2018, Vol. 38 
2. 徐州医科大学附属淮海医院/中国人民解放军第九七医院药剂科, 徐州 221004;
3. 中国人民解放军第二军医大学附属长征医院实验诊断科, 上海 200003
2. Department of Pharmacy, Affiliated Huaihai Hospital of Xuzhou Medical University/The 97 th Hospital of CPLA, Xuzhou 221004, China;
3. Department of Laboratory Diagnostics, Changzheng Hospital, The Second Military Medical University of CPLA, Shanghai 200003, China
结直肠癌(colorectal cancer，CRC)又称大肠癌，为消化系统常见的恶性肿瘤。在北美、澳大利亚、新西兰、欧洲、日本等地区发病率极高，而非洲、中南亚等则为发病率较低的地区；总体上男性发病率高于女性。2008年，全球结直肠癌新发病例超过120万人，死亡病例超过60.87万人[1]；新发病例排名常见肿瘤的第三位，死亡病例排名肿瘤死亡的第四位[2]。在美国，每年被诊断为结直肠癌的患者超过14.5万人[3]；在英国，结直肠癌是紧随乳腺癌、肺癌以及前列腺癌之后，排名第四位的常见恶性肿瘤，每年约4.16万人被诊断为结直肠癌，且在最常见的癌症致死疾病中排名第二位[4]。结直肠癌是受多重因素综合影响的复杂性疾病，其危险因素包括吸烟，缺乏体育锻炼，超重和肥胖，过度食用红肉和加工肉类[5-6]，以及嗜酒[7]。据报道，东亚、东欧及西班牙等过去结直肠癌较低发病率的地区，其发病率正迅速增加，普遍认为这种不利趋势是一种包括饮食模式改变、肥胖以及吸烟盛行等综合诱因的反映。
1 结直肠癌的国内流行病学现状结直肠癌也是我国常见的恶性肿瘤之一。目前国内结直肠癌发病率处于世界中等水平，稍高于欠发达国家。然而，近10年的趋势表明，国内结直肠癌原发病率和年龄标准化发病率均持续增长，男性的发病率及死亡率均高于女性[8]。
据报道[9]，2013年，国内结直肠癌新发病例34.8万人，发病率为25.57人/10万人，紧随肺癌、胃癌、肝癌之后，排名恶性肿瘤发病的第四位；死亡病例16.5万人，死亡率为12.11人/10万人，紧随肺癌、肝癌、胃癌、食管癌之后，排名恶性肿瘤死亡的第五位。从发病年龄上看[8]，城市地区及整体人群40岁以下者发病率相对较低，80~84岁者发病率最高，农村地区75~79岁者发病率为最高；40岁以后，城市地区的发病率普遍高于农村地区，尤其是老年群体；30岁以上男性发病率高于女性。从死亡年龄上看[8]，城市地区及整体人群45岁以下者死亡率相对较低，并随年龄增长而不断增加，农村地区80~84岁者死亡率为最高；城市地区45岁以上者死亡率高于农村地区，15岁以上男性死亡率高于女性。
结直肠癌发病率及死亡率男性较高的病因因素可能与性激素及危险因子暴露水平之间复杂的相互作用相关；而城市、农村的地区性差异则是由于经济水平、生活方式以及当地的卫生保健条件而形成的。
2 结直肠癌检诊及监测的重要意义一般认为，结直肠癌是一种生长较慢、潜伏期较长、进展缓慢的恶性肿瘤，由癌前病变(腺瘤)发展到癌一般需要5~7年的时间。结直肠癌诊断时的癌症分期对于患者的愈后有着较大的影响，诊断为早期结直肠癌的患者98%能够生存5年以上，而终末期患者能够生存5年以上的不到10%。结直肠癌的早期诊断，能够为其成功实施治疗性干预提供机会，如能在早期阶段进行肿瘤发生和转移的预测，对于改善患者预后有着重要的意义，有利于提高患者生活质量，提高5年生存率并延长患者生存期。
由于生活方式及医疗保健意识等传统原因，我国大多数结直肠癌患者确诊时已属中晚期，从而失去了早期诊断和治疗的最佳时机，故国内结直肠癌患者5年生存率一直较低。文献报道，国内结直肠癌5年生存率仅为47.2%，而美国为65%，我国同发达国家相比还有较大的差距[10]。美国是近年来仅有的男性女性结直肠癌发病率均显著下降的国家，这很大程度上源于通过结直肠癌筛查进行的癌症早期损伤检测与消除；而在其他一些西方国家，结直肠癌死亡率的持续下降，则很大程度上依赖于治疗以及早期检诊意识的提高。文献报道，在成年人中使用粪便隐血试验进行结直肠癌筛查，能够使其相关死亡率降低32%，其效应可持续至此后的30年，且男性的效果较女性的更好[11]。英国近期进行的一项随机试验亦证明，在55~64岁年龄段人群中进行1次乙状结肠镜筛查，能够降低结直肠癌33%的发病率，降低43%的死亡率[12]。
