应用时间系列代谢组学研究肝细胞肝癌患者手术前后血清代谢物变化及潜在标志物识别

Although alpha-fetoprotein (AFP) has widely been used for HCC diagnosis, it is not perfect because of its high false positive and false negative ratio. Therefore, it is imperative to develop more sensitive and specific markers for HCC diagnosis.Time-series metabolomics studies can provide insight into the dynamics of disease development and facilitate the discovery of prospective biomarkers. In previous research，we observed that some metabolites in serum were significantly reduced after the operation of HCC patients. We hypothesized that these significantly reduced metabolites were closely related to the occurrence and development of HCC. In this time-series metabolomics study, we are going to analyze and evaluate the dynamic metabolic changes and discover biomarker candidates. The metabolites are going to be identified as the potential biomarkers for HCC. The diagnostic model of HCC will try to establish. The associations among the metabolite and HCC development and operation should be explored. The efficacy of the diagnostic model for HCC is to be evaluated. The results of this study provided a new perspective to explore the relationship between the metabolic pathways and HCC development of potential biomarkers, and understand the mechanism and discover probable biomarkers of HCC。

尽管AFP广泛应用于HCC诊断，由于高的假阳性、假阴性而不完美，迫切需要发展更灵敏、特异诊断HCC的标志物。时间系列的代谢组学研究能够更好理解疾病的发展和促进标志物的发现。前期研究中，我们观察到的血清中某些代谢物在HCC患者术后显著减少。我们推测术后这些明显降低的代谢物与HCC发生、发展密切相关。本项目采用UPLC-MC技术对HCC、肝血管瘤术前、术后的代谢物水平进行动态研究。筛选出术前明显高于健康人、术后显著降低的特征代谢物作为诊断HCC潜在标志物，对潜在标志物进行鉴定。建立诊断HCC与健康人的识别模式，探索潜在标志物与HCC发生、切除之间的联系，临床样本评估识别模式临床应用价值，研究结果对于探讨潜在标志物涉及其代谢通路及与HCC的关系，阐明HCC发生发展的分子机制和为发现HCC诊断可能的标志物提供思路。

肝细胞癌(HCC)是一种复杂的异质性疾病。HCC患者通常有多种合并症。因此，代谢组学研究中解释观察到的代谢变化具有挑战性。首先，利用来自21例HCC患者的术前和术后(约44天)配对血清，采用超高压液相色谱串联四极杆飞行时间质谱进行代谢组学研究，以确定代谢谱的整体变化，筛选并鉴定适用于诊断HCC的候选生物标志物。然后，采用绝对定量方法对所选代谢物进行靶向分析，筛选HCC诊断的生物标志物。在验证集样本中还进一步评估了生物标志物诊断另外五种实体肿瘤的能力。最后，对研究结果进行拓展，采用相对定量的方法对血清中含量丰富的69种酰基肉碱代谢特征在验证集样本进行探索。结果表明，10种血清酰基肉碱(C6-C14)是对癌细胞清除反应最显著的代谢物。其中，辛酰基- l-肉碱、癸酰基- l-肉碱、3-羟基癸酰基肉碱、反式-2-十烯酰基- l-肉碱水平能准确区分HCC患者与正常人(AUC分别为0.944、0.955、0.910、0.897)。4种酰基肉碱诊断能力在验证集样本中得到进一步证实。4种酰基肉碱对小HCC的诊断性显著能优于AFP。此外，他们还能够准确区胃癌、结直肠癌、肺癌、胆管癌和混合肝癌与健康对照。拓展研究结果显示，16种酰基肉碱(C8-C14)对6种实体肿瘤具有较高的诊断能力（AUC>0.90）。因此，16种酰基肉碱 (C8-C14)可能是诊断6种实体瘤的潜在生物标志物。尤其是酰基肉碱10:2 isomer2和酰基肉碱12:2 isomer2在识别6种实体肿瘤与健康对照中曲线下面积均大于0.95。实验数据还显示，6个实体瘤中43种酰基肉碱 (C8-C18)水平发生显著变化(P<0.05)，其中31种血清酰基肉碱(C8-C16)水平发生最显著变化(P<0.001)。因此，我们推测这6种实体肿瘤共享相同的脂肪酸能量代谢通路，这为癌症治疗提供了共同的靶点。 该项目从HCC术前术后显著降低的代谢物中筛选出对包括HCC在内的6种实体肿瘤有较高诊断价值的18种酰基肉碱，这些酰基肉碱共享过氧化物酶体和线粒体脂肪酸氧化代谢通路，为开发实体肿瘤早期诊断标志物及阐明实体肿瘤的发生、发展分子机制提供依据，具有重要理论意义和潜在的临床应用价值。

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