甲状腺肿瘤代谢组学的研究进展△

高伟，唐伟

南京医科大学附属老年医院内分泌科，南京 210000

甲状腺结节术前诊断的金标准是超声引导下细针穿刺细胞病理学检查，对于滤泡样病变（甲状腺滤泡状腺瘤、甲状腺滤泡癌、滤泡型甲状腺乳头状癌），细针穿刺检查难以鉴别其良恶性，导致10%～30%的细针穿刺结果不明确[1]，在不确定的结节中仅14%～20%的结节为恶性[2]。研究指出，BethesdaⅣ～Ⅵ类甲状腺结节需要手术治疗，Ⅴ类甲状腺结节的恶性率为60%～75%[3]，而Ⅳ类甲状腺结节的恶性率仅为15%～30%[4]。因此，大多数甲状腺结节患者可能接受了不必要的手术。为明确结果不确定的甲状腺细针穿刺检查结节的良恶性，目前已有B-Raf原癌基因（B-Raf proto-oncogene，BRAF）、RAS、RET/PTC、PAX8/PPARγ、半乳糖凝集素-3（galectin-3）、HBME-1、微小 RNA（microRNA，miRNA）等标志物用于辅助诊断，然而这些标志物的特异度和灵敏度仍有待提高。

甲状腺癌的组织病理学类型主要分为4类：乳头状癌、滤泡癌、髓样癌、未分化癌。其中，乳头状癌约占甲状腺癌的80%[5]。甲状腺癌在神经内分泌恶性肿瘤中占90%，在所有恶性肿瘤中占1%[6]。中国不同地区甲状腺癌的流行病学调查显示，甲状腺癌的发病率呈逐年上升趋势[7-13]。2003—2007年中国甲状腺癌的发病率和病死率每年分别以14.51%和1.42%的速度上升[14]。2013年中国甲状腺癌的发病率较2010年增长137%，病死率增长23%[15]。中国沿海地区较内陆地区的甲状腺癌发病率高，城市甲状腺癌发病率高于农村，中年人群甲状腺癌发病率高于其他年龄段人群，女性发病率高于男性[16]。

1 代谢组学研究

代谢组学最早于1999年由英国Nicholson研究组提出[17]。代谢组学研究的是生理、病理或环境等因素对生物体内所有内源性小分子物质的影响，这些内源性小分子物质（代谢物）包括碳水化合物、脂肪酸、氨基酸、核苷酸、有机酸、色素、维生素等，处于基因表达、蛋白质活动的下游，反映了生物体对刺激的瞬时状态[18-19]。代谢组学与基因组学、转录组学、蛋白质组学组成了完整的生物信息系统。近20年代谢组学技术不断发展，其应用领域也不断扩展，在肿瘤性疾病的发生、发展机制探索、新诊断标志物发现、新治疗靶点提出、预后判断等方面发挥着重要作用，展示了巨大的应用前景[20]。目前代谢组学在脑癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌、消化道肿瘤、胰腺癌、神经内分泌肿瘤等研究中应用广泛[21]。

