正常和癌症血清的红外光谱研究

杨红霞 庞小峰*

（电子科技大学 生命科学与技术学院 成都 610054）

癌症是目前对人类危害最大的顽疾之一，其死亡率高居各种疾病之首。而且随着全球环境污染的日益加剧，癌症的发病率正逐年提高。从60年代至今，我国一些医务人员和科研人员在不同的癌症高发区、高危人群中展开了癌症的初筛、普查普治，发现了许多早期病人，早期癌症病人约占普查发现癌症总数的30%~70%。早期癌症病人正规治疗后的5年生存率高达70%~95%。因此找到一种方便、经济、有效的早期诊断方法的意义是十分重大的。

随着光谱技术与生物谱学研究的发展，光谱方法应用于肿瘤检测的研究逐渐成为国内外的热点课题[1~6]。九十年代以来，世界上一些研究小组用FTIR方法研究了各种癌细胞和正常细胞之间的差别[7,8]，发现在正常细胞和癌细胞的FTIR光谱之间，很多谱带的峰位、峰强、相对峰强以及峰面积等存在差别，说明FTIR光谱可以在一定程度上区分正常细胞和癌细胞。翁诗甫等人从上个世纪九十年代中期开始对各种组织的FTIR光谱进行研究[9~14]。但是细胞培养周期长、组织取样麻烦，而且检测起来操作复杂。而血清相对来说取样方便，对患者伤害小，检测起来也很简便、快速，而且还不需要任何试剂。因此，本文利用红外光谱对血清进行检测，试图找到一种可以区分癌症和正常人的检测手段，从而为癌症的早期诊断服务。经分析，癌症病人和正常人在整个中红外波段的吸收强度上有明显的差异，因此，在医学上可以用血清红外检测作为一种癌症早期诊断的辅助手段。

1 实验样品、测试条件及方法

1.1 实验样品

正常人血清来自电子科技大学校医院，癌症病人血清来自成都市第三人民医院肿瘤科。

1.2 测试条件

仪器：NICOLET NEXUS 670红外光谱仪；光源:红外光源；检测器:DTGS CsI ； 波数范围：4 000~400 cm-1； 分束器:KBr；采样间隔:2.0000； 动镜速度: 0.6329； 光阑:100.00； 样品增益:2.0； 高通滤波: 200.0000； 低通滤波: 11000.0000； 样品扫描次数: 32； 分辨率:4.000； 切趾函数: Happ-Genzel；相校正: Mertz

1.3 实验方法

把血清放进离心管中，在4℃、12000r/min下离心十分钟，离心后吸取上层血清，在上述实验条件下测试，实验是在室温条件下操作，并且从取血清到实验的测试在一天内完成。并采用OMNIC 32软件对光谱进行自动基线校正，消除基线漂移，然后进行自动平滑，消除噪声干扰。

2 实验结果及分析

2.1 本实验测试了10例正常人和8例不同类型癌症的血清（其中包括卵巢癌、肺癌、宫颈癌、直肠癌、喉癌和食管癌）。而癌症及正常人图谱比较10例正常人的红外吸收图谱从峰形上看差别不是太明显。但是吸收强度有些差别，在1000cm-1~2000cm-1左右波段内，正常人的吸收明显大于癌症患者的，而在2000cm-1~4000cm-1波段内，癌症患者的吸收略大于正常人的。由于血清成分复杂，各种基团的振动和转动相互叠加在一起，由图可以看出血清的吸收以3000cm-1~4000cm-1和1000cm-1~1800cm-1的两大波段为主要吸收区域，如图1所示。

经过大量文献查阅，发现主要差别的波段在1500cm-1~1000cm-1，因此，对该波段进行单独显示，如图2所示。

由图2我们可以看出虽然正常人和癌症病人的血清内的主要基团的振动和转动峰差别不明显，但是正常人和癌症病人的吸光度有明显的差别，正常人的吸收在该波段的每一波数处都明显比癌症病人强很多。

2.2 红外的吸收峰都是由分子内基团的振动和转动引起的，而组织内主要基团及其吸收峰的峰位如表1[7,8]所示。而各种癌症及正常人的每个吸收峰的峰位处的红外吸收强度如表2所示。通过典型振动峰位处的强度比较，发现癌症病人在波数为1000cm-1~2000cm-1波段内的峰位处的吸光度强度明显低于正常人，1240cm-1和1082cm-1附近的峰说明癌症血清内核酸中的磷酸二酯键的反对称和对称振动减弱；1162cm-1附近的峰说明癌症血清内蛋白质中几个带有羟基的氨基酸(苏氨酸、亮氨酸和酪氨酸)的C—O伸缩振动峰减弱；1458cm-1附近的峰说明癌症血清内CH3和CH2的变角振动减弱；1745cm-1附近的峰说明癌症血清内脂羰基的伸缩振动峰减弱；1643cm-1和1549cm-1附近的峰说明癌症血清内蛋白质的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带振动减弱。而在2000cm-1~4000cm-1波段内峰位处的吸光度却高于正常人，在该波段主要是CH3、CH2的对称和反对称伸缩振动。由上可以说明癌症血清内核酸、蛋白质的含量增加，而脂类物质的含量减少，这与组织和细胞得到的结论相反[15-17]，而且与理论也相逆。这可能是血清中水的吸收引起的。因此，本文在相同条件下做了水的吸收，如图3所示。由图3可知，在3300cm-1附近是水的羟基伸缩振动，1640cm-1是水的变角振动。因此，这种与理论的相悖是由于水的吸收造成的。但是不考虑水的话，单从峰位处的强度也能区分出正常和癌症病人，因为各自的吸收强度有明显的差别，并呈一定的规律。

2.3 由于不同峰之间的强度比值可以为我们提供分子内部结构的信息，并代表不同的生物意义，如表3所示。为了进一步的比较正常血清和癌症血清红外吸收的差异，从而从分子内部分析其变化。所测的对应的不同癌症血清及正常血清的比值如表4所示。

由表3、表4可以看出最明显的是癌症血清中蛋白质的酰胺Ⅱ的振动比核酸内磷酸二脂键的对称振动强的多，约是它的七倍多，而在正常血清中，只是它的2.6倍左右；其次是癌症血清中核酸内磷酸二脂键的反对称伸缩振动明显强于对称伸缩振动，在正常血清中差别不大，说明癌症血清内核酸结构发生了变化；再次，癌症血清内蛋白、核酸和脂的相对含量也发生了明显的变化；最后CH3的变角振动、蛋白质的二级结构也发生了明显的变化。通过这些变化，我们可以从血液中分子结构的细微变化来初步诊断是否患了癌症。

3 结论

通过对各种癌症及正常人的血清红外光谱、各个峰位处红外吸收强度及其不同峰位强度的比值进行分析，发现癌症病人和正常人有明显的差别，即癌症血清内核酸中的磷酸二酯键的反对称和对称振动减弱、蛋白质中几个带有羟基的氨基酸(苏氨酸、亮氨酸和酪氨酸)的C—O伸缩振动峰也减弱、CH3和CH2的变角振动也减弱、脂羰基的伸缩振动峰也减弱、蛋白质的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带振动减弱，而CH3、CH2的对称和反对称伸缩振动却增强；并且核酸的结构、蛋白质的二级结构也发生了变化，血清内蛋白、核酸及脂的相对含量也发生了很大的变化。虽然血清内主要成分是水，而且水的吸收对血清影响很大，但是没有影响判断结果，而且区分度很大。因此，在不考虑水的影响下，可以通过对血清进行红外测试，来初步诊断是否患了癌症。

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