代谢组学在妇科常见肿瘤治疗和预后评估中的应用

平全红，李娜，胡元晶

癌细胞的代谢活动与正常细胞的代谢活动存在明显差异，代谢物的失调和代谢网络的重塑与癌症的发生有关。代谢组学（metabonomics）是在特定条件下分析生物系统产生的小分子代谢物的新兴学科，将具有明显改变的代谢物作为肿瘤诊断或预后评估的标志物在临床上很有应用前景[1]；另一方面，小分子代谢物又是信号通路的重要调节剂，一些脂质、氨基酸、核苷酸的中间代谢产物参与细胞炎症、增殖、迁移等信号通路的激活，并与免疫逃逸有关[2]，因此，通过抑制小分子代谢物的产生而抑制相应信号通路的激活可能成为治疗癌症的有效方式。目前，卵巢癌、子宫内膜癌和宫颈癌的治疗主要依赖手术结合放化疗等综合治疗手段，但预后不理想，因此亟需新的治疗策略改善这种状况。现总结归纳代谢组学生物标志物的最新进展和代谢组学在卵巢癌、子宫内膜癌和宫颈癌治疗和预后评估中的应用，以期为寻找、确定新型治疗策略和预后指标提供思路。

1 卵巢癌

1.1 代谢组学在卵巢癌治疗中的应用卵巢癌是妇科肿瘤中死亡率最高的恶性肿瘤[3]。目前，血清糖类抗原125（carbohydrate antigen 125，CA125）是区分卵巢良、恶性肿瘤的最佳预测因子[4]，对卵巢癌的诊断具有较高的敏感度（69.8%～87.5%）[5]。然而CA125 对早期卵巢癌的诊断并不敏感[6]，而晚期卵巢癌患者即使诊断明确后积极治疗，5 年生存率亦不到30%[7]，因此寻找针对卵巢癌的有效治疗势在必行。

1.1.1 干扰谷氨酸、琥珀酸的生成是治疗卵巢癌的有效手段 谷氨酸参与癌细胞蛋白质、核苷酸和其他非必需氨基酸的合成[8]，对癌细胞的增殖具有至关重要的作用。N-乙酰天冬氨酸谷氨酸（N-acetylaspartyl-glutamate）是一种普遍存在的神经递质，能够被谷氨酸羧肽酶Ⅱ（glutamate carboxypeptidaseⅡ）水解为谷氨酸和N-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate）。谷氨酸羧肽酶Ⅱ和N-乙酰天冬氨酸谷氨酸活性可影响卵巢癌细胞的生长，N-乙酰天冬氨酸谷氨酸在高级别卵巢癌中含量更高。抑制谷氨酸羧肽酶Ⅱ对N-乙酰天冬氨酸谷氨酸的分解作用，可阻断癌细胞生长所需的谷氨酸来源，继而抑制卵巢癌细胞的生长[9]。另外，琥珀酸能够与巨噬细胞琥珀酸受体1（succinate receptor 1）结合，激活下游磷脂酰肌醇3 激酶-缺氧诱导因子1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）信号通路，进而促进肿瘤的转移和侵袭[10]。有研究证实巨噬细胞琥珀酸受体1 在浆液性、上皮性卵巢癌中表达上调[11]。Xia 等[12]研究发现，琥珀酸在卵巢癌细胞中不断积累，促进癌细胞的迁移和增殖；琥珀酸可能作为配体与炎症、免疫反应相关的巨噬细胞琥珀酸受体1 结合，抑制肿瘤免疫应答，促进肿瘤的免疫逃逸。

1.1.2 干扰癌细胞线粒体能量代谢抑制卵巢癌的转移和侵袭 癌细胞的转移依赖于谷氨酰胺分解所提供的能量，微小RNA-450a 作为一种肿瘤抑制分子，通过靶向特定的线粒体基因和三羧酸循环基因，引起卵巢癌细胞线粒体功能障碍，降低线粒体氧化磷酸化水平，导致还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸、脂质和氨基酸等代谢物的水平下降，同时干扰癌细胞中谷氨酰胺的分解代谢，具有抑制卵巢癌细胞迁移和侵袭的作用[13]。此外，化学合成的类固醇激素B-胆固醇基苯丙咪唑可以干扰卵巢癌细胞的代谢，如线粒体能量代谢、蛋白质合成、甘油磷脂代谢等，进而抑制癌细胞的增殖和迁移，促进癌细胞凋亡，具有明显的抗肿瘤作用[14]。