2 代谢组学在甲状腺肿瘤中的研究

2.1 甲状腺肿瘤组织的代谢组学

甲状腺肿瘤组织与正常甲状腺组织的代谢谱具有明显差异。Tian等[22]收集了甲状腺肿瘤组织及肿瘤旁正常甲状腺组织，利用核磁共振氢谱技术分析甲状腺组织提取物的代谢谱，并应用高分辨率魔角旋转核磁共振分析了两种组织的代谢谱，发现甲状腺肿瘤组织中胆碱、磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱、磷酸乙醇胺、乳酸、谷胱甘肽、牛磺酸、肌醇、肌苷、延胡索酸和氨基酸的含量更高，而脂类含量更低。Lu等[23]利用高分辨率魔角旋转核磁共振分析组织的代谢谱，结果发现，与正常甲状腺组织相比，甲状腺微小乳头状癌患者的甲状腺组织中苯丙氨酸、酪氨酸、丝氨酸、胱氨酸、赖氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、牛磺酸、亮氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、缬氨酸和乳酸的含量升高，而饱和及不饱和脂肪酸的含量下降。Torregrossa等[2]利用高分辨率魔角旋转核磁共振波谱技术分析了甲状腺滤泡性腺瘤、甲状腺肿、甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡状癌、未分化甲状腺癌组织和肿瘤旁组织的代谢谱，发现肿瘤组织中脂肪酸含量较肿瘤旁组织更低，而酪氨酸、苯丙氨酸、丝氨酸、赖氨酸、牛磺酸、谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸和乳酸的含量则更高。Miccoli等[24]利用高分辨率魔角旋转核磁共振分析了正常甲状腺组织、结节性甲状腺肿、甲状腺乳头状癌、滤泡状腺瘤、甲状腺滤泡癌或滤泡型乳头状癌的组织代谢谱，结果发现，甲状腺肿瘤组织中苯丙氨酸、酪氨酸、丝氨酸、赖氨酸、牛磺酸、谷氨酰胺、谷氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸的含量升高，脂类含量降低。Li等[25]利用核磁共振波谱技术分析了正常甲状腺组织和甲状腺乳头状癌组织的代谢谱，发现甲状腺乳头状癌的代谢改变主要涉及脂类代谢增强、糖酵解增强、支链氨基酸代谢增强、其他氨基酸代谢增强、胆碱代谢增强和三羧酸循环减弱。Chen等[26]利用气相色谱-质谱法分析了甲状腺乳头状癌组织和正常甲状腺组织的代谢谱，发现甲状腺乳头状癌组织较正常甲状腺组织的碳水化合物（葡萄糖、果糖、半乳糖、甘露糖、2-酮基-D-葡萄糖酸）下降，且核苷酸代谢显著改变。Shang等[27]先后利用气相色谱-飞行时间质谱、超高性能液相色谱-三级四极质谱分析及验证了甲状腺乳头状癌组织和正常甲状腺组织的代谢谱，发现半乳糖苷、蜜二糖和褪黑激素在甲状腺乳头状癌组织中显著改变，半乳糖代谢途径包含最多显著改变的代谢物。

甲状腺良恶性肿瘤组织的代谢谱差异明显。Torregrossa等[2]研究发现，恶性肿瘤（甲状腺乳头状癌、甲状腺滤泡状癌、未分化甲状腺癌）较良性肿瘤（甲状腺滤泡性腺瘤、甲状腺肿）组织的乳酸和牛磺酸含量升高，胆碱、磷酸胆碱、肌肌醇和鲨肌醇含量降低。Miccoli等[24]研究发现，与甲状腺滤泡状腺瘤和结节性甲状腺肿相比，甲状腺乳头状癌和甲状腺滤泡状癌中的乳酸和牛磺酸含量升高，脂类、胆碱、磷酸胆碱、肌肌醇和鲨肌醇含量降低。Tian等[22]研究发现，与良性甲状腺病变组织相比，恶性甲状腺病变组织中磷酸胆碱、甘油磷酸胆碱、磷酸乙醇胺、乳酸和氨基酸的含量更高，而柠檬酸、鲨肌醇、肌肌醇、肌苷和尿苷含量较低。Deja等[28]利用核磁共振波谱技术分析正常甲状腺组织、非瘤结节、滤泡性腺瘤、甲状腺恶性肿瘤组织的代谢谱，该研究认为，次黄嘌呤、琥珀酸和丙酮可作为甲状腺病变的分子标志物，鲨肌醇和肌肌醇可作为甲状腺癌的特异性分子标志物。甲状腺滤泡腺瘤的代谢谱同时表现出良性甲状腺病变和部分恶性甲状腺癌的代谢谱特征。

