无创尿液代谢组学鉴定肺癌中的诊断和预后标志物

Noninvasive Urinary Metabolomic Profiling Identifies Diagnostic and Prognostic Markers in Lung Cancer

期刊：cancer research    IF=9.3

发表时间：2015.4.15

研究背景：

肺癌是引起癌症患者死亡的主要原因，并且死亡率居高不下。肺癌患者确诊后，其 5 年生存率为 53%，由于地域原因，有些地方的 5 年生存率仅为 24%。然而，如若能够找到有效的诊断以及
愈后的生物标志物是可以提高肺癌患者的生存率的。目前，临床诊断肺癌的方法有低剂量螺旋 CT，但是其假阳性率高达 96.4%。此外，低剂量螺旋 CT 因为是在辐射暴露下进行筛查，这增加了肺癌患病的风险。所以，急需一种稳定可靠的分子标志物达到无创检测的目的。

研究材料：

本研究将 469 例肺癌患者以及 536 例健康人群的尿液样本进行代谢组学检测，发现肌酸酐可以作为临床诊断以及愈后的分子标志物，并且在另外一组人群的尿液样本（包括 80 例肺癌患者和 78 例健康人）中进行了验证。同样地，又在 48 例肿瘤组织以及 48 例癌旁组织中进行了组织特异性的验证。最后在另外的 92 例癌症患者尿液样本以及 106 例健康人尿液样本进行靶向代谢组学检测。

技术平台：
 

LC-MS/MS，NMR

方案设计：

   
本研究将肺癌患者组 469 例与正常对照组 536 例共计 1005 例血浆样本进行代谢组学分析，找到 4 种差异代谢物与肺癌疾病的发生发展机制相关。进而为了验证此结果，另外选取一个验证集组别，其中包括肺癌患者组 80 例与正常对照组 78 例共计 158 例血浆样本进行代谢组学分析，得到同样的结果。同样的，在肿瘤组织以及癌旁组织各 48 例进行组织特异性的验证。最后，应用靶向代谢组学检测的方法，在 92 例肺癌患者的样本和 106 例健康人样本检测，得到一致的结果。然后，将差异代谢物与临床指标进行 ROC 统计分析，研究结果显示肌酸酐，N-乙酰神经氨酸可以作为临床诊断以及愈后的分子标志物。

研究结果：

1. 发现并找到 4 种与肺癌疾病发生相关的差异代谢物。

   
本研究将肺癌患者组 469 例与正常对照组 536 例共计 1005 例血浆样本进行代谢组学分析，找到 4 种差异代谢物与肺癌疾病的发生发展机制相关。进而为了验证此结果，另外选取一个验证集组别，其中包括肺癌患者组 80 例与正常对照组 78 例共计 158 例血浆样本进行代谢组学分析，得到同样的结果。最后，在肿瘤组织以及癌旁组织各 48 例进行组织特异性的验证。如图 1 所示。

图 1 差异代谢物的确定

2. 差异代谢物在不同验证阶段的结果。
 

本研究将 1005 例的尿液样本进行 LC-MS/MS 非靶代谢组学分析，然后在 158 例的尿液样本进行 LC-MS/MS 非靶代谢组学分析进行验证，得到一致的结果。最后在 201 例样本的尿液样本中进行靶向代谢组学验证，均证实了结果。如图 2 所示

图 2 不同样本集筛选得到的差异代谢物结果

3. 差异代谢物在组织中进行验证。

筛选得到的差异代谢物，在癌症患者的癌组织样本以及癌旁组织样本进行验证，得到与在尿液中筛选出的差异代谢物一致的结果，如图 3 所示。

图 3  肺癌组织以及癌旁组织差异代谢物的验证

4. 将 4 种差异代谢物进行 ROC 曲线分析。
 

将 4 种差异代谢物进行 ROC 曲线分析，在所有的癌症患者样本中，结果显示肌酸酐特异性结果 AUC 值为 0.76，N-乙酰神经氨酸特异性结果 AUC 值为 0.67，皮质醇特异性结果 AUC 值为 0.64，561+（未知代谢物）特异性结果 AUC 值为 0.63。在肺癌 I–II 期患者样本中结果肌酸酐特异性结果 AUC 值为 0.70，N-乙酰神经氨酸特异性结果 AUC 值为 0.60，皮质醇特异性结果 AUC 值为 0.59，561+（未知代谢物）特异性结果 AUC 值为 0.60，如下图所示。

图 2  4 种差异代谢物在不同病例时期的 ROC 分析结果

研究创新点：
 

1. 基于「代谢组」研究技术路线，通过多平台（NMR，LC/MS），对样本进行检测，鉴定出 2 种与肺癌相关的代谢物，并且通过 ROC 分析确定了肌酸酐，N-乙酰神经氨酸可以作为临床诊断以及愈后的分子标志物。
 

2. 本研究发现一种在尿液中进行代谢组学检测的方法来达到肺癌患者的无创检测，为临床诊断增加了强有力的工具。

文章延伸：
 

1. 代谢组直接与表型相关联，应用代谢组学的分析方法可以找到与病症直接相关的分子标志物，此方法可以推广到临床科室的许多科室进行新的诊断方法的研究。

2. 广泛靶向代谢组是一种创新的高通量代谢组检测技术，已经成为研究代谢组的必备利器。迈维代谢创新了广靶技术，整合了非靶向和靶向代谢物检测技术的优点，可以高通量、高灵敏、广覆盖检测不同材料中的代谢物。