1.1.3 减少花生四烯酸的产生可降低卵巢癌患者的化疗耐药性 铂类药物耐药是当前卵巢癌治疗面临的主要问题。Yang 等[15]利用人脂肪细胞的条件培养基刺激经顺铂处理的3 种卵巢癌细胞（耐药细胞系），脂肪细胞分泌的花生四烯酸通过激活苏氨酸蛋白激酶B（AKT）通路而诱导癌细胞产生耐药性，这提示减少花生四烯酸的生成或阻断其下游的AKT信号通路，能够有效减轻卵巢癌患者产生的耐药性。

1.2 代谢组学在卵巢癌预后评估中的应用

1.2.1 溶血磷脂酰甘油在卵巢癌术后复发的患者血浆中下调 卵巢癌在术后极易复发，因此，精准预测出术后会复发的卵巢癌患者并及时干预，是提高患者生存期的关键。Li 等[16]利用超高效液相色谱结合质谱的方法，对70 例卵巢癌患者进行了血浆脂质组学鉴定，将筛选出的可能与卵巢癌复发相关的31 种脂质代谢物作为参数用于机器学习的模型，用偏最小二乘法判别分析表明，复发和未复发患者的血脂代谢谱存在明显差异，并筛选出溶血磷脂酰甘油LysoPG（20:5）作为卵巢癌复发的独立预测因子，其曲线下面积（area under the curve，AUC）为0.875，具有筛选复发卵巢癌患者的最大预测潜能。

1.2.2 溶血磷脂酸（lysophosphatidic acid，LPA）在腹水中升高提示卵巢癌预后不良 LPA 可通过诱导肿瘤炎症反应促进癌细胞转移。在卵巢癌微环境中，磷脂酶A2 和肿瘤相关巨噬细胞分泌的LPA 可通过上调生长因子的表达引发基质侵袭，促进卵巢癌转移，Reinartz 等[17]研究显示，腹水中18:0 酰基-LPA、20:4酰基-LPA 和16:0 烷基-LPA 的升高提示卵巢癌预后不良，表明腹水中LPA 水平可作为卵巢癌预后的预测标志物。

2 子宫内膜癌

2.1 代谢组学在子宫内膜癌治疗中的应用

2.1.1 ONC201 通过增强脂肪分解代谢治疗子宫内膜癌 子宫内膜癌是妇科最常见的恶性肿瘤，全面分期手术是目前子宫内膜癌的主要治疗方式，有生育要求的高分化早期子宫内膜癌患者可采取药物保守治疗[18]，因此需要开发一种药物在子宫内膜癌早期进行有效干预。脂质和胆固醇的合成代谢增强能够满足肿瘤细胞的能量需求，与肿瘤的生长和转移有关，因此肥胖是子宫内膜癌发生的危险因素之一[19]。在肥胖引起的小鼠子宫内膜癌模型中，给予多巴胺2 型受体拮抗剂ONC201，癌组织从脂质合成转变为脂质降解；此外，ONC201 剂量依赖性地抑制小鼠子宫内膜癌细胞的增殖、黏附和侵袭，并诱导癌细胞凋亡，具有抗肿瘤作用[20]。这一研究提示ONC201 可能通过调节脂质代谢在子宫内膜癌的治疗中发挥作用。

2.1.2 抑制腺苷脱氨酶（adenosine deaminases）所干扰的核酸代谢可能治疗子宫内膜癌 最近有研究发现，作用于RNA 的腺苷脱氨酶在子宫内膜癌组织中的表达上调；随后，体外功能学实验显示，敲除腺苷脱氨酶基因能显著抑制子宫内膜癌细胞的增殖和迁移，并诱导细胞凋亡[21]。在机制方面，腺苷脱氨酶可能通过诱导免疫沉默而促进肿瘤发生，其脱氨基作用介导了核酸中的腺苷转化为肌苷，而肌苷会被错误地识别为鸟苷，导致核酸剪接异常[22]，因此腺苷脱氨酶可能通过干扰核苷酸代谢而参与子宫内膜癌的发生和发展，同时这一发现也为子宫内膜癌的治疗提供了新思路。

