膀胱癌的代謝組學研究進展*

王 鐵 綜述,許建成 審校

吉林大學第一醫院檢驗科,吉林長春 130021

膀胱癌(BC)是發生在膀胱黏膜上的、泌尿系統最常見的惡性腫瘤[1]。近年來全球BC的發病率和病死率呈上升趨勢[2]。BC位列我國泌尿系統腫瘤發病率第一位,其病死率居泌尿系統腫瘤第二位。BC傳統上分為非肌肉浸潤性尿路上皮癌和肌肉浸潤性尿路上皮癌[3]。研究表明,早期診斷和及時治療能極大提高BC患者生存率[4]。目前,BC診斷的金標準是膀胱鏡檢查與活檢組織的病理學評估[5-6],并結合尿血、膀胱刺激、排尿困難或尿急等癥狀輔助診斷[7]。但膀胱鏡檢查存在操作困難、侵入性及費用昂貴等問題。近年來,腫瘤標志物廣泛用于BC診斷,但其靈敏度、特異度和診斷準確性并不理想[8-9]。因此,有必要尋找更有價值的新型腫瘤標志物,為BC的早期診斷及預防提供依據。

代謝組學是繼蛋白質組學和基因組學后迅速發展的一門學科,可系統分析相對分子質量較小的代謝物質,生物體液的分析主要基于核磁共振和質譜兩種分析平臺。代謝組學技術已廣泛用于多種疾病的早期診斷、鑒別、監測、藥物靶點及發病機制等研究[10-13]。BC的進展與代謝異常有關[14],許多研究者利用代謝組學技術對BC患者的尿液、血液及組織等標本進行研究,取得了一定成果[15-16]。本文針對不同類型標本中代謝組學技術篩選出的BC標志物進行綜述,旨在為BC的早期診斷、疾病進展、預后評估等提供基礎數據。

1 BC患者尿液的代謝組學

尿液中可能含有膀胱腫瘤細胞釋放的代謝物質,是BC檢測的良好標本。尿液檢查具有易獲取、無創等優勢,但血尿可能影響尿液代謝組學在BC中的診斷價值[17]。一些研究針對有無血尿的BC患者進行多變量分析,發現該混雜因素可被很好地消除[18-20]。因此,尿液成為BC代謝組學分析中優先考慮的生物標本。

LUCZYKOWSKI等[21]分析了24例BC患者(觀察組)和24例健康者(對照組)的尿液代謝譜,發現參與苯丙氨酸代謝途徑的N-乙酰苯丙氨酸、4-羥基肉桂酸、苯甲酸和馬尿酸水平,參與β-丙氨酸代謝途徑的組氨酸和肌肽水平,參與磷酸戊糖途徑的葡萄糖酸水平,以及參與色氨酸代謝途徑的5-羥基吲哚乙酸水平在兩組間的差異均有統計學意義(P<0.05)。JACYNA等[22]在BC患者中發現了17種改變的尿液代謝物,其主要參與了氨基酸、核苷酸及能量代謝。同一研究組在BC患者尿液中確定了10種參與腸道菌群代謝、RNA降解和嘌呤代謝等途徑的差異表達代謝物(P<0.05),包括尿苷、假尿苷、乙酰賴氨酸、乙酰神經氨酸、葡萄糖酸、葡萄糖醛酸、黃嘌呤、7-甲基鳥嘌呤、1,7-二甲基黃嘌呤和馬尿酸[23]。此外,有研究發現了19種與苯乙酸、丙酸、脂肪酸、丙酮酸代謝等有關的代謝物在BC患者中異常表達,其中以單磷酸腺苷、甘氨脫氧膽酸和棕櫚酰肉堿的變化最為顯著[24]。SRIVASTAVA等[25]對33例BC患者(BC組)、33例良性對照(尿路感染/膀胱結石)和37例健康者的尿液進行代謝組學分析,發現BC組枸櫞酸鹽、檸檬酸和馬尿酸水平降低,牛磺酸水平升高,但無法鑒別腫瘤分期。LIN等[26]研究發現,與良性對照組相比,BC組脫氨基酪氨酸、赤蘚糖醇、D-核糖、核糖醇、D-果糖、D-甘露糖、D-半乳糖及一種未知代謝物等的水平異常升高,利用Logistic回歸建立8種代謝物的組合預測模型,曲線下面積(AUC)高達0.976,但該模型能否應用于臨床還有待大樣本量的評估與驗證。由此可見,尿液代謝組學分析可發現BC患者在能量、氨基酸、核苷酸、腸道微生物等多方面的代謝標志物變化,可為BC的診斷與監測提供良好依據。

LORAS等[27]評估了尿液代謝組學譜在BC術后復發中的監測價值,檢測了31例BC患者在尿道膀胱腫瘤切除術前后的316份尿液標本的代謝變化,最終認為苯丙氨酸、精氨酸、脯氨酸和色氨酸可作為監測BC術后復發的候選生物標志物。尿液代謝組學在BC術后復發中的研究有待進一步評估和驗證。