结直肠癌诊断方法主要为影像学检查、生化检验和病理学检查。然而，目前其诊断技术均存在一定的局限性，特别是早期诊断较为困难[13]。影像学检查对结直肠癌病灶的检出率较低，很难发现小于1 cm的病灶，患者大多处于中晚期时才开始出现影像学改变。粪便隐血试验和特定的肿瘤标记物检查已用于临床诊断，但目前检测的均为肿瘤相关性抗原，而非特异性抗原，其灵敏度和特异性均比较差[14-15]。结肠镜检查为结直肠癌诊断的金标准，是癌前病变和发病最有效的筛查方法[16]，但其检查价格昂贵，具有人体侵入性，检查过程令人不舒服[17]；存在一定的风险性，老年人群，特别是75岁以上的老年人，其检查耐受性较差，容易在检查中引起并发症，而胃肠道病理专家的经验等人为因素也显著影响检查结果[18-19]；结肠镜检查不适合做大规模的早期筛查，对于不同年龄段人群，可能需要进行更多的研究来评估结直肠镜筛查的风险和获益[20]。
基于以上因素，迫切需要研究开发更好的技术和方法进行结直肠癌的检测、诊断以及监测。
3 结直肠癌肿瘤标志物的代谢组学研究随着时代的发展和科技的进步，越来越多的科研工作者不约而同将结直肠癌研究的目光聚焦于生物标志物，力图发现具有显著临床意义的肿瘤标志物。肿瘤标志物，泛指与肿瘤存在相关的物质，是肿瘤细胞的产物或是生物体对肿瘤刺激反应所产生的物质，在正常细胞中不能合成或只能微合成；肿瘤标志物通常以抗原、酶、激素或代谢物等形式存在于患者的肿瘤细胞或组织、血液、体液和排泄物中，能够反映肿瘤发生和发展，并监测肿瘤对治疗的反应[21-22]。
近年来，由于组学的不断发展，逐渐兴起了应用组学技术寻找具有差异性的代谢物，以发现疾病新型的、特异性的肿瘤标志物的研究潮流。组学主要包括基因组学、转录组学、RNA组学、蛋白组学、免疫组学以及代谢组学等。其中，代谢组学因其自身具有的固有优势而被广泛关注。
代谢组学是系统生物学的组成部分，是基于基因组学和蛋白质组学之后发展兴起的一门学科，能够对特定生理时期内的生物体内所有低分子量的代谢物同时进行定性和定量分析，再结合模式识别方法，判断出生物体的病理生理状态，寻找代谢物与生理病理变化的相对关系，从而找到与之相关的生物标志物[23]。代谢组学主要研究在生物体自身遗传修饰下或是外部刺激因素作用下，生物体内各种代谢通路中所有小分子代谢物(通常分子量≤1×103)的代谢应答变化，这些小分子代谢物包括脂质、氨基酸、糖类等，主要技术手段包括气相色谱(GC)、液相色谱(liquid chromatography，LC)、毛细管电泳(CE)、离子淌度(ion mobility，IM)等与质谱(mass spectrum，MS)联用技术以及核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)。
在肿瘤的发生及发展过程中，患者体内肿瘤细胞任何微小的变化均会导致其代谢物不同寻常的改变，而作为这一系列变化最终结果的这些代谢物则能够准确地反映患者肿瘤所处的状态[24-25]。代谢组学可以利用测定患者血清、尿液、粪便以及组织等样本中的代谢物来反应不同基因、生理、病理的状态，与患者的表型紧密相关，突破了基因组学和蛋白质组学研究中可能性和不确定性的阻碍[26]。研究患者体内产生的所有代谢物，能够阐明确实发生了什么。因此，了解和掌握结直肠癌发病和进展中代谢物的改变，可能会找到更好的诊断方法或是发现新的路径，来预防或治疗结直肠癌[27]。
已经证明代谢组学在各种癌症的早期诊断和个性化治疗方面具有巨大潜力[28]。基于代谢组学发现结直肠癌的肿瘤标志物，具有无创或微创、取样量少、易于实施、简便快捷等诸多优点，且患者依从性好，特别适用于大规模人群筛查。高特异性和灵敏度的肿瘤标志物用于结直肠癌早期阶段的检测，可以改善预后、预测治疗响应和复发风险[29]。
科研工作者利用代谢组学技术，在结直肠癌患者的细胞或组织匀浆液、血液、体液以及排泄物中发现了小分子内源性代谢物的变化及变化规律，其中一些代谢物可能成为肿瘤标志物，从而为结直肠癌的早期诊断、严重程度评估、过程预测等奠定了良好的工作基础。
3.1 血液中肿瘤标志物的发现邱云平[30]应用气相色谱-质谱(GC-MS)技术分析51例结直肠癌患者、39例健康人的血清样本中的代谢物，结果表明：与健康人相比，结直肠癌患者血清中油胺、亮氨酸、组氨酸、脯氨酸、琥珀酸、富马酸、尿素、门冬氨酸、羟脯氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸、嘌呤12个代谢物显著降低，油胺降低趋势最明显；丙酮酸、乳酸、丝氨酸、肌酐、瓜氨酸、鸟氨酸6个代谢物显著升高，丙酮酸升高趋势最明显；油胺、丙酮酸等代谢物，以及三羧酸循环和鸟氨酸循环相关代谢物与结直肠癌的发生具有密切的关系。
