复旦学报医学版年月后仍较差尤其是结直肠癌晚期代谢组学是继基因组学转录组学蛋白质组学之后迅速崛起的一门组学位于基因组学转录组学和蛋白质组学的下游是对前者

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衬俸舒
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1 复旦学报医学版代谢组学在结直肠癌中的研究进展罗嗣蔚综述吴昊沈锡中审校复旦大学上海医学院内科学系上海复旦大学附属中山医院消化科上海摘要代谢组学是继基因组学转录组学蛋白质组学之后的一门新兴组学其对一个生物体内参与生化反应的成千上万的中间产物和终产物进行动态的定性定量分析它在结直肠癌研究中具有广泛的用途包括肿瘤早期诊断分期评估疗效和预测预后等本文主要介绍了代谢组学的概念研究方法及其在结直肠癌中的研究进展关键词代谢组学结直肠癌诊断中图分类号! 文献标志码 -+ %% &#$ #!! ) 3 2# 2. ( #'!, $' $""# $%&'!,"&! "# $%&' ## #%%#% %/$' #% $% $& #%&$##% % % #/%#%/# 9 /# #/#%%#/ % # $% &$#%#/#$ #% #$'%1% #/ % % %#/ # #$ $' $'#%%% '' $&# &$#'#%&$ # * % $ &$ %% $## # #& $ % $ 9 %#/# #%&$#'$ %%#/&& #% # #$ $ "( # ##% # #$ $'#%% #( )(# # "&!&" # *! *+ $ /0--- 3// /00-03,./00..,/0.,// 5!+ $ #"$ 8 $ / *!!!"!'$4 结直肠癌 # #$ $ 是排名世界第位的常见肿瘤在各种肿瘤所引起的死亡原因中排名第位据世界卫生组织统计资料显示结直肠癌每年全球新发逾百万因结直肠癌死亡的人数超过万中国目前结直肠癌的发生率和病死率分别排名恶性肿瘤的第位和第位近年来随着人们生活方式的改变如饮食结构改变体力活动减少等其发病率有明显增高趋势目前手术和结肠镜是治疗结直肠癌的主要方法尽管人群筛查和放化疗技术在不断提高但是结直肠癌患者预上海市科学技术委员会基金国家自然科学基金国家教育部博士点专项基金国家临床重点专题项目 "#$$ %&#'#$ %( #'(% #%& %

关键词代谢组学结直肠癌诊断中图分类号! 文献标志码 -+ %% &#$ #!! ) 3 2# 2. ( #'!, $' $""# $%&'!,"&!

