代谢组学——肿瘤研究的利器
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代谢组学——肿瘤研究的利器

导读:

20世纪90年代,衍生出了一门新学科:代谢组学。它回答了基因组学和蛋白质组学不能回答的问题:细胞到底发生了什么?细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的,代谢物更多地反映了细胞所处的环境,比如细胞现在是不是健康?药物是否起效?环境污染物是不是正在伤害细胞?等等。由此,20世纪90年代,衍生出了一门新学科:代谢组学。



20世纪90年代,衍生出了一门新学科:代谢组学。它回答了基因组学和蛋白质组学不能回答的问题:细胞到底发生了什么?


细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的,代谢物更多地反映了细胞所处的环境,比如细胞现在是不是健康?药物是否起效?环境污染物是不是正在伤害细胞?等等。由此,20世纪90年代,衍生出了一门新学科:代谢组学。它回答了基因组学和蛋白质组学不能回答的问题:细胞到底发生了什么?



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肿瘤与代谢组学


肿瘤在发生、发展过程中,有些特定的代谢过程。利用代谢组学技术监测这些过程中代谢物的变化或波动情况,就能早期诊断并预测肿瘤的进展。


Odunsi等人应用H-NMR、PCA及SIMCA 技术对38例卵巢上皮性癌,12例卵巢良性囊肿,53例正常妇女的血清的代谢物分析,对正常绝经前妇女、卵巢良性肿瘤和卵巢上皮性癌的识别率达100%,对绝经后妇女和卵巢癌的识别率分别为97.4%和97%,并且成功诊断出2例I期卵巢癌患者。


采用最新技术魔角自转核磁共振分光检定法并结合主成份分析(PCA),发现肝癌中乳酸盐、谷氨酸、谷氨酰胺、甘氨酸、亮氨酸、丙氨酸和磷酸乙醇胺(PE)等代谢产物明显升高,而甘油三酯、葡萄糖和糖原呈现出明显的下降。这些代谢小分子簇可作为肝癌早期诊断和预后的生物标志物。


肺癌是全球发病率及死亡率均位居首位的恶性肿瘤。80%的肺癌患者就诊时已属中晚期,仅能进行姑息治疗,晚期患者5年生存率仍低于20%。近年来,代谢组学在肺癌中的应用也越来越广泛。


Maeda等通过对141例非小细胞肺癌患者以及423例健康人氨基酸轮廓比较,提出氨基酸轮廓可作为非小细胞肺癌筛选的潜在指标。此外,对不同肿瘤分期和组织学类型(腺癌、鳞状细胞癌和小细胞肺癌)的分析也获得了同样不错的AUC值(AUC= 0.877),提示可能对患者进行早期鉴别。


肺癌患者的血脂水平降低。或许是因为癌细胞需要多余的脂质来生长、增殖、氧化还原、侵袭和转移。乙酰辅酶a羧化酶1(ACC1)是脂肪酸合成的关键调控因子之一,在NSCLC细胞中升高。ATP柠檬酸裂解酶(ACLY)的表达和活性也在NSCLC中被上调,这是另一种关键的脂肪酸合成酶。基于siRNA抑制ACLY表达对脂肪生成和细胞增殖有明显的抑制作用。


Fearon等对肺癌的研究发现,在肿瘤细胞能量供应不足时,会加速间质细胞中的脂肪氧化生成酮体,再通过酮体转运载体输送到附近的肿瘤细胞,进而转变成乙酰CoA,通过三羧酸循环和氧化磷酸化为肿瘤细胞提供能量。Csibi等研究发现,肿瘤细胞可以通过增强肿瘤间质细胞中的氨基酸降解,积累谷氨酰胺。谷氨酰胺对癌细胞的增殖和存活至关重要。


Sasano等人在乳腺癌内分泌治疗的相关研究中,指出通过使用芳香化酶(尤其是17beta-HSDisozymes)抑制剂并监测瘤内其他酶系(尤其是STS)和相关微环境的变化情况,可以指导个体化的治疗。



目前代谢组学在肿瘤诊断方面的研究主要集中在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌,在肺癌、胃癌和食管癌等方面的研究也在逐步开展。无论在理论还是实践,代谢组学在肿瘤的早筛,治疗、鉴别诊断、预后评估等方面,都显示出其无法比拟的优势。


除了血液、尿液、组织,“一口气”或许也可以是检查的材料。呼气实验能检测出幽门螺旋杆菌(HP),就因为HP具有较强的尿素酶,能分解胃中的尿素。来自欧洲学术研究院、德国科学院院士LotharWillmitzer 博士认为,今后简单的一口气,就能发现隐藏的身体疾病。实际上,的确有公司已经付诸实践。2018年3月,位于英国剑桥市的Owlstone Medical公司宣布,已获得李嘉诚领投的1500 万美元融资,用来推动BreathBiopsy呼吸活检平台的全球商业化。该呼气活检平台能针对包括肺癌、结直肠癌在内的8 种癌症进行的早期诊断试验。


虽然代谢组学还只是在初生阶段,但这几年成为了研究热点,液态体检也正向着实用性方向发展。随着代谢组学定量方法精确度的提高和研究的深入,以及各种组学数据的成功对接,人们可以获得肿瘤基因转录、蛋白以及代谢水平的全景信息,从更高的层面理解生物系统的功能。包括质谱在内的多技术联用,对代谢组学的发展提供了更加广阔的空间。随着代谢组学应用广度和深度的不断增加,人们战胜肿瘤有了更多胜算。


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代谢组学之番外篇:狗狗大医生


狗狗能看家护院,也是许多人寂寞心灵的寄托。但是狗狗在肿瘤诊断方面的天才,也令人惊叹!


1989年就有研究指出,狗能闻出癌症,后来陆续研究证明狗可以嗅出乳癌、皮肤癌及肠道方面的癌症。曾有报道利用狗的灵敏嗅觉判断是否患肺癌,成功率高达7成。


英国《太阳报》也报道了英国第一批专业嗅癌犬之一“黛西”的神奇本领。它能嗅出滴入两个奥运会标准泳池水量中的一滴血。“黛西”的工作主要是嗅尿查前列腺癌,不到一分钟出结果。如果它认为有问题,就坐着不动,眼光转向训练员盯住不放。十多年来,它已检测出550多例癌症病例,准确率达到93%。她还嗅出她的女主人患有乳腺癌。格斯特说:“如果不是‘黛西’引起我的注意,我可能要到长成一个大肿瘤才知道,而当时肿瘤只有肉眼可见大小。”


研究人员深信,相信不少肿瘤都能产生异于常人的特殊物质。如果能将动物的特长结合代谢组学,也是一招妙棋。



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国内公司业务有涉及代谢组的有:华大基因、SCIEX中国、上海敏芯、苏州帕诺米克、上海阿趣、武汉安隆、诩基生物、骐骥生物等。


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复旦大学附属中山医院院长樊嘉院士、中国科学院院士唐本忠教授、上海市卫健委科教处张勘处长、中山医院临床研究院执行院长王向东教授等行业大咖是本次大会的演讲嘉宾。


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