Nishiumi等[31]应用气相色谱-质谱技术研究60例结直肠癌患者、60例性别年龄匹配的健康人的血清代谢物水平，共检测了132个代谢物，其中结直肠癌患者血清中2-羟基丁酸盐、门冬氨酸、犬尿氨酸、胱胺、胱氨酸、阿拉伯糖、对羟基苯甲酸、谷氨酸、内消旋赤藓糖醇、拉克替醇10个代谢物较健康人显著升高，通过分步变量选择方法基于多因素回归分析建立由2-羟基丁酸盐、门冬氨酸、犬尿氨酸、胱胺组成的结直肠癌预测模型，该模型用于检测0~Ⅱ期结直肠癌的灵敏度为82.8%。
Ma等[32]采用气相色谱-质谱技术分析30例结直肠癌患者以及健康人、胎儿血清中的34个代谢物，结果表明：与健康人相比，结直肠癌患者、胎儿血清中3-羟基丁酸显著升高，L-缬氨酸、L-苏氨酸、1-脱氧葡萄糖、甘氨酸、核糖醇(ribitol)显著降低，确认3-羟基丁酸、L-缬氨酸、L-苏氨酸、1-脱氧葡萄糖、甘氨酸为结直肠癌诊断的表征。
Zhu等[33]基于靶向液相色谱串联质谱(LC-MS)代谢轮廓技术分析66例结直肠癌患者、76例息肉患者以及92例健康人的234份血清样品，建立偏最小二乘-判别分析模型(partial least squares-discriminant analysis，PLS-DA)，检测25条代谢通路中158个代谢物，结果表明：与健康人相比，结直肠癌患者血清中组氨酸、丙二酸/3-羟基丁酸盐、甲硫氨酸、亚麻酸、2-氨基己二酸盐、N-乙酰甘氨酸显著降低，甘氨胆酸盐、马尿酸、甘氨鹅脱氧胆酸盐、亮氨酸、马来酸、羟脯氨酸/氨基酮戊盐、甘油醛显著升高，以上13个代谢物可以作为区分结直肠癌患者和健康人的代谢物；与息肉患者相比，结直肠癌患者血清中腺苷、N-乙酰甘氨酸、丙氨酸、磷酸烯醇丙酮酸盐、二甲基甘氨酸、亚麻酸显著降低，甘油醛、甘氨胆酸酯、马尿酸、甘氨鹅脱氧胆酸盐、三甲胺-N-氧化物、羟脯氨酸/氨基酮戊盐、亮氨酸、泛酸盐显著升高，以上14个代谢物可以作为区分结直肠癌患者和息肉患者的代谢物。
山崎泰代[34]应用高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS)和兼容常规三重四极杆质谱(QQQ-MS)的高通量筛选方法，分析4923例行结肠镜检查患者血清中代谢标志物羟基多不饱和超长链二十八碳脂肪酸(gastrointestinal tract acid-446，即GTA-446，分子式C28H46O4)，结果表明，结直肠癌患者其血清水平显著低于正常人。采用该方法研究经手术、化疗或放疗治疗后的肿瘤移除效果以及治疗效果与年龄的相关性，在为期2年的前瞻性试验中，检测了98例由结肠镜确诊的新发结直肠癌患者，其总灵敏度为85.7%，其中早期(0~Ⅱ期)灵敏度为86.5%、晚期(Ⅲ~Ⅳ期)灵敏度为84.8%，在结肠镜检查术前进行血清GTA-446筛查是早期检测结肠癌的可行方法。
Zhu等[35]应用液相色谱串联质谱技术分析20例结直肠癌患者49份连续血清样本中的162个代谢物，其中疾病恶化患者血清中琥珀酸盐、N2，N2-二甲基鸟苷、腺嘌呤、焦柠檬酸，1-甲基鸟苷、甲基丙二酸盐显著高于疾病稳定和完全缓解患者，建立由琥珀酸盐、N2，N2-二甲基鸟苷、腺嘌呤、焦柠檬酸，1-甲基鸟苷5种代谢物组成的模型，其灵敏度、特异性、受试者工作曲线均优于传统的标志物癌胚抗原，该结果显示代谢物轮廓分析可以用于结直肠癌疾病进程监测。
Ludwig等[36]应用核磁共振谱(NMR)技术基于主成分分析法(principal component analysis，PCA)研究38例结直肠癌患者、8例腺瘤患者以及19例非癌对照成年人血清中8个预选代谢物，结果表明：与对照组相比，结直肠癌患者血清中乙酸盐、乙酰乙酸盐、3-羟基丁酸盐、丙酮酸盐有所增加；乳酸盐增高、葡萄糖降低，其负相关情况与结肠直肠癌中观察到的变化高度相关，显示出明显的瓦博格效应，该效应归因于癌症发生了细胞能量产生的改变。Backshall等[37]应用核磁共振氢谱技术基于药物代谢组学轮廓，分析54例诊断为局部进展或转移性结直肠癌患者治疗前的血清样本，同时，预测化疗药物卡培他滨单剂量给药引起的毒性反应，结果表明：高水平的低密度脂蛋白-衍生脂质(包括多不饱和脂肪酸和磷脂胆碱)预测了治疗期间严重的毒性反应，统计分析显示药物代谢组学脂质轮廓与毒性严重程度相关；该研究表明，代谢轮廓可以划定易受不良事件影响的亚群，并具有在开始化疗之前对癌症患者治疗可行性进行评估的潜在作用。