2 BC患者血清/血漿的代謝組學

血清腫瘤標志物是早期發現并監測腫瘤進展的重要指標,因此基于血液標本的代謝組學技術有望在尋找BC生物標志物方面發揮重要作用。

CAO等[28]對39例BC患者(BC組)和25例健康者血清進行代謝組學分析,發現BC組血清異亮氨酸/亮氨酸、酪氨酸、乳酸、甘氨酸和檸檬酸水平下調,而極低密度脂蛋白、乙酰乙酸脂和葡萄糖水平上調。這些代謝物參與了氨基酸代謝、糖酵解、檸檬酸循環及脂肪生成等多個途徑。值得注意的是,檸檬酸水平在BC患者的尿液代謝譜中也呈下調趨勢[25],故檸檬酸循環可能在BC的發生、發展中發揮重要作用。ZHOU等[29]開發了一種基于氣相色譜-質譜和選擇離子監測的偽靶向代謝組學方法,并將其應用于BC血漿代謝組學研究,結果顯示BC組中參與磷酸戊糖途徑、核苷酸和脂肪酸合成的代謝物水平顯著增加(P<0.05)。由此可見,激活的磷酸戊糖途徑可能通過促進脂質和核苷酸的生物合成來調節BC細胞增殖。鄭思佳等[30]認為BC患者的氨基酸、膽汁酸及脂肪酸代謝紊亂,甘磷酸膽堿、胱氨酸、十二碳烯酸、二十碳烯酸和鵝去氧膽酸可聯合診斷BC的發生。另一研究使用核磁共振技術對不同分級的BC患者(BC組)和健康者(對照組)的血清代謝譜進行分析,利用正交偏最小二乘判別法建立衍生模型,該模型可區分BC組和對照組(6個代謝物:二甲胺、丙二酸、乳酸、谷氨酰胺、組氨酸和纈氨酸,AUC為0.99,靈敏度為96%,特異度為94%),以及低度和高度惡性BC組(3個代謝物:二甲胺、谷氨酰胺、丙二酸,AUC為0.99,靈敏度為97%,特異度為99%),通過內部和外部交叉驗證,證實了模型的有效性[31]。因此,血清/血漿代謝組學篩選出的BC差異代謝物可能具有較好的臨床效用,有望在臨床應用與推廣。以上研究發現的差異代謝物不盡相同,但均表明BC的發生、發展與氨基酸、脂質、脂肪酸代謝密切相關。

國內有研究同時對BC患者的尿液及血液進行代謝組學分析,以擴大標志物的篩查范圍[32]。該研究發現血液及尿液中各有13種內源性代謝物對BC患者與健康者的分類鑒別存在價值,其中次黃嘌呤在2類標本中均檢測到異常增高。這提示不同類型標本中的代謝物檢出情況具有較大差異,進行代謝組學分析時應盡量采用多種標本聯合檢測。

3 BC組織標本的代謝組學

相較于尿液與血液,組織標本富含的代謝信息更多。因此,有研究者利用BC患者的組織標本進行代謝組學分析,尋找BC診斷與鑒別診斷的特異性生物標志物。

PUTLURI等[33]使用高通量質譜法對27例患者鄰近的良性組織和31例BC組織標本進行特異性代謝分析,鑒定了35種不同的BC特異性代謝物。PIYARATHNA等[34]對病理證實的BC組織進行了脂質組學研究,并確定了良性和不同分期BC之間的脂質改變,例如相對于良性組織,BC組織中的磷脂和脂肪酸水平較高,三酰甘油水平較低;在不同分期的BC中,磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺和磷膽堿水平隨腫瘤分期逐漸降低,而二酰甘油水平逐漸升高。將這些改變的脂質映射到相應的代謝基因并與轉錄組學整合,產生了與BC患者存活率顯著相關的基因特征,但該特征尚未得到驗證。VON RUNDSTEDT等[35]使用液相色譜的靶向質譜法分析了BC病理組織和良性鄰近組織,鑒定出31種代謝物在BC病理組織和良性組織標本之間存在的差異性改變。研究者利用在線數據庫確定了174個涉及以上物質代謝途徑的相關基因,將代謝基因與轉錄組數據整合,確定了一個由30個基因組成的代謝特征。該特征在預測95例低特征評分BC患者與282例高特征評分BC患者的生存率方面差異有統計學意義(P=0.046)。組織標本代謝組學篩選出的BC差異代謝物種類和信息更多,具有較好的臨床應用價值,但組織標本不易獲取限制了其應用。

4 小 結

代謝組學技術檢測BC患者的尿液、血液、組織,篩選出差異表達的氨基酸、脂肪酸、脂質、嘌呤、能量等代謝產物,為BC代謝組學的研究及臨床應用提供了依據。但標本類型、檢測方法、研究數量等因素均可導致代謝組學分析結果的差異,如檢測平臺未能實現一致性,無法評估平臺間的系統差異;研究樣本數量有限,缺乏多中心驗證,難以保證研究結果的準確性;機體代謝物易受到多種不可控的因素干擾;患者長期臨床隨訪數據不完整等。在實驗室條件允許的情況下,應對患者的多種標本進行整合分析,以獲取更廣泛的代謝物信息,尋找具有更高診斷潛能的生物標志物。