代谢组学在子宫内膜癌中的研究进展*

陈君宇，曹冬焱

(中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院妇产科,北京 100730)

1 研究现状

子宫内膜癌(endometrial carcinoma，EC)是女性常见的妇科恶性肿瘤之一，好发于围绝经期和绝经后女性，近年来其发病率和死亡率逐渐升高[1]。根据其发病机制可分为I型和II型。早期EC治疗效果较好，但存在高危因素及晚期患者预后较差，因此早期发现、早期治疗及开发新型靶向治疗十分重要。目前EC主要通过诊刮或宫腔镜手术获得组织进行病理检查确诊，但手术存在子宫穿孔等并发症，且部分患者对手术存在顾虑导致延误诊断，因此需要兼具高特异性和敏感性的微创或无创的检测手段来提高诊断效率。而具有此优点的代谢组学(Metabonomics)可以在EC的早期筛查诊断及干预治疗中发挥重要作用。

代谢组学是一门新兴学科，1999年由Nicholson等提出，是在机体受到外界刺激时，利用各种光谱、电化学技术及数据分析等技术对机体代谢产物，尤其是分子量1000Da以下的小分子进行研究分析的学科[2]。代谢物可以对机体微环境的改变做出迅速反映，代谢物种类、数量的变化能灵敏反应出机体的生理病理学变化，是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后系统生物学的又一重要组成部分。代谢组学方法可以分为靶向和非靶向，非靶向通常用于生物标记物研究的发现阶段，而靶向多用于生物标记物的验证。常用的检测方法包括气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)以及核磁共振(NMR)技术。代谢组学能快速分析组织或体液样本(尿液、血液、唾液等)，具有简单易行、重复性好、创伤小、少量样品即可制备等优点，在临床方面有巨大的应用潜力[3-4]。

目前，代谢组学在肿瘤中的研究取得了一定成果，尤其是在激素依赖性肿瘤中的诊断及治疗方面，已经发现多种潜在的标记物分子及治疗靶点[5-6]。EC患者尤其是I型EC患者往往合并高血压、糖尿病、高血脂以及肥胖等并发症，伴随着体内的糖、脂、氨基酸等代谢障碍，通常也被认为是一种与异常代谢相关的疾病[7]。应用代谢组学对患者体内相关代谢物进行研究，可以为EC的早期诊断与治疗提供新思路。本文就代谢组学在EC中的应用展开综述。

2 代谢组学在EC中的应用

2.1 EC的筛查诊断 健康女性和EC患者的体内氨基酸、脂质及其衍生物等多种代谢物浓度存在差异，通过代谢组学技术，筛选体液中特异性代谢产物作为肿瘤标记物、建立肿瘤识别模式，可以为疾病的早期诊断提供帮助[8]。如血清中的3-羟基丁酸、亚油酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、苏氨酸和缬氨酸，血浆中的C14:2、14-二烯基左旋肉碱、C6以及己酰肉碱等代谢物，在EC患者体内明显升高，可以作为EC的预测因子[9-11]。此外，还有研究发现，EC患者体内内源性雌激素升高了3倍，表明雌激素与EC发病风险密切相关，可以作为潜在的肿瘤标记物[12-13]。除了单一的代谢产物，特异性代谢物之比可以构建诊断模型以协助诊断，如酰基肉碱C16与磷脂酰胆碱PCae C40:1之比，脯氨酸与酪氨酸的比值以及两种磷脂酰胆碱PCaa C42:0与PCae C44:5之比，其敏感度可达85%以上[14]。

除血液制品外，尿液中代谢物样本也可用于肿瘤的代谢组学研究,包括胆色素原、乙酰半胱氨酸、n-乙酰丝氨酸、咪唑丙烯酸和异丁酰甘氨酸等。其中，胆色素原和乙酰半胱氨酸在EC患者中显著下调，而n-乙酰丝氨酸、咪唑丙烯酸和异丁基甘氨酸显著上调。研究患者尿液中雌激素及其代谢产物发现，E2/E1、E2/2-Me OE2、4-OHE2/2-Me OE2在肿瘤患者尿中含量高于正常妇女，提示尿中雌激素高表达可能成为EC高危人群的筛查指标[15]。