Li等[38]应用直接输注正负离子电喷雾离子化傅立叶变换离子回旋共振质谱[DI-ESI(±)-FTICR MS]技术分析52例结直肠癌患者、52例健康人的血清代谢物，从中鉴定出16个具有表达差异的代谢物，以阐明结直肠癌进展中具体的变化趋势。与健康人相比，结直肠癌患者血清中棕榈酰胺、油酰胺、十六烷基二酸、十八烷酸、二十碳三烯酸、肉豆蔻酸显著降低，溶血磷脂酸(16：0)[LPA(16：0)]、LPA(18：0)、溶血磷脂酰胆碱(16：0)[LPC(16：0)]显著升高；与早期结直肠癌患者相比，晚期结直肠癌患者血清中十六烷基二酸显著降低，LPC(16：0)、LPC(18：0)、LPC(18：1)、LPC(18：2)、LPC(20：4)、LPC(22：6)、磷脂酰胆碱(34：1)[PC(34：1)]显著升高；包括棕榈酰胺、油酰胺、十六烷基二酸、十八烷酸、二十碳三烯酸、肉豆蔻酸、PC(18：2)、PC(20：4)、PC(22：6)、PC(16：0)在内的生物标志物组对于区分早期结直肠癌患者和健康人具有极好的诊断准确性、灵敏度和特异性，并优于癌胚抗原标志物。
Farshidfar等[39]应用核磁共振氢谱、气相色谱-质谱技术基于正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA)方法研究103例结直肠癌患者的血清代谢组学，其中局限性患者42例、肝转移患者45例以及肝外转移患者25例，结果表明：与局限性患者相比，肝转移患者血清中谷氨酸盐、异丁酸盐、甲酸盐、艾杜糖、2-羟基异戊酸盐显著升高，谷氨酰胺、2-氧代戊二酸盐、甘露糖、核糖、半乳糖、甘油显著降低；与肝外转移患者相比，肝转移患者血清中十三烷-1-醇、异亮氨酸、肉豆蔻酸、十八碳二烯酸显著升高，葡萄糖醛酸显著降低；局限性患者的血清代谢轮廓明显区别于肝转移患者，同样，肝转移患者与肝外转移患者也具有显著性差异；结直肠癌患者的血清代谢轮廓随肿瘤转移明显发生变化，疾病的位置也影响循环代谢物模式；该项研究在提高肿瘤分期的准确性、选择手术或治疗方案等方面具有临床实用性。
3.2 尿液中肿瘤标志物的发现Chen及樊静等[40-41]应用毛细管电泳质谱技术基于移动反应界面分析法研究8例早期、12例晚期结直肠癌患者以及14例健康人尿液样本中的20种游离氨基酸和9种有机酸，结果表明：与健康人相比，结直肠癌患者的尿液代谢轮廓明显改变，早期、晚期结直肠癌患者的尿液代谢轮廓也存在显著性差异；与健康人相比，结直肠癌患者尿液中异亮氨酸、缬氨酸、精氨酸、乳酸和亮氨酸显著升高，而组氨酸、甲硫氨酸、丝氨酸、门冬氨酸、柠檬酸、琥珀酸盐、苹果酸显著降低；晚期结直肠癌患者尿液中异亮氨酸和缬氨酸较早期结直肠癌患者显著降低。
邱云平[30]应用氯甲酸乙酯衍生气相色谱质谱联用技术分析51例结直肠癌患者、39例健康人的尿液样本中的代谢物，结果表明：由存在的36个差异变量中鉴定了19个代谢物，其中结直肠癌患者组胺、色氨酸、5-羟基色氨酸、5-羟基吲哚乙酸、丙氨酸、谷氨酰胺显著升高，组氨酸、琥珀酸、柠檬酸显著降低，与组胺代谢、色氨酸代谢、能量代谢通道相关；应用超高效液相四级杆串联飞行时间质谱联用(UPLC-QTOFMS)技术分析同一尿液样本中的代谢物，结果表明：由存在的33个差异变量中鉴定出了9个代谢物，其中结直肠癌患者色氨酸、5-羟基吲哚乙酸显著升高，进一步证实色氨酸代谢通路变化与结直肠癌的发生密切相关，三羧酸循环底物琥珀酸显著降低，酪氨酸、尿黑酸、多巴异常升高，证实结直肠癌患者的酪氨酸代谢可能发生异常；高半胱氨酸显著升高，预示结直肠癌患者体内叶酸循环代谢速度提高。
Cheng等[42]应用气相色谱-飞行时间质谱(GC-TOFMS)和UPLC-QTOFMS研究101例结直肠癌患者、103例健康人的尿液代谢组学，结果表明：结直肠癌患者存在糖酵解、三羧酸循环、尿素循环、嘧啶代谢、色氨酸代谢、多胺代谢，及肠道微生物宿主共代谢失调等代谢途径，证实了结直肠癌患者独特的尿代谢足迹，该足迹的特点是源于肠道微生物宿主共代谢的代谢物水平的改变；与健康人相比，结直肠癌患者尿液中丙酮酸盐、马尿酸盐、吡哆醛、三甲胺-N-氧化物、对甲酚、2-羟基雌二醇、苯酚、肉豆蔻酸盐、吲哚乙酸盐、犬尿氨酸盐、柠檬酸盐等代谢物显著降低，组氨醇、乙酰肉碱、4-羟基丁酸盐、富马酸盐、2-氨基丁酸盐、腐胺等代谢物显著升高；选取的柠檬酸盐、马尿酸盐、对甲酚、2-氨基丁酸盐、肉豆蔻酸盐、腐胺、犬尿氨酸盐等代谢标志物能够区分结直肠癌患者和健康人；以上研究突出了结直肠癌独特的尿代谢轮廓的意义，这组独特的代谢物可以进一步发展成为未来用于结直肠癌早期检测的重要的诊断标志物。
Wang等[43]应用UPLC-MS和固相萃取-高效液相色谱(SPE-HPLC)技术基于正交信号校正偏最小二乘(orthogonal single collection partial least squares，OSC-PLS)模型分析50例结直肠癌患者、34例良性结直肠肿瘤以及34名健康人的尿液代谢组学，结果表明：结直肠癌及良性肿瘤患者尿液中的乙酰肉碱、酰基肉碱(C9-OH)、亮氨酰脯氨酸、脯氨酰亮氨酸、门冬氨酰赖氨酸、假尿苷、胞苷、尿苷、1-甲基腺苷显著升高，而acylcarnitine(C9：0)、acylcarnitine(C13：0)、N2，N2-二甲基鸟苷、N6-甲基腺苷显著降低，这些代谢物与谷氨酰胺代谢、脂肪酸氧化、核苷酸生物合成和蛋白质代谢相关，反映了结直肠癌的代谢紊乱。