2 复旦学报医学版年月后仍较差尤其是结直肠癌晚期代谢组学是继基因组学转录组学蛋白质组学之后迅速崛起的一门组学位于基因组学转录组学和蛋白质组学的下游是对前者的补充和延伸其主要是利用高通量化学分析技术及化学计量方法来对生物体内不同的病理生理或生长状况下的代谢组进行动态分析代谢组用于表示代谢物整体即一个细胞组织或器官中所有代谢物组分的集合包括生化反应的中间产物和终产物主要是一些相对分子质量 $ 介于之间的不同化学类型的小分子物质结直肠癌的发生发展是一个基因及环境不断作用的过程通过代谢组学研究能探索肿瘤在发生发展过程中所产生的代谢改变可以帮助我们发现可用于肿瘤早期诊断评估疗效和预测预后的新的标志物本文就近年代谢组学在结直肠癌中的研究进展作一综述代谢组学根据研究目的和策略的不同代谢组学研究可分为两种类型代谢物靶标分析和代谢轮廓谱分析代谢物靶标分析是指对参与一个通路或几个交叉通路的某个或某几个特定组分进行定量分析而代谢轮廓分析又可进一步分为代谢指纹分析和代谢足迹分析是对特定条件下的某一生物样品中大量内源性代谢组分的定性和定量分析代谢组学研究流程包括样品采集与制备代谢数据采集和数据分析等个步骤体内或体外的细胞液体和组织均可用于代谢组学研究目前肿瘤学研究使用较多的是血液和尿液但有学者认为肿瘤组织可以更好地反映肿瘤本身的代谢特点且比血液和尿液更加稳定代谢物极易受到外周环境的影响因此在提取标本时应严格规定入选条件并注意操作的一致性和保存条件分析技术平台核磁共振波谱 $ ' $ %#.! 和质谱 %% %& $# $ 是代谢组学研究的两大主要分析技术两者各有优缺点.! 利用核内质子在磁场中的磁偶自旋或共振频率的不同来检测代谢物能同时用于液体和固体的分析具有快速无破坏性无偏向性花费较少可重复性样品处理要求低可定量等特点但其敏感性较低其中核磁共振氢谱 &$# # $ ' $ %# 2.! 是最常用的方法则是通过气相液相色谱法分离代谢物将代谢物离子化后根据其质荷比的不同来检测与.! 相比具有高敏感性和高通量的特点但需要先对样本进行预处理其研究结果易受仪器样品采集制备和衍生化方法以及代谢物的 &5 和极性不同的影响目前较常用的有气相色谱质谱联用 '% $##'$& %% %& $#'$& " 液相色谱质谱联用 9$##'$& %%%& $# $ )" 和毛细管电泳质谱联用 & $ $#& #$ %% %% %& $# $ " 等由于代谢物化学种类的多样性迄今为止尚无一个分析平台能够对整个生物体代谢组进行高灵敏度高通量和无偏向性的检测因此越来越多的研究开始使用多平台方法来满足上述要求数据分析平台代谢组学的数据分析一般包括个步骤模式识别代谢物识别和生物标志物验证代谢组学分析技术所获得的大量原始谱图信息可通过模式识别技术来寻找试验组与对照组之间的光谱区差异进而利用各种代谢组学数据库如人类代谢组数据库 2 # #0% 等获得这些光谱区所对应的代谢物信息最终找到与某种特定条件相联系的潜在生物标志物模式识别技术包括非监督学习方法和有监督学习方法非监督学习方法直接通过原始信息对样本进行分类而不需要有关样本分类的任何背景信息主要包括主成分分析 &$ &# &#%%% ", 层次聚类分析 $$%$%% 2", 自组织映射图 %/#$'(' &% 和非线性映射 #$ &&'.) 等而有监督学习方法则需要先建立确认集 #% 来确认样本分类建立可使样本达到最大分离的数学模型再用测试集 % % 来测试所建立模型的性能主要包括人工神经元网络 $ / $ #$,.. 显著性分析 % $ %%0, 偏最小二乘法 &$% %9$ % ) 以及偏最小二乘法和显著性分析联合法 &$% %9$ %% $ %%) 0, 等代谢组学在结直肠癌中的应用诊断粪便潜血试验和癌胚抗原 $ # $ #' ", 是目前筛查结直肠癌最常用的方法但其敏感性和特异性均较低结肠镜检查虽然是诊断的金标准但是花费大主观性强且具有侵入性因此学者们正试图通过代谢组学研究寻找新的标志物用于结直肠癌的早期诊断和筛

学类型的小分子物质结直肠癌的发生发展是一个基因及环境不断作用的过程通过代谢组学研究能探索肿瘤在发生发展过程中所产生的代谢改变可以帮助我们发现可用于肿瘤早期诊断评估疗效和预测预后的新的标志物本文就近年代