不同类型甲状腺肿瘤的代谢谱也具有差异。Wojakowska等[29]应用气相色谱-质谱分析不同类型甲状腺癌（甲状腺滤泡状癌、经典变异乳头状癌、滤泡型乳头状癌）、甲状腺滤泡状腺瘤和正常甲状腺组织的代谢谱，该研究中，甲状腺经典变异乳头状癌和滤泡型乳头状癌、甲状腺滤泡型乳头状癌和滤泡状癌、甲状腺滤泡型乳头状癌和滤泡状腺瘤可以被明显区分，而甲状腺滤泡状癌和滤泡状腺瘤的代谢谱差异不显著。

甲状腺肿瘤原发灶大小影响其代谢谱。郑雯洁等[30]联合运用气相色谱-飞行时间质谱和超高效液相色谱-飞行时间质谱技术检测女性患者甲状腺乳头状癌组织和癌旁组织的代谢谱，并根据原发灶大小将样本分为T1组（原发灶最大径≤2.0 cm）和T2组（原发灶最大径＞2.0 cm），发现T2组肿瘤组织中氨基酸、嘌呤与嘧啶、色氨酸以及一碳单位代谢较T1组增强，亮氨酸、尿嘧啶、半胱氨酸和腐胺含量与原发灶大小密切相关。

2.2 甲状腺肿瘤细针穿刺样本的代谢组学

细针穿刺样本的代谢组学可以用于区分甲状腺病变组织和正常甲状腺组织以及甲状腺良恶性病变。Jordan等[31]利用高分辨率魔角旋转核磁共振分析了甲状腺乳头状癌、滤泡腺瘤、正常甲状腺组织的细针穿刺样本和组织样本的代谢谱，结果显示细针穿刺样本能够区分甲状腺乳头状癌和甲状腺良性病变、甲状腺肿瘤性病变和正常甲状腺组织。Ryoo等[32]通过核磁共振波谱技术分析了甲状腺乳头状癌和良性甲状腺结节细针穿刺样本的代谢谱，发现柠檬酸最能区分甲状腺良恶性结节。

2.3 甲状腺肿瘤患者的血清/血浆代谢组学

Lu等[23]利用核磁共振波谱技术分析了甲状腺微小乳头状癌患者和健康人群的血清代谢谱，结果发现，甲状腺微小乳头状癌患者较健康人群的血清葡萄糖、甘露糖、丙酮酸和3-羟基丁酸含量更高，氨基酸如缬氨酸、酪氨酸、脯氨酸、赖氨酸和亮氨酸含量更低。Zhao等[33]利用核磁共振波谱技术分析了甲状腺乳头状癌、良性甲状腺肿瘤、正常甲状腺人群的血清代谢差异，该研究发现甲状腺乳头状癌人群血清中乳酸含量较高，而脂类含量较低。赵文新等[34]利用核磁共振波谱技术分析了甲状腺乳头状癌患者和健康人群的血清代谢谱，发现甲状腺乳头状癌患者血清中乳酸、亮氨酸、异亮氨酸、丙氨酸、谷氨酸、赖氨酸、甘氨酸含量较健康人群升高，而脂类、胆碱、酪氨酸含量则较健康人群降低。阿布都沙拉木·阿布力等[35]利用核磁共振波谱技术分析了甲状腺乳头状癌患者和健康人群的血清代谢谱，发现甲状腺乳头状癌患者血浆中极低密度脂蛋白、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、低密度脂蛋白、乳酸、丙氨酸、糖蛋白、谷氨酰胺、肉碱、α-酮戊二酸、肌酸、甘氨酸、不饱和脂肪酸、酪氨酸、甲基组氨酸、苯丙氨酸的含量较健康人群降低，而丙酮酸、柠檬酸、肌酸酐、胆碱、鲨肌醇、β-葡萄糖、肌醇、α-葡萄糖和甲酸的含量则较健康人群升高。Yao等[36]应用液相色谱-质谱分析了甲状腺乳头状癌、良性结节性甲状腺肿、健康人群的血清代谢谱，发现甲状腺乳头状癌和良性甲状腺结节患者的血清3-羟基丁酸含量均较健康人群升高，甲状腺良恶性病变中脂类代谢差异最大。Farrokhi等[37]应用核磁共振氢谱技术分析了甲状腺乳头状癌、良性结节性甲状腺肿和健康人群的血清代谢谱，该研究发现甲状腺病变患者的血清代谢谱与健康人群的血清代谢谱具有差异，甲状腺良恶性病变患者的血清代谢谱也具有差异，天冬氨酸代谢、尿素循环、蛋氨酸和甜菜碱代谢是乳头状甲状腺癌发病机制中最重要的途径。Huang等[38]应用液相色谱四极飞行时间质谱分析了多中心的健康人群、甲状腺良性结节患者、甲状腺乳头状癌患者的血浆及血清代谢谱，发现健康人群的血浆和血清代谢谱与甲状腺良性结节患者和甲状腺乳头状癌患者的血浆和血清代谢谱均有差异，而甲状腺良性结节患者和甲状腺乳头状癌患者的血清及血浆代谢谱无明显差异。