代谢组学技术对EC的检测具有良好的灵敏度和特异性[16]，在疾病的诊断筛查方面有较大应用前景，但目前尚未得到较为公认的一组特异性代谢物。可能是由于EC患者多合并肥胖、糖尿病、高脂血症等代谢性合并症，会对分析产生影响，不同的分析技术平台也可能造成一定差异，我们还需更多的研究和更加严谨的研究设计，以寻找出最有意义的代谢物。

2.2 EC的分期与分型 EC的预后与肿瘤的分期密切相关，I～IV期的5年生存率从85%降至25%。早期内膜癌患者的淋巴结转移率低，淋巴结清扫并不改善预后，且增加手术风险及并发症。术前对肌层浸润和淋巴结转移进行评估，初步对疾病进行分期，有助于手术方式的指导。现阶段评估主要通过超声、核磁共振、CT等影像学检查，但存在准确度不高、特异性欠佳等局限性，因此需更加准确的评估方法。代谢组学研究显示，不同期别患者体内的代谢物浓度有所不同，有深层浸润的患者体内某些代谢物，如2-甲氧基雌二醇-葡萄糖醛酸、肌苷、黄嘌呤和次黄嘌呤浓度显著升高，而羟鞘磷脂、磷脂酰胆碱、和内源性雌激素等代谢物与肌层浸润深度有关，可作为EC的分期标志[14]。与淋巴脉管间隙浸润(lymph-vascular space invasion，LVSI)相关的代谢物包括硫酸雌二醇、3-羟基丁酸盐、十六己二烯肉碱、二酰基残基和C38:1的磷脂酰胆碱、二酰基残基和C34:4的磷脂酰胆碱和酰基烷基残基和C38:3，均显示了与分期的相关性，可作为疾病分期的预测因子[8,17-18]。还有研究建立了肌层浸润及LVSI的预后模型，其敏感度和特异度都达到80%以上，可以对EC分期起到提示作用[14]。

与I型相比，II型EC预后较差，手术及辅助治疗方式存在一定差异[19]。通过代谢组学研究发现，I型与II型EC患者血液中缓激肽、血红素、饱和长链酰基肉碱、肌氨酸、赖氨酸、硫酸化雄激素类固醇、5-脂氧合酶(ALOX5)等代谢产物存在差异，可以对I型和II型EC进行区分[20]。因此，采用代谢组学方法，通过抽取血液样本创伤较小的方式，在术前对EC进行分型及分期，可提高诊断准确率，避免不必要的淋巴清扫术，减少并发症。

2.3 EC的治疗 几乎所有的肿瘤均存在细胞代谢改变的特征，肿瘤细胞利用葡萄糖和谷氨酸等提供能量，合成蛋白质和细胞增殖所需的碳水化合物、脂肪酸、氨基酸和核苷酸。因此，代谢物的变化可影响肿瘤细胞的生成，通过代谢组学对肿瘤的代谢通路进行研究，可为肿瘤的治疗提供新思路[21]。