3 罗嗣蔚等代谢组学在结直肠癌中的研究进展查目前已找到许多新标志物.% 等在研究了例结直肠癌患者和例健康志愿者的血清代谢谱后建立了一个由羟基丁酸天冬氨酸犬尿氨酸和胱胺等种物质组成的诊断预测模型该模型的受试者工作特征曲线下面积 $$ $#& $ '$ $% $,! " 灵敏度特异度和准确率分别为 4 4 和 4 而常用血清标志物 ", 和 ", 的灵敏度特异度和准确率分别为 4 和 44 和 44 和 4 随后由名结直肠癌患者和名健康志愿者组成的测试组对该模型进行了检验在测试组中其灵敏度特异度和准确率分别为 4 4 和 4 该研究还发现在期结直肠癌中其敏感度可高达 4 另一些研究者则同时对食管癌胃癌和结直肠癌等消化道肿瘤患者的血清进行了研究发现结直肠癌血清中的 ) 丙氨酸葡萄糖醛酸内酯和 ) 谷氨酰胺显著高于对照组其中 ) 谷氨酰胺增高对结直肠癌具有特异性上述种代谢物的灵敏度和特异度均比传统标志物 ",", 和 & 要高进一步分层分析后发现种代谢物均能较好地区分期结直肠癌与对照组 ) 等对结直肠癌患者血清中的种氨基酸水平进行了研究发现肠癌组有种氨基酸含量显著少于对照组并找到了一个由 ", 甘氨酸和酪氨酸三者所组成的最佳诊断模型其,! " 达到 4 "1 远远优于单独使用 ",,! " 4 "1 或单个氨基酸,! " 4 "1 一个跨地域的多人群研究发现结直肠癌患者血清中的羟基化超长链多不饱和脂肪酸 $# &#% $ $ #'/ % 明显低于健康人群其,! " 为国内马延磊等运用 " 方法对比了例结直肠癌患者和例健康志愿者的血清代谢谱变化发现结直肠癌患者血清中的 ) 缬氨酸 ) 苏氨酸脱氧葡萄糖甘氨酸和核糖醇含量显著下降而羟丁酸含量显著升高随后利用上述种代谢物进行监督性聚类分析发现其结直肠癌诊断准确率达 4 在尿液中也发现了可以用于结直肠癌早期诊断的标志物有两个研究分别使用了移动反应界面毛细管电泳电喷雾离子化质谱联用技术 #' $ # #$& $$#& #$ %% $#%&$ #( # %% %& $# $!-" 1 和 " 技术来对比结直肠癌患者和健康志愿者的尿液代谢轮廓分别发现了种和种有显著差异的代谢物这两个研究中结直肠癌患者尿液中的琥珀酸和组氨酸水平均低于健康人群 "' 等则通过气相色谱飞行时间质谱联用技术 '% $##'$& #// ' %%%& $# $" * 和超高效液相色谱四极杆串联飞行时间质谱联用技术 $& $/#$9$##'$& 9$&# #// ' %%%& $# $)" 7* 建立了一个由枸橼酸马尿酸盐 & 甲酚氨基丁酸豆蔻酸腐胺和犬尿胺酸等种代谢物所组成的诊断模型该模型在确认组和测试组的,! " 分别为和年诺贝尔奖获者 ' 等首次发现呼出气体中含有约种挥发性有机化合物 ##$'# &#%8 "% 主要为苯烷类醛类及其衍生物此后许多学者致力于寻找与特殊疾病状态相关的 8 "% 用于疾病的无创性诊断与疗效监测其中研究最多的是癌症,# $ 等首次运用了 " 技术对结直肠癌患者与健康志愿者呼出气中的 8 "% 进行了研究共发现了种差异显著的 8 "% 通过建立概率型神经网络 &$# % $#$.. 模型发现其,! " 灵敏度特异度和准确率分别为 44 和 4 在验证组中该模型诊断准确率达到 4 分期目前对结直肠癌的分期主要是依据术前影像学检查和术后病理该方法存在一定的局限性难以准确地判断患者是否存在隐性转移因此有研究者同时运用 2.! 和 " 两个分析平台分别对局灶性结直肠癌伴肝转移和伴肝外转移的患者的血清进行研究发现局灶性结直肠癌患者与伴肝转移患者之间分别有种和种代谢物存在显著差异而肝转移患者与肝外转移患者之间分别有种和种差异代谢物 " 等收集了例结直肠癌患者和例健康人的尿液运用 " 1 技术研究发现进展期结直肠癌患者尿液中的异亮氨酸和缬氨酸含量明显低于结直肠癌早期患者这个现象可以用 : 等的假说来解释早期癌症患者体内骨骼肌蛋白合成增加引起肝内糖异生增加肌肉支链氨基酸 $

