肝細胞癌的代謝標誌物
孫文博， 劉相良， 李薇
吉林大學第一醫院 腫瘤中心
隨著精準醫療時代的來臨，將臨床與前沿生物科學研究的進展相結合，尋求新的途徑對腫瘤進行早期檢測，進一步完善腫瘤不同亞型的診斷體系，對患者實施精準的個體化治療，應是未來的研究方向。腫瘤異常的代謝特徵，或許可以成為監測患者腫瘤狀態的新指標，進一步幫助早期診斷腫瘤。同時，監控患者的代謝狀態可以幫助更好地理解一些抗癌療法的機制，尋求新的腫瘤治療靶點，並對疾病預後評估有一定的意義。
腫瘤發生代謝變化通常表現為:
(1)有氧糖酵解增強，導致葡萄糖碳被導向乳酸以及核苷酸；
(2)氨基酸和脂質的合成代謝加強，這與三羧酸循環的中斷和谷氨醯胺作為碳源（谷氨醯胺攝取和分解代謝增加）的增加使用有關；
(3)腫瘤誘導的磷酸戊糖途徑增強可以增加還原型輔酶Ⅱ循環以保護細胞免受氧化應激損傷;
(4)葡萄糖攝取和消耗增加。
HCC的代謝標誌物
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脂質代謝物
肝臟是機體脂質代謝的主要器官，肝癌發生後導致機體脂質的正常代謝發生巨大變化。
甘油磷脂
甘油磷脂是機體含量最多的一類磷脂，它除了構成生物膜外，還是膽汁和膜表面活性物質等的成分之一，並參與細胞膜對蛋白質的識別和信號傳導。早期HCC與肝硬化組織中觀察到磷脂醯膽鹼的增加，表明在HCC發展的早期階段甘油磷脂代謝可能已經失調，且磷脂量也與腫瘤負荷呈正相關。
溶血磷脂
在HCC代謝組研究中，常常觀察到溶血磷脂醯膽鹼（LPC）的表達發生顯著改變，一般來說，肝癌患者的血漿中多種LPC水平下降,但是Ressom等和Wang等的研究發現，在肝癌和肝硬化的比較中，LPC和溶血磷脂醯乙醇胺（LPE）均持續升高。出現這種現象的原因可能是LPC是細胞膜甘油磷脂的結構單元，這些代謝物的升高可能反應了HCC的高代謝需求，這點與肝癌對甘油磷脂的需求增加是一致的。然而，LPC僅占細胞膜中總磷脂的3％，對其升高這一現象更好的解釋可能是LPC是與白蛋白結合的主要脂質，慢性肝病和肝癌中常常出現血清白蛋白減少，而白蛋白減少使得LPC的停留位點不足，導致這些代謝物的循環水平升高。
鞘磷脂
鞘磷脂是由鞘氨醇或二氫鞘氨醇構成的磷脂，主要的生物學功能是調節細胞膜和細胞信號傳導。重要的鞘脂分子有神經醯胺（Cer）、鞘氨醇（Sph）和1-磷酸鞘氨醇（S1P），其中Cer和Sph主要引起細胞周期阻滯和促進細胞凋亡作用，而S1P則具有抗凋亡和促進血管生成的作用，這種細胞周期控制機制被稱為「鞘氨醇變阻器」。
鞘氨醇激酶（SPHK）是這個平衡的重要調控分子, 能將Cer/Sph 轉化為S1P。HCC代謝組學相關研究目前主要集中於S1P代謝的紊亂，即在包括HCC在內的多種腫瘤中S1P都過表達。S1P的上調是代謝組學的一個新的發現。HCC中較高的S1P也可能反映了SPHK活性的獨立增強。一項研究表明選擇性SPHK2抑製劑在HCC異種移植物中具有抗腫瘤的特性，暗示SPHK可能作為HCC進展的啟動子。大量的S1P儲存，可能促進建立有利於HCC起始的微環境。
脂肪酸
代謝組學相關研究發現肝癌患者血漿中，一些FFA、超長鏈脂肪酸和醯基肉鹼表達下調，特別是二十四烷酸（24:0）與神經酸（24:1）幾乎完全缺失。這一結果可能與過氧化物酶體增殖物激活受體α升高有關。也有文獻報道這些FFA的降低也可能與增加的木糖醯輔酶A連接酶的活性增加有關，該酶的主要作用是分解超長鏈脂肪酸。醯基肉鹼是脂質進入線粒體進行β氧化的「聯絡員」，它的下調進一步反映了腫瘤對脂質β氧化的依賴性，可能提示肉鹼棕櫚醯轉移酶穿梭系統的損傷。
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膽汁酸
膽汁酸在肝臟中合成，主要作用是幫助脂肪酸的吸收和消化。以往認為慢性肝病、肝硬化包括一些HCC患者由於膽管阻塞，阻礙了膽汁酸向小腸的充分轉移，使得膽汁酸與未被消化的脂質在腫瘤微環境中蓄積。但Ressom等用超高效液相色譜-四極桿/飛行時間串聯質譜儀比較78例HCC患者和184例肝硬化患者的血清代謝物差異，結果顯示HCC患者膽汁酸合成代謝物下調，包括甘氨鵝脫氧膽酸、甘氨酸膽酸、牛磺膽酸和牛磺鵝脫氧膽酸鹽等 ，且膽汁酸水平與腫瘤負荷呈顯著負相關。這一發現與腫瘤的Warburg效應也是一致的，表明HCC患者的獲得能量的重心從β氧化、三羧酸循環向無氧酵解轉變，使得腫瘤細胞更適應缺氧的微環境。
3
蛋白質代謝產物