2.1.3 三羧酸循环的代谢产物琥珀酸可能治疗子宫内膜癌 琥珀酸作为三羧酸循环的代谢产物，对细胞的基础代谢产生影响。越来越多的研究表明，与三羧酸循环相关的酶成分活性异常可导致琥珀酸代谢紊乱，且与肿瘤发生密切相关[23-24]。Iplik 等[25]发现，5 μmol/L、10 μmol/L 的琥珀酸可诱导子宫内膜癌细胞凋亡，而对正常细胞无影响，提示琥珀酸可能是子宫内膜癌治疗药物研发的新方向。

2.2 代谢组学在子宫内膜癌预后中的应用血清雌激素及其代谢物水平与子宫内膜癌术后复发率高度相关，雌激素可通过与雌激素受体α 和β 结合而诱导子宫内膜细胞增殖[26]，与子宫内膜癌的发生高度相关。最近研究结果表明，血清类固醇激素可以作为预测子宫内膜癌复发的潜在标志物。Audet-Delage 等[27]分析了246 例绝经的子宫内膜癌患者在接受子宫切除术前、术后（1 个月内）血清类固醇水平的变化，结果表明，术前雌二醇、硫酸雌酮的水平与癌症复发呈负相关；而包括雌三醇和4-甲氧基-雌二醇在内的雌二醇代谢物与术后复发呈正相关。

子宫切除术后面临的另一个问题是术后出现的慢性疼痛，ω-6 不饱和脂肪酸血清浓度升高提示子宫内膜癌术后可能出现慢性疼痛。不饱和脂肪酸，特别是ω-6 不饱和脂肪酸具有促炎特性[28]，而且对组织产生破坏作用。代谢组学研究结果显示，子宫内膜癌术后伴有慢性疼痛患者的术前血清ω-6 不饱和脂肪酸浓度较术后无疼痛患者显著升高[29]，提示ω-6 不饱和脂肪酸可能成为预测子宫内膜癌术后慢性疼痛的标志物。

3 宫颈癌

3.1 代谢组学在宫颈癌治疗中的应用

3.1.1 调节脂肪酸代谢可以调控宫颈癌细胞的增殖和迁移 脂肪分解增强可促进宫颈癌细胞的增殖和侵袭，脂质的代谢异常与宫颈癌的发生、发展密切相关。脂肪酸结合蛋白5（fatty acid-binding protein 5，FABP5）是一种低分子质量的胞内脂质结合蛋白，参与脂肪酸的运输和储存，在一些肿瘤中表达上调[30]。Zhang 等[31]发现宫颈癌细胞质内中性脂质水平与FABP5的表达呈负相关，这与FABP5 加速癌细胞内的脂滴分解，促进脂肪酸生成的作用一致；FABP5 导致的脂肪酸积累可激活核因子κB（nuclearfactor-κB，NF-κB）信号通路，促进宫颈癌细胞侵袭和淋巴结转移，而这种促进作用可被NF-κB 通路的拮抗剂和脂肪酶抑制剂奥利司他抵消，提示FABP5 是宫颈癌潜在的靶点。活性氧（reactive oxygen species，ROS）是促进HIF-1α基因表达上调和蛋白质稳定的重要信号之一[32]。脂肪三酰甘油脂肪酶（adipose triglyceride lipase）可增加脂肪的分解代谢，不断积累的脂肪酸能够产生ROS，激活HIF-1α 信号转导通路，增强宫颈癌细胞的糖酵解和线粒体自噬，促进癌细胞的增殖和侵袭；相反，过表达缺失功能的脂肪三酰甘油脂肪酶突变体，或在过表达野生型脂肪三酰甘油脂肪酶的宫颈癌细胞中应用糖酵解的抑制剂，均能显著抑制癌细胞增殖[33]，提示脂肪三酰甘油脂肪酶能推动调节脂质的分解代谢而促进宫颈癌的发生、发展。

Sirtuin 3（SIRT3）是线粒体中参与蛋白去乙酰化的酶，SIRT3 的去乙酰化作用能够上调乙酰辅酶A羧化酶的表达，促进脂肪酸的从头合成。SIRT3 在人宫颈癌细胞中的表达上调；在宫颈癌细胞系中敲低SIRT3 后，癌细胞的迁移和侵袭能力显著减弱，提示SIRT3 是治疗宫颈癌的潜在靶点[34]。