" 灵敏度特异度和准确率分别为 4 4 和 4 而常用血清标志物 ", 和 ", 的灵敏度特异度和准确率分别为 4 和 44 和 44 和 4 随后由名结直肠癌患者和名健康志愿者组成的测试组对该模型进行了检验在测试组中其灵敏度特异度和准确率

4 复旦学报医学版年月 # -",, 氧化增加因此尿液中 -",, 含量增加而晚期癌症则与之相反有研究发现肿瘤邻近正常组织会被肿瘤组织诱导产生生化和形态上的改变因此 ( 等对例结直肠癌患者的肿瘤标本及距离肿瘤且肉眼下正常的邻近正常黏膜进行高分辨魔角旋转核磁共振谱 ' $ %## ' '%&' $ ' $ %#%& $# $ 2!,.! 分析后发现邻近正常黏膜能比肿瘤组织更好地区分 * 期与 * 期肿瘤其,! " 分别为和以及更好地预测淋巴结转移状态,! " 分别为评估疗效手术切除肿瘤病灶后体内瘤负荷明显下降肿瘤代谢模式亦发生相应变化 7 等对比了例结直肠癌患者术前术后的尿代谢物根据正交偏最小二乘法判别分析 #$#'# &$% %9$ %% $%%) 0, 评分图显示两者之间能较好地区分共有种代谢物存在差异这些差异代谢物主要反映了术后患者体内氨基酸代谢上调三羧酸循环和微生物代谢下调其中有种在结直肠癌患者与正常人间有显著差异的代谢物在术后有逐步恢复的趋势另一些学者对结直肠癌患者术前术后的血清进行研究后发现术后 ) 缬氨酸氧 ) 脯氨酸脱氧葡萄糖 0 松二糖 0 麦芽糖花生四烯酸和棕榈酸显著减少而 ) 酪氨酸增加这些代谢物也许可以作为生物标志物用于监测结直肠患者的营养状况预测预后和评估手术疗效 15,5* 通路参与了许多癌症的发生发展过程是一个非常吸引人的治疗靶点而 *! 在 15,5* 通路中具有关键作用同时还参与了细胞代谢过程因此 -$%$ 等使用.! 技术来评估 *! 抑制剂依维莫司联合传统化疗药物伊立替康治疗的疗效并试图寻找可预测化疗药物疗效的生物标志物氟尿嘧啶 / #$#$ 是结直肠癌治疗的基本用药但是仍有高达 4 的患者对治疗无应答却要忍受药物所引起的毒性反应因此寻找到一个可以预测患者对应答的生物标志物是目前的研究热点等发现治疗无应答者的代谢表型与应答者之间有显著差异其尿嘧啶和胸腺嘧啶的含量明显低于应答者研究已经证实代谢轮廓分析能够预测药物在正常人体内的作用和毒性 -% 等将代谢组学技术用于卡培他滨的毒性研究他运用 2.! 技术获得了个准备接受卡陪他滨治疗患者的血液代谢轮廓发现高水平的低密度脂蛋白包括多不饱和脂肪酸和胆碱磷脂能预测高等级的毒性反应说明代谢组学可用于预测化疗药物的不良反应指导个体化抗肿瘤治疗预测预后目前常用于预测结直肠癌患者总生存期的因素包括 5!, 变异 " 评分碱性磷酸酶胆红素和乳酸脱氢酶但上述方法均存在一些缺陷因此许多研究者们试图通过代谢组学研究寻找一些新的标志物来预测预后 - $ 等采用 2.! 方法测定了结直肠癌患者的血清代谢组建立了总存活数 # $ %$ 预测模型在对这个模型进行验证后发现那些模型预测为短的患者生存时间明显短于其他患者 2! 4 "1 * ( 等通过对肿瘤邻近正常组织以及肿瘤组织进行代谢谱分析发现肿瘤组织对于预后没有预测价值而年内复发患者与未复发患者相比其肿瘤邻近正常组织的异丁酸乙酸和胆碱含量显著增加,! " 达到结语尽管近年来结直肠癌的代谢组学研究获得大量的成果但是要将这些研究结果用于临床仍需要克服一些困难众所周知生物体内代谢物数量庞大种类繁多且处于动态变化中由于技术所限现有的分析技术平台仍不能覆盖所有种类的代谢物而且目前结直肠癌研究大多使用单一的分析技术其覆盖面更加小其次数据分析平台也面临着如何将如此大量的数据进行简化和解释的严峻考验体内代谢物容易受到体内外各种因素的干扰因此存在一定的个体间及个体内多样性而目前结直肠癌研究并没有很好地去除这些混杂因素进一步阻碍了将现有的研究结果用于临床实践迄今为止代谢组学的研究方法仍缺乏公认的标准各个研究所采用的技术方法因人而异导致研究数据缺乏可比性不能很好地进行质量控制和学术交流以促进代谢组学的临床应用现有的结直肠癌代谢组学研究样本数均较小导致其研究结果存在较大偏倚而进行大样本多中心跨地域的研究将使结果更加真实可靠进而更好地促进代谢组学运用于结直肠癌的诊治现有研究多致力于利用各种分析技术和标本发现结直肠癌相关的新的生物标志物而对这些生物标志物的产生机制解释