3.3 粪便中肿瘤标志物的发现Monleón等[44]应用核磁共振代谢轮廓技术分析21例结直肠癌患者、11例健康人的粪便水提物，结果表明：粪便水提取物的代谢分析对于检测结直肠癌标志物是一个廉价的、可重复的和有效的方法；乙酸盐和丁酸盐等低浓度的短链脂肪酸与结直肠癌进展相关，是最有效的标记物；脯氨酸和半胱氨酸为大多数结肠上皮粘液糖蛋白的主要组成部分，其浓度在结直肠癌样本中也显示出显著改变；对于结直肠癌患者与健康人之间粪便水提物差异性的研究，核磁共振光谱结合化学计量学技术为其研发新型、高效、高通量的筛选方案开辟了新的可能。
Phua等[45]应用气相色谱-飞行时间质谱技术基于正交偏最小二乘判别分析模型研究11例结直肠癌患者、10例健康人的粪便样本，并检测来自结直肠患者手术切除的肿瘤和正常粘膜组织的代谢轮廓，结果表明：结直肠癌患者与健康人的粪便代谢组学轮廓具有显著区别，与健康人相比，结直肠癌患者粪便代谢物烟酸、果糖和亚油酸的含量显著下降；且在组织水平发现了一组不同的结直肠癌相关代谢物，预示着组织样本经处理后的独特作用，可得到不同于肿瘤细胞直接脱落形成的粪便代谢型的代谢物。
Weir等[46]应用气相色谱-质谱技术，对10例健康成年人、11例结肠直肠癌患者手术前的粪便样本中的短链脂肪酸和粪便总代谢物进行分析，结果表明：与疾病状态相关的微生物群落整体结构无显著性差异，但结直肠癌患者粪便样本中的丁酸类细菌属的数量明显低于健康人，相反，粘液蛋白降解类细菌属高出4倍；健康人粪便样本中出现数量比例较高的丁酸盐，而结直肠癌患者出现相对浓度较高的乙酸盐；结直肠癌患者粪便样本中氨基酸浓度更高，而健康人粪便样本中多不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、熊去氧胆酸及结合胆汁酸的浓度更高；相关分析显示了粪便代谢物和某些细菌种之间潜在的关系，这些关联可以用来考察癌症环境下的微生物功能，有助于未来直接进行机制研究，其相关代谢物可以作为治疗和化学预防的新靶标。
Goedert等[47]HPLC-GC/MS-MS技术分析48例结直肠癌患者、102例健康人以及48例未知质控样本的冻干粪便样本，从中检测出1 043种小分子化合物，其中527种代谢物的测定重现性较好；结直肠癌患者与健康人相比，41种粪便代谢物具有显著差异，其中发现3种粪便亚铁血红素相关分子、18种多肽/氨基酸、棕榈酰鞘磷脂、扁桃酸盐、对羟基苯甲醛直接与肿瘤正相关，而对乙酰氨基酚的代谢物、生育酚、二氢谷甾醇、3-脱氢肉碱、蝶呤、共轭-亚油酸盐-18-2N7、N-(2-糠酰)甘氨酸、对氨基苯甲酸盐等与肿瘤负相关，说明棕榈酰鞘磷脂起独立作用，而被对羟基苯甲醛调控的对氨基苯甲酸盐起核心作用。
3.4 组织中肿瘤标志物的发现Phua等[45]应用气相色谱-飞行时间质谱技术分析11例结直肠癌患者和10例健康人的肿瘤组织与正常粘膜样本，结果表明：与健康人相比，结直肠癌患者组织样本中葡萄糖、半乳糖、3-磷酸甘油酸盐、柠檬酸的含量显著降低，而尿嘧啶、尿苷、肌苷、脯氨酸、肌酐的含量显著升高。
Qiu等[48]应用气相色谱法-飞行时间质谱技术分析结直肠癌手术后376例组织标本中的代谢物，结果表明：确定15种代谢物发生了显著变化，丙氨酸、棕榈油酸盐、腐胺、半胱氨酸、乳酸盐、谷氨酸盐、尿嘧啶、次黄嘌呤、5-氧代脯氨酸、2-氨基丁酸盐、门冬氨酸盐显著升高，肌-肌醇降低，该方法能够预测术后及化疗后患者的复发率及生存率。
Jiménez等[49]应用高分辨魔角旋转核磁共振谱(HR-MAS NMR)技术分析26例行外科结直肠癌切除术患者的完整肿瘤样本和相邻粘膜样本的代谢物轮廓，结果表明：肿瘤组织中的牛磺酸、异谷氨酰胺、胆碱、乳酸盐、苯丙氨酸、酪氨酸浓度增加，脂质、甘油三酯浓度降低，均为最具区别性的代谢物；肿瘤组织代谢轮廓能够区分依据恶性肿瘤TNM分期的T期和N期，且肿瘤相邻粘膜组织具有独特的代谢领域变化，该变化能够区分肿瘤的T期和N期、预测能力高于肿瘤组织自身，且能够准确预测五年生存率，该变化对结直肠癌分类和预测提供了一种高度新颖的手段。
Chan等[50]应用高分辨自由视角旋转核磁共振和气相色谱-质谱技术分析21例结直肠癌患者的肿瘤活检组织和正常粘膜组织中的代谢物，鉴定出31种代谢物，除正常粘膜中富马酸盐、苹果酸盐、甘露糖、半乳糖、葡萄糖、1-十六烷醇、花生四烯酸为较高水平，其余代谢物水平在结直肠癌组织标本中更高，两组中的所有代谢物均具有统计学差异。2种分析平台均表明结直肠癌组织中乳酸盐、甘氨酸具有较高水平，而正常组织中葡萄糖水平较高。大多数这些代谢物与结直肠癌中预期代谢紊乱相关，这些代谢紊乱包括组织缺氧增多、糖酵解、核苷酸生物合成、脂质代谢、炎症和类固醇代谢。