3.1.2 抑制人羟基类固醇脱氢酶样蛋白2（human hydroxysteroid dehydrogenase-like 2）能够抑制宫颈癌细胞的增殖和迁移 人羟基类固醇脱氢酶样蛋白2 在底物氧化、还原的催化过程中发挥作用[35]。Yang等[36]发现人羟基类固醇脱氢酶样蛋白2 在宫颈癌组织中表达上调；其被敲除后癌细胞的生长和增殖受到抑制；而其过表达可上调脂质代谢酶脂肪酸合酶、长链酰基-辅酶A 合成酶1 和胆固醇调节元件结合蛋白1 的表达，促进宫颈癌细胞增殖和迁移。敲除胆固醇调节元件结合蛋白1 可抵消人羟基类固醇脱氢酶样蛋白2 过表达所促进的增殖和迁移，因此，人羟基类固醇脱氢酶样蛋白2 可能成为宫颈癌的潜在治疗靶点。

3.1.3 L 型缬氨酸/色氨酸血浆含量升高提示宫颈癌患者对化疗敏感 基于铂类的新辅助化疗（neoadjuvant chemotherapy，NACT）适用于局部晚期宫颈癌患者[37]，并且也适用于妊娠合并宫颈癌患者[38]。如何预测患者对NACT 的敏感性是目前临床上亟需解决的问题。Hou 等[39]对38 例宫颈癌患者的血浆代谢产物进行质谱分析发现，L 型缬氨酸和L 型色氨酸的血浆含量升高提示患者对化疗敏感或部分敏感，以其血浆含量建立预测模型预测NACT 敏感性准确度的AUC可达0.940 7。表明外周血血浆L 型缬氨酸和L 型色氨酸含量可作为预测患者化疗敏感性的标志物。

3.2 代谢组学在宫颈癌预后评估中的应用

3.2.1 血清总胆固醇和三酰甘油升高提示宫颈癌预后不佳 对宫颈癌代谢机制的研究表明，宫颈癌组织分解代谢比正常组织显著增强，循环中游离的氨基酸被癌细胞作为能量来源大量摄入，促进自身蛋白质的合成，有利于肿瘤生长[40]。一项回顾性研究结果显示，血清总胆固醇和三酰甘油的升高与宫颈癌预后较差相关，而且这两项脂类代谢指标还可作为宫颈癌生存率的预测因子（AUC＞0.75）[41]。

3.2.2 血浆磷脂酰胆碱和乙酰神经酰胺水平上调提示宫颈癌预后良好 最近研究表明，磷脂酰胆碱的耗竭提示宫颈癌的预后较差。磷脂酰胆碱的代谢产物花生四烯酸和溶血磷脂酰胆碱，以及溶血磷脂酰胆碱的代谢产物LPA，能够促进肿瘤细胞增殖、侵袭和转移，因此磷脂酰胆碱水平的高低亦可作为宫颈癌预后的潜在标志物[42]。Zhou 等[42]收集了未治疗、预后不良和预后良好的3 组宫颈鳞状细胞癌患者的血浆样本，利用代谢组学筛选出与宫颈癌预后相关的5 种生物标志物：磷脂酰胆碱、磷脂酰甘油、乙酰神经酰胺、D-麦芽糖和邻苯二甲酸所构建的预测模型能够明确辨别预后良好和预后不良的宫颈癌患者，其中磷脂酰胆碱、乙酰神经酰胺上调，而D-麦芽糖、邻苯二甲酸和磷脂酰甘油下调提示预后良好；反之则提示预后不良。

4 结语与展望

侵袭、迁移以及不断增殖是肿瘤细胞的共有特性。肿瘤细胞往往需要消耗更多的能量，这就增加了其对包括氨基酸、脂质和核苷酸在内的能量物质的摄取和利用，因此，肿瘤的小分子物质代谢谱往往可以直观反映肿瘤在机体内的状况，并表现出与正常组织显著不同的特点。将代谢组学应用于妇产科常见肿瘤的预后分析是一种颇有前景的策略；此外，小分子代谢物还参与细胞信号通路的调控，那么将代谢组学与蛋白质组学联合应用，不仅能深度探索肿瘤的发病机制，而且还可以为肿瘤的治疗提供新靶点。