EC患者中最常报道的代谢异常通路是与氨基酸、糖和脂质相关的通路。氨基酸代谢产生的代谢物为肿瘤相关的免疫调节提供基础，所以参与氨基酸摄取和生物合成的转运体和转氨酶可作为治疗干预EC的潜在靶点[22]。如苯丙氨酸、吲哚丙烯酸、硬脂酸、磷酸胆碱等可以在调节肿瘤细胞行为方面发挥作用。硬脂酸有体外抑制肿瘤细胞生长的能力，磷酸胆碱可以抑制肿瘤细胞的侵袭和迁移，促进细胞增殖和自噬，且均呈剂量依赖性。此外，磷酸胆碱还可以保护细胞凋亡，可以作为潜在的抗肿瘤药物[23]。糖代谢的研究发现，2-脱氧-D-葡萄糖通过阻断糖酵解途径，干扰肿瘤细胞代谢，使肿瘤细胞发生凋亡，可以用于EC治疗[24]。脂代谢研究显示，二甲双胍可以诱导脂质和糖原代谢的改变，显著抑制mTOR通路，降低肿瘤的增殖；也可以通过抑制肝脏糖异生作用，提高胰岛素敏感性，降低血糖和循环胰岛素水平，从而抑制肿瘤生长[25-26]。此外，针对尿液的研究表明，尿嘧啶、L-半胱氨酸及牛磺酸相关代谢途径及通路在EC的发生发展中可能具有重要作用。因此代谢组学既可用于检测恶性肿瘤中代谢途径的改变，也可用于针对代谢途径改变进行肿瘤药物的研发。

2.4 EC的预后判断及监测复发 大部分患者经过治疗后，体内肿瘤负荷明显下降，继而代谢谱发生相应变化。利用代谢组学分析患者体内代谢谱的变化，以评估肿瘤的治疗对机体代谢途径产生的改变，从而对疾病的预后进行初步判断。目前已检测出多种与预后相关的代谢生物标记物，包括皮酚酸、牛痘酸、磷脂酸、花生四烯酸、1-棕榈酰-2-亚油基、肌苷、棕榈酰胺、亚油酸、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇和甘油磷酸酯胆碱等[27]。对患者进行长期随访研究发现，脱氢表雄酮、脱氢表雄酮、黄体酮激素水平高患者的长期存活率较低，可作为判断预后的指标[28]。目前EC的预后分层可根据分子分型的研究，但在代谢物与TCGA的相关性被评估之前，代谢组学仍可以在EC的预后风险评估中发挥重要作用，并且相对测序来说，代谢组学更加经济。

在EC随访过程中，缺乏可靠的监测工具，常规使用影像学或生化检测的证据有限。因此，如何更好地识别出风险最大的女性，以及发展非侵入性手段监测复发十分重要。目前发现，与EC复发有关的氨基酸等代谢物包括精胺、乙酰胆碱、鞘磷脂、亚油酸、肉豆酸、支链氨基酸途径的中间体、多胺、乙酰肉碱、单酰基甘油、缓激肽、硫酸雄激素、血红素和神经酰胺等[23]。有研究对患者术前和术后1个月血清中的代谢物进行了测定，发现术前雌激素和硫酸雌二醇水平与复发呈负相关，可作为不良预后的独立预测因子[29]。此外，胆汁酸具有预测手术治疗后复发的能力，推测原因是胆汁酸增加了肌层对激素的敏感性，从而导致EC的进展[8]。其他与复发相关的代谢产物包括硫酸雌二醇和2-油酰甘油和三酰基甘油脂肪酸组，准确率达87%，表明代谢组学在预后判断及监测复发中具有可行性及较好的准确性。

3 问题与展望

综上所述，代谢组学在肿瘤发生发展、筛查诊断及治疗评估中已取得了相当大的进展。相对于其他组学，代谢组学具有简单易行、创伤小、重复性高、少量样品即可进行检测等优点，近年来关于代谢组学的研究备受关注。EC作为与代谢密切相关的恶性肿瘤，目前可通过血液、尿液等样本进行代谢组学研究，利用差异代谢物建立诊断模型，探索疾病发生发展机制的新思路。同时，相关代谢物可以作为潜在肿瘤标志物和新治疗靶点，在明确发病机制、早期诊断、预测复发、判断预后等方面均有良好的发展前景。但目前大部分研究尚处于初级探索阶段，相关临床研究少，且研究代谢物较为广泛，没有公认的一组特异性代谢产物，仍然需要进一步深入研究才能明确代谢组学在EC诊治中的临床作用。