" 分别为评估疗效手术切除肿瘤病灶后体内瘤负荷明显下降肿瘤代谢模式亦发生相应变化 7 等对比了例结直肠癌患者术前术后的尿代谢物根据正交偏最小二乘法判别分析 #$#'# &$% %9$ %% $%%) 0, 评分图显示两者之间能较好地

5 罗嗣蔚等代谢组学在结直肠癌中的研究进展得都比较笼统只有很少一部分文章对这些标志物的诊断价值进行了研究代谢组学研究虽然可以帮助我们找到与结直肠癌相关的生物标志物但是却无法解释其内在的机制所以将代谢组学与基因组学转录组学蛋白质组学相结合进行多组学研究将会更好地解释结直肠癌的发生发展机制为结直肠癌的诊治提供更好的方案参考文献 7:" " $ # &$#/ '#/ # #$ $%' "* )" 7*-*,0 (- $ (!5$#%% " 2 2!,.! %& $#% #& #/#$ # #? / / %? % # #$ $ % '' &$#'#% # - *, 0,-$ " $ # $%%% +-" 房静远陈慧敏于亚男肠道菌群与膳食纤维影响结直肠肿瘤发生的环境因素中华消化杂志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吴弃代谢组学在结直肠肿瘤中的应用进展胃肠病学徐国旺代谢组学方法与应用北京科学出版社 1,.% # $ " $ # #% % # '#% &&$# /#$ '% $#% $ /,$,.% 5#% *1, ", #% $ # #% % '#% &&$# /#$ # #$ $ *' "):)" $ # &$#/ ' #/ # #$ $ & $ $#& #$ %% %%%& $# $% #!- "0 * *-7:# " ##%/ %% $ #$$%#/ # #$ $ - *, 0 0)*$' #,# $ 0.% $' %/#$ # #$ $% $' 4"$ - " ),-.#/ $ " ' $ " $# &$#/% $ $ #% # #$ $ ",!,,# 3 %' 0 "! %#/$# &#% $ $ #' / % % $ #/ # #$ $ & % & #%/#$ $% $' # / $ 马延磊刘伟杰彭加远等基于气相色谱质谱联用为结直肠癌代谢组模式特征性研究中华胃肠外科杂志 7:" " $$ ##%# # #$ $ - *,0 "':"* " 0% $$ # &$#/#/ # #$ $ - *,0 ')!# %#,-* $%! " 7 %%#/$ &#$ $ '% 9&$# $##'$& *"+$'% ' +