Mal等[51]应用超高效液相色谱串联质谱技术分析8例结直肠癌患者的肿瘤粘膜和正常粘膜组织中8种相关类花生酸类物质以及代谢前体花生四烯酸的靶向代谢轮廓，结果表明：与正常粘膜组织样本相比，肿瘤粘膜样本中花生四烯酸、环前列腺素显著降低，前列腺素E2、12-羟基二十碳四烯酸显著升高，以上炎症代谢标志物是重要的人结直肠癌表型的表征，而其在炎性介质与结肠癌Dukes分期中的水平之间却无显著的相关性。
结直肠癌患者血液、尿液、粪便、组织中内源性代谢物的变化情况见表 1。
|
表 1 结直肠癌患者血液、尿液、粪便、组织中内源性代谢物的变化情况 Table 1 Variations of endogenous metabolites in blood, urines feces and tissue of patients with colorectal cancer |
当前，科研工作者主要运用色谱、毛细管电泳等串联质谱以及核磁共振等代谢组学技术方法研究结直肠癌患者的血液、尿液、粪便、以及组织中小分子内源性代谢物的变化及变化规律，以期发现肿瘤生物标志物。文献综述表明，已报道发现的潜在肿瘤标志物因研究者、目标化合物种类、患者群、样本量大小、以及技术方法等不同而表现出一定的差异。例如，血液中的门冬氨酸、亮氨酸，组织中的花生四烯酸、葡萄糖、半乳糖等，不同的文献报道得到的变化结果相反，存在矛盾。再例如，结直肠癌患者较健康人血液中的富马酸(盐)含量降低，而尿液、组织中的含量升高；结直肠癌患者较健康人血液中的丙酮酸(盐)含量升高，而尿液中的含量降低；结直肠癌患者较健康人尿液中的苹果酸(盐)含量降低，而组织中的含量升高，其机制也需要明确。可见，目前代谢组学技术在结直肠癌肿瘤标志物发现方面尚存在不足，其结果和结论仍需进一步进行验证并深入思考。以上提示：人机体的生理生化、疾病病理的复杂性、多样性及代谢的多通路性决定了肿瘤相关代谢物具有相应的复杂性和多样性。如何改进和完善代谢组学的研究策略、检测方法、数据统计、结果分析等组成部分，妥善解决结直肠癌肿瘤标志物检出时专属性、重现性不够好的问题，以寻找到具有较高特异性、较高灵敏度的肿瘤标志物，应是未来研究关注的重点。因此，必须通过多种组学技术方法的综合运用、肿瘤患者样本采集标准的统一、样本量的增大、以及进行较大规模人群验证用以避免研究过程的偶然因素，提高研究的准确度及精密度，发现具有临床价值的高特异性、高灵敏度的肿瘤标志物，以用于结直肠癌患者的临床早期筛查并进行肿瘤状态预警。
| [1] |
JEMAL A, BRAY F, CENTER MM, et al. Global cancer statistics[J]. CA Cancer J Clin, 2011, 61(2): 69. DOI:10.3322/caac.v61:2 |
| [2] |
QIU YP, CAI GX, SU MM, et al. Serum metabolite profiling of human colorectal cancer using GC-TOFMS and UPLC-QTOFMS[J]. J Proteome Res, 2009, 8(10): 4844. DOI:10.1021/pr9004162 |
| [3] |
HEWISH M, LORD CJ, MARTIN SA, et al. Mismatch repair deficient colorectal cancer in the era of personalized treatment[J]. Nat Rev Clin Oncol, 2010, 7(4): 197. DOI:10.1038/nrclinonc.2010.18 |
| [4] |
Colorectal cancer[J]. Nurs Stand, 2016, 30(25): 17
|
| [5] |
SCHOTTENFELD D, FRAUMENI JF JR (EDS). Cancer Epidemiology and Prevention[M]. 3rd ed. New York: Oxford University Press, 2006.
|
| [6] |
BOYLE P, LEVIN B (EDS). World Cancer Report 2008[M]. Lyon, France: World Health Organization.International Agency for Research on Cancer, 2008.