2.4 甲状腺肿瘤患者的尿液代谢组学

Wojtowicz等[39]利用核磁共振氢谱技术分析了正常甲状腺、非瘤甲状腺结节、滤泡状腺瘤、甲状腺乳头状癌患者的血清和尿液代谢谱，发现血清中的非瘤甲状腺结节样本与正常甲状腺组织样本分离最好，尿液中的滤泡状腺瘤样本与正常甲状腺组织样本分离最好，将血浆与尿液代谢组学结合具有更高的预测能力。

3 转移甲状腺肿瘤的代谢组学

3.1 转移甲状腺肿瘤的组织代谢组学

Seo等[40]利用核磁共振波谱技术分析了有淋巴结转移和无淋巴结转移以及有周围淋巴结转移和无周围淋巴结转移的甲状腺肿瘤组织的代谢谱，该研究未能利用核磁共振波谱技术区分甲状腺乳头状癌有无淋巴结转移或有无周围淋巴结转移。郑雯洁等[30]联合运用气相色谱-飞行时间质谱和超高效液相色谱-飞行时间质谱技术检测女性甲状腺乳头状癌患者的乳腺癌组织代谢谱，发现有淋巴结转移组肿瘤组织中糖酵解、氨基酸代谢、嘌呤与嘧啶、色氨酸、一碳单位代谢较无淋巴结转移组增强，说明可以通过代谢组学分析是否有淋巴结转移。

3.2 转移甲状腺肿瘤的血清代谢组学

Shen等[41]运用气相色谱-飞行时间质谱对比分析了甲状腺乳头状癌中有转移和无转移患者的血清代谢谱，该研究发现天冬酰胺、γ-氨基丁酸、4-脱氧吡哆醇、草酸在甲状腺乳头状癌有转移患者血清中的含量较无转移患者高，而焦谷氨酸的含量较低，通过血清代谢谱可以区分甲状腺癌转移与非转移患者。

4 小结与展望

代谢组学研究揭示了病变甲状腺组织和正常甲状腺组织、甲状腺良恶性肿瘤以及有转移和无转移甲状腺肿瘤代谢谱的改变。差异代谢物相关通路分析提供了探索甲状腺肿瘤发生发展机制的新思路，差异代谢物也是辅助诊断甲状腺疾病的潜在分子标志物和新治疗靶点。目前甲状腺癌的代谢组学研究大多针对甲状腺乳头状癌，对于甲状腺癌各类型之间的代谢组学研究尤显不足。利用血液、尿液、甲状腺细针穿刺样本等进行代谢组学研究，寻找诊断肿瘤发生及鉴别肿瘤良恶性的无创分子标志物具有重要的临床意义。甲状腺肿瘤转移是患者预后的重要影响因素，关于甲状腺肿瘤转移的代谢组学研究较少，还需更多相关研究。目前多项研究利用差异代谢物建立的疾病诊断模型可以区分特定人群疾病的有无或疾病的良恶性，也有研究提出甲状腺肿瘤的治疗新靶点，而对此尚缺乏基础实验论证及活体实验支持。甲状腺肿瘤代谢组学研究结果受样本数量、检测技术等影响，各研究结果之间常有矛盾之处，仍需更大样本量、不同人群的研究。