6 复旦学报医学版年月 5 $ 2'"% $! "#/ # %%#/%&&#$/$# '% $# /#$ '#%%#/'% $# %#& ' $ +", $% /$3+, 5#& 5 " $ # #&$#/% % # % '% % ' #/ # #$ $, $ :25 **%+" -$ # %&& $ # %&&#$ /$ '% $ #/#$'% $$ %& $ / $# & %# &$#/% :) 3' ", & # % #/ '% $##'$&%%%& $# $% % $ # &$#/ '#/ # #$ $/$#& $ #"/" 0! -$%$ )% * 5# % " ( # #/ 9 # & $# #' &&$# % # %% %% # # / %#/$#% $# #% #'$/ #%#/ # #$ $ *' )" 5#5 " 1 % ' ' $##/ #%$%&#$$% $ %% #/ # #$ $ # / #$#$ $&, *," -%, $! " $ " $###&$#/ '%&$ #$#/ # & % #& $# #$ $ $ &" 0 - $ 1" #$ % - 8 " # #.! /' $&$ ' #/ &$ %$ #/ & %%# #$ $ 0 收稿日期编辑张秀峰上接第 1, 页 -#%98 "$' 5. ",$' $% % &#%+"& ",, " && -#%95."$(,, ",$' $% % & # %,!1, & ##$ # 3#$ 2 $'( #, ).,$'+"& && - $%01 &% * $&- $% 5 " $ #/ % % $ #% # %#% # $& + #%$##%#/,",,1,,,,1 ##$ % +"& +,,, " 2 # )' &#% % ( # 0 $ / ),, $# - $ % ) " * %/ #/ %' %# # $& %% #/ &%%% "1)! +"& "#3-#%9 "% * "' # $& 3#$,$' $'( # #% # & $ +"&&& -#%9 "# % $ ".$ " 8% #'% % %% %% %$ #/$%'$ #$' #,!1, ' % +"& 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志编辑委员会鼻科组中华医学会耳鼻咽喉头颈外科学分会鼻科学组小儿学组中华儿科杂志编辑委员会儿童变应性鼻炎诊断和治疗指南年重庆中华耳鼻咽喉头颈外科杂志 & $ 2 0 #& % '#/ %$ #/ %% /#$ $ % $ # #+ % "1)!+"& ) #'5 : " $+," 3'$ % % %&/ 9 #/ / % $ %% # % #'$/#$# #/& % & $%% $' $% "1)! +"& 5$ $-5 )- ' $ "$ #$ % % %&/ 9 #/ / % % #$ $( %%$' $% +"& 收稿日期编辑张秀峰

$##'$&%%%& $# $% % $ # &$#/ '#/ # #$ $/$#& $ #"/" 0!

何秋琳张立春视觉学习研究进展视觉注意视觉感知

何秋琳张立春视觉学习研究进展视觉注意视觉感知第卷第期年月开放教育研究何秋琳张立春华南师范大学未来教育研究中心广东广州随着图像化技术和电子媒体的发展视觉学习也逐步发展为学习科学的一个研究分支得到研究人员和教育工作者的广泛关注基于此作者试图对视觉学习

复 旦 学 报 医 学 版 年 月 后 仍 较 差 尤 其 是 结 直 肠 癌 晚 期 代 谢 组 学 是 继 基 因 组 学 转 录 组 学 蛋 白 质 组 学 之 后 迅 速 崛 起 的 一 门 组 学 位 于 基 因 组 学 转 录 组 学 和 蛋 白 质 组 学 的 下 游 是 对 前 者

复旦学报医学版年月后仍较差尤其是结直肠癌晚期代谢组学是继基因组学转录组学蛋白质组学之后迅速崛起的一门组学位于基因组学转录组学和蛋白质组学的下游是对前者