直肠癌等多种癌症。有研究报道，多胺的代谢水平在肝癌中升高，但服用艾迪注射液后，多胺及其代谢物水平有下降趋势[84]。为了探求多胺代谢与抗癌活性之间的关系，Liu等[85]采用高效液相色谱串联质谱法靶向分析艾迪注射液及拆解组合干预人肝癌细胞HL-7702和HepG2后细胞中的11种多胺代谢。结果显示，艾迪注射液对HepG2细胞抑制作用最强，艾迪注射液及其拆解组和联合组均可不同程度地降低HepG2细胞多胺代谢水平。

5 结语

代谢组学平台能够快速筛选出数百种代谢物，并同时监测包括氨基酸、脂类、碳水化合物和核苷酸等不同途径的代谢物，作为肝癌研究的重要手段，该技术在肝癌代谢研究中展现了巨大的潜力。①肝癌的早期诊断是预后的关键，但目前缺乏特异性和灵敏性较高的诊断标志物，利用代谢组学寻找肝癌标志物是肝癌早期筛查与诊断研究的重要方向。②手术、介入、放化疗仍是肝癌主要的治疗方式，但因复发性高、远期效果不理想等问题，肝癌的治疗也逐渐趋向于从整体考虑，并不以消除整个癌肿作为治疗目标，更强调”带瘤生存，与瘤共生”[86]。肝癌具有明显代谢异常的特征，而干预肿瘤细胞代谢、打破肿瘤自身代谢平衡是当下切实可行的一种治疗方式[87]。代谢组学可监测带瘤生存状态下患者的代谢改变，明确药物治疗后的效果，有利于对代谢治疗做出针对性的指导。③中医药治疗肝癌具有较好的效果，但具体机制需要阐明。代谢组学系统性、整体性的研究特点与中医整体观、辨证论治思维模式相契合，因此，代谢组学的应用有利于中医药辨证论治下中医证候本质的探索。此外，中药复方多靶点、多层次、多途径协同作用的特点是肝癌治疗起效的关键，将代谢组学技术应用到中药复方的研究中，能够探索中药复方作用下体内代谢物的变化，有助于充分挖掘中药复方的作用机制和疗效。

综上所述，以肝癌为研究对象的代谢组学可以为我们提供一个更大的视角以了解机体整体代谢活动。