|
| [7] |
FERRARI P, JENAB M, NORAT T, et al. Lifetime and baseline alcohol intake and risk of colon and rectal cancers in the European prospective investigation into cancer and nutrition (EPIC)[J]. Int J Cancer, 2007, 121(9): 2065. DOI:10.1002/(ISSN)1097-0215 |
| [8] |
LIU SZ, ZHENG RS, ZHANG M, et al. Incidence and mortality of colorectal cancer in China, 2011[J]. Chin J Cancer Res, 2015, 27(1): 22. |
| [9] |
陈万青, 郑荣寿, 张思维, 等. 2013年中国恶性肿瘤发病和死亡分析[J]. 中国肿瘤, 2017, 26(1): 1. CHEN WQ, ZHENG RS, ZHANG SW, et al. Report of cancer incidence and mortality in China, 2013[J]. China Cancer, 2017, 26(1): 1. |
| [10] |
ZENG HM, ZHENG RS, GUO YM, et al. Cancer survival in China, 2003-2005:a population-based study[J]. Int J Cancer, 2015, 136(8): 1921. DOI:10.1002/ijc.29227 |
| [11] |
SHAUKAT A, MONGIN SJ, GEISSER MS, et al. Long-term mortality after screening for colorectal cancer[J]. N Engl J Med, 2013, 369(12): 1106. DOI:10.1056/NEJMoa1300720 |
| [12] |
ATKIN WS, EDWARDS R, KRALJ-HANS I, et al. Once-only flexible sigmoidoscopy screening in prevention of colorectal cancer:a multicentre randomised controlled trial[J]. Lancet, 2010, 375(9726): 1624. DOI:10.1016/S0140-6736(10)60551-X |
| [13] |
BEZABEH T, SOMORJAI1 R, DOLENKO1 B, et al. Detecting colorectal cancer by 1H magnetic resonance spectroscopy of fecal extracts[J]. NMR Biomed, 2009, 22(6): 593. DOI:10.1002/nbm.v22:6 |
| [14] |
FLETCHER RH. Carcinoembryonic antigen[J]. Ann Intern Med, 1986, 104(1): 66. DOI:10.7326/0003-4819-104-1-66 |
| [15] |
KRONBORG O, FENGER C, OLSEN J, et al. Randomised study of screening for colorectal cancer with faecal-occult-blood test[J]. Lancet, 1996, 348(9040): 1467. DOI:10.1016/S0140-6736(96)03430-7 |
| [16] |
WINAWER SJ, ZAUBER AG, HO MN, et al. Prevention of colorectal cancer by colonoscopic polypectomy[J]. N Engl J Med, 1993, 329(27): 1977. DOI:10.1056/NEJM199312303292701 |
| [17] |
QIU YP, CAI GX, SU MM, et al. Urinary metabonomic study on colorectal cancer[J]. J Proteome Res, 2010, 9(3): 1627. DOI:10.1021/pr901081y |
| [18] |
WU H, XUE RY, TANG ZQ, et al. Metabolomic investigation of gastric cancer tissue using gas chromatography/mass spectrometry[J]. Anal Bioanal Chem, 2010, 396(4): 1385. DOI:10.1007/s00216-009-3317-4 |
| [19] |
HU JD, TANG HQ, ZHANG Q, et al. Prediction of gastric cancer metastasis through urinary metabolomic investigation using GC/MS[J]. World J Gastroenterol, 2011, 17(6): 727. DOI:10.3748/wjg.v17.i6.727 |
| [20] |
PINSKY PF, SCHOEN RE. Colorectal cancer incidence by age among patients undergoing surveillance colonoscopy[J]. JAMA Intern Med, 2015, 175(5): 858. DOI:10.1001/jamainternmed.2015.0344 |
| [21] |
MANNE U, SRIVASTAVA RG, RIVASTAVA S. Recent advances in biomarkers for cancer diagnosis and treatment[J]. Drug Discov Today, 2005, 10(14): 965. DOI:10.1016/S1359-6446(05)03487-2 |
| [22] |
李策, 聂彩辉, 张力君, 等. 肿瘤标志物的应用及其筛选技术研究进展[J]. 药学进展, 2014, 38(1): 1. LI C, NIE CH, ZHANG LJ, et al. Advances in research on application of tumor markers and their screening technique[J]. Prog Pharm Sci, 2014, 38(1): 1. |
| [23] |
GOODACRE R, VAIDYANATHAN S, DUNN WB, et al. Metabolomics by numbers:acquiring and understanding global metabolite data[J]. Trends Biotechnol, 2004, 22(5): 245. DOI:10.1016/j.tibtech.2004.03.007 |
| [24] |
HANAHAN D, WEINBERG RA. The hallmarks of cancer[J]. Cell, 2000, 100(1): 57. DOI:10.1016/S0092-8674(00)81683-9 |
| [25] |
HENRY CM. New 'ome' in town[J]. Chem Eng News, 2002, 80(48): 66. DOI:10.1021/cen-v080n048.p066 |
| [26] |
NICHOLSON JK, LINDON JC, HOLMES E. 'Metabonomics':Understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data[J]. Xenobiotica, 1999, 29(11): 1181. DOI:10.1080/004982599238047 |
| [27] |
WILLIAMS MD, REEVES R, RESAR LS, et al. Metabolomics of colorectal cancer:past and current analytical platforms[J]. Anal Bioanal Chem, 2013, 405(15): 5013. DOI:10.1007/s00216-013-6777-5 |
| [28] |
NI Y, XIE GX, JIA W. Metabonomics of human colorectal cancer:new approaches for early diagnosis and biomarker discovery[J]. J Proteome Res, 2014, 13(9): 3857. DOI:10.1021/pr500443c |
| [29] |
YÖRÜKER EE, HOLDENRIEDER S, GEZER U. Blood-based biomarkers for diagnosis, prognosis and treatment of colorectal cancer[J]. Clin Chim Acta, 2016, 455: 26. DOI:10.1016/j.cca.2016.01.016 |
| [30] |
邱云平. 基于色谱质谱联用技术的大肠癌代谢组学研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2008 QIU YP. Metabonomics Study on Colorectal Cancer Using Combined Chromatography-mass Spectrometry Strategy[D]. Shanghai: Shanghai Jiaotong University, 2008 http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10248-2010033322.htm |
| [31] |