肝臟是蛋白質代謝的主要器官，毫無疑問，HCC患者的蛋白質相關代謝譜會有顯著的改變。
氨基酸
通過對HCC患者與健康受試者的代謝譜進行對比後，發現兩者的氨基酸表達具有重大差異。Di等應用氣相色譜質譜分析63例HCC患者及65例肝硬化對照患者的血清，發現纈氨酸、異亮氨酸、谷氨酸等11個代謝物具有診斷意義，其中纈氨酸、異亮氨酸等支鏈氨基酸在HCC中升高，谷氨酸則在HCC中下降，雖然腫瘤患者營養治療攝入外源支鏈氨基酸會對結果有一些影響，但將這些代謝物與AFP等臨床血清指標結合起來應用，會對HCC的早期診斷更加有效。Jain等對60個癌細胞系進行了一次大規模的代謝組學分析，認為甘氨酸是癌細胞對比健康細胞系中最顯著上調的代謝物。Gao等則發現，與肝硬化相比，HCC患者血清中絲氨酸、甘氨酸和天冬氨酸的表達持續上調，這一結果也通過近期一些其他代謝組學實驗得到證實。在HCC中，多種氨基酸的上調可以用腫瘤的快速分裂及腫瘤周圍非癌組織的氨基酸利用受損來解釋。由於氨基酸是重要的糖酵解酶激活劑，其表達增加與腫瘤Warburg效應代謝重塑特徵一致，與腫瘤細胞能量來源從三羧酸循環和β-氧化轉變為對糖酵解這一現象也是一致的。
多肽及蛋白質
除了小分子量的氨基酸之外，代謝組學也可用於檢測多肽及重量接近10 kD的較大的蛋白質代謝物。Luo等聯合國內6家臨床機構，共納入1448例受試者（HCC患者516例、肝硬化患者310例、正常對照組290例及其他腫瘤對照組患者332例），利用液相色譜質譜對受試者血清進行了大規模代謝組學分析，鑒定了一組新型HCC組合代謝標誌物：苯丙醯色氨酸（Phe-Trp）和甘氨酸膽酸，最終發現Phe-Trp在HCC中表達降低，且與機體總蛋白、白蛋白水平呈正相關，大規模臨床驗證結果顯示Phe-Trp與甘氨酸膽酸組成的生物標誌物組，能有效在高風險肝硬化人群中發現HCC患者，特別是對AFP假陰性和腫瘤直徑＜2 cm的小肝癌等方面，具有很大的潛力。Zhang等對HCC患者的組織間液進行代謝組蛋白表達譜分析發現，富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白（SPARC）和血小板反應蛋白2在HCC患者中過表達，進一步驗證發現，這兩種蛋白在HCC患者血清水平明顯高於健康對照組（敏感度80%，特異度94%），在敏感度方面優於AFP。可以作為較好的診斷標誌物。另外，既往一些研究顯示HCC患者與肝硬化對照組相比，生長相關癌基因α和凝血酶輕鏈（TLC）上調。其中TLC在HCC患者中明顯升高，但在其他癌症對照組中表達下降，這表明TLC是HCC的獨特標誌。另外，還有報道稱一些纖維蛋白原裂解肽，會在肝癌中過度表達，其差異可能被用做HCC的篩查工具。
谷胱甘肽
Sanabria等通過氣相/液相色譜質譜儀分析健康受試者和HCC患者血清及尿液，確立了谷胱甘肽能夠反映肝臟疾病的嚴重程度，並有助於從肝硬化患者中檢出HCC。Soga等利用毛細管電泳飛行時間質譜分析研究發現多種γ谷氨醯肽包括γ谷氨醯甘氨酸、γ谷氨醯丙氨酸等與健康受試者相比表達增加，γ谷氨醯肽是谷胱甘肽的前體，主要在肝臟合成。這些中間體在肝臟中明顯升高表明增加的氧化應激反應可以加劇肝功能障礙，需要生成大量的谷胱甘肽前體來對抗這種惡性過程。
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其他標誌物
Gong等和Wang等的研究還發現HCC患者與肝硬化患者相比，琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸等水平明顯升高，一些碳水化合物（甘露糖、半乳糖、阿拉糖）顯著降低，琥珀酸、檸檬酸、蘋果酸是三羧酸循環關鍵代謝物的前體，其升高可能提示三羧酸循環中間環節形成損傷，這與癌症微環境中從有氧代謝到無氧代謝的轉變相吻合，而碳水化合物的顯著降低提示HCC對能量的需求增大。血紅蛋白的代謝物分子也有顯著差異，Patterson等和Fitian等的研究分析HCC患者、肝硬化患者和健康者的血漿時發現HCC患者膽紅素、膽綠素升高。Fitian等的研究還發現HCC患者黃嘌呤、2-羥基丁酸有明顯升高的趨勢，這可能與HCC強氧化應激的特性有關。
引證本文：孫文博， 劉相良， 李薇. 肝細胞癌代謝標誌物的研究進展［J］. 臨床肝膽病雜誌, 2018, 34(6): 1318-1324.
（本文編輯：林姣）
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