NISHIUMI S, KOBAYASHI T, IKEDA A, et al. A novel serum metabolomics-based diagnostic approach for colorectal cancer[J]. PloS One, 2012, 7(7): e40459. DOI:10.1371/journal.pone.0040459 |
| [32] |
MA Y, ZHANG P, WANG F, et al. An integrated proteomics and metabolomics approach for defining oncofetal biomarkers in the colorectal cancer[J]. Ann Surg, 2012, 255(4): 720. DOI:10.1097/SLA.0b013e31824a9a8b |
| [33] |
ZHU JJ, DJUKOVIC D, DENG LL, et al. Colorectal cancer detection using targeted serum metabolic profiling[J]. J Proteome Res, 2014, 13(9): 4120. DOI:10.1021/pr500494u |
| [34] |
山崎泰代. メタボローム解析を用いた大腸癌バイオマーカーの開発と可能性(多戦略的大腸癌バイオマーカー開発)[J]. 臨床病理:日本臨床検査医学会誌, 2015, 63(3): 328. YAMAZAKI Y. Metabolome analysis of human serum:implications for early detection of colorectal cancer[J]. Rinsho Byori, 2015, 63(3): 328. |
| [35] |
ZHU JJ, DJUKOVIC D, DENG LL, et al. Targeted serum metabolite profiling and sequential metabolite ratio analysis for colorectal cancer progression monitoring[J]. Anal Bioanal Chem, 2015, 407(26): 7857. DOI:10.1007/s00216-015-8984-8 |
| [36] |
LUDWIG C, WARD DG, MARTIN A, et al. Fast targeted multidimensional NMR metabolomics of colorectal cancer[J]. Magn Reson Chem, 2009, 47(S1): S68. DOI:10.1002/mrc.v47.1s |
| [37] |
BACKSHALL A, SHARMA R, CLARKE SJ, et al. Pharmacometabonomic profiling as a predictor of toxicity in patients with inoperable colorectal cancer treated with capecitabine[J]. Clin Cancer Res, 2011, 17(9): 3019. DOI:10.1158/1078-0432.CCR-10-2474 |
| [38] |
LI F, QIN XZ, CHEN HQ, et al. Lipid profiling for early diagnosis and progression of colorectal cancer using direct-infusion electrospray ionization Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry[J]. Rapid Commun Mass Spectrom, 2013, 27(1): 24. DOI:10.1002/rcm.6420 |
| [39] |
FARSHIDFAR F, WELJIE AM, KOPCIUK K, et al. Serum metabolomic profile as a means to distinguish stage of colorectal cancer[J]. Genome Med, 2012, 4(5): 130. |
| [40] |
CHEN JL, FAN J, YAN LS, et al. Urine metabolite profiling of human colorectal cancer by capillary electrophoresis mass spectrometry based on MRB[J]. Gastroenterol Res Pract, 2012, 2012(6): 617. |
| [41] |
樊静. 基于MRB的CE-MS技术对胃癌、大肠癌和胰腺癌尿液代谢组学的研究[D]. 苏州: 苏州大学, 2012. FAN J. Metabolomics of Gastric Cancer, Colorectal Cancer, and Pancreatic Cancer Urine by Capillary Electrophoresis Mass Spectrometry Based on Moving Reaction Boundary[D]. Suzhou: Suzhou University, 2012 http://cdmd.cnki.com.cn/article/cdmd-10285-1012388097.htm |
| [42] |
CHENG Y, XIE GX, CHEN TL, et al. Distinct urinary metabolic profile of human colorectal cancer[J]. J Proteome Res, 2012, 11(2): 1354. DOI:10.1021/pr201001a |
| [43] |
WANG WZ, FENG BO, LI X, et al. Urinary metabolic profiling of colorectal carcinoma based on online affinity solid phase extraction-high performance liquid chromatography and ultra performance liquid chromatography-mass spectrometry[J]. Mol Biosyst, 2010, 6(10): 1947. DOI:10.1039/c004994h |
| [44] |
MONLEÓN D, MORALES M, BARRASA A, et al. Metabolite profiling of fecal water extracts from human colorectal cancer[J]. NMR Biomed, 2009, 22(3): 342. DOI:10.1002/nbm.v22:3 |
| [45] |
PHUA LC, CHUE XP, KOH PK, et al. Non-invasive fecal metabonomic detection of colorectal cancer[J]. Cancer Biol Ther, 2014, 15(4): 389. DOI:10.4161/cbt.27625 |
| [46] |
WEIR TL, MANTER DK, SHEFLIN AM, et al. Stool microbiome and metabolome differences between colorectal cancer patients and healthy adults[J]. PLoS One, 2013, 8(8): e70803. DOI:10.1371/journal.pone.0070803 |
| [47] |
GOEDERT JJ, SAMPSON JN, MOORE SC, et al. Fecal metabolomics:assay performance and association with colorectal cancer[J]. Carcinogenesis, 2014, 35(9): 2089. DOI:10.1093/carcin/bgu131 |
| [48] |
QIU YP, CAI GX, ZHOU BS, et al. A distinct metabolic signature of human colorectal cancer with prognostic potential[J]. Clin Cancer Res, 2014, 20(8): 2136. DOI:10.1158/1078-0432.CCR-13-1939 |
| [49] |
JIMÉNEZ B, MIRNEZAMI R, KINROSS J, et al. 1H HR-MAS NMR spectroscopy of tumor-induced local metabolic "field-effects" enables colorectal cancer staging and prognostication[J]. J Proteome Res, 2013, 12(2): 959. DOI:10.1021/pr3010106 |
| [50] |
CHAN EC, KOH PK, MAL M, et al. Metabolic profiling of human colorectal cancer using high-resolution magic angle spinning nuclear magnetic resonance (HR-MAS NMR)spectroscopy and gas chromatography mass spectrometry (GC/MS)[J]. J Proteome Res, 2009, 8(1): 352. DOI:10.1021/pr8006232 |
| [51] |
MAL M, KOH PK, CHEAH PY, et al. Ultra-pressure liquid chromatography/tandem mass spectrometry targeted profiling of arachidonic acid and eicosanoids in human colorectal cancer[J]. Rapid Commun Mass Spectrom, 2011, 25(6): 755. DOI:10.1002/rcm.4926 |