幾十年來(lái)，為了更好地治療癌癥，癌細(xì)胞代謝研究成為科學(xué)家的研究熱點(diǎn)，科學(xué)家將大量時(shí)間精力投入到細(xì)胞代謝研究中，深入研究基質(zhì)細(xì)胞，試圖理解細(xì)胞代謝在疾病發(fā)展中起到的作用。
大量的研究證明，內(nèi)皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞代謝，能幫助人們更好的理解疾病的新途徑，尤其是癌癥。Nature雜志曾發(fā)文論述了基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞在健康/疾病狀態(tài)下的代謝變化，代謝對(duì)細(xì)胞分化和功能的決定機(jī)制，激勵(lì)更多的研究工作者將時(shí)間投入到基質(zhì)細(xì)胞和免疫細(xì)胞代謝研究中，為人類(lèi)開(kāi)辟新的疾病治療途徑。
癌細(xì)胞代謝路徑有助開(kāi)發(fā)白血病療法
來(lái)自羅切斯特大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的研究者揭示了急性髓性白血病為何難以治愈，急性髓性白血病是一種惡性的癌癥，研究者發(fā)現(xiàn)，白血病干細(xì)胞是通過(guò)一種特殊的氧化磷酸化方式，在線粒體中產(chǎn)生其所需要的所有能量，相比較而言，其它癌細(xì)胞和正常的干細(xì)胞只能依靠稱(chēng)為醣酵解的二次能量來(lái)源來(lái)產(chǎn)生所需能量。隨后研究者繼續(xù)對(duì)氧化磷酸化途徑進(jìn)行研究，試圖尋找到可以抑制該途徑的方法，他們發(fā)現(xiàn)了一種重要的稱(chēng)為BCL-2的基因，該基因?qū)τ诎籽「杉?xì)胞能量的產(chǎn)生非常重要。研究者表示，引發(fā)急性髓性白血病的一類(lèi)細(xì)胞的代謝速度遠(yuǎn)比癌癥細(xì)胞慢的多，這或許是導(dǎo)致急性髓性白血病難以治愈的原因。此研究刊登在國(guó)際著名雜志CellStemCell上。
改變巨噬細(xì)胞代謝如何能夠阻止癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移？
科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)參與癌癥擴(kuò)散的一個(gè)關(guān)鍵因素，他們證明可以通過(guò)改變巨噬細(xì)胞代謝來(lái)阻止癌細(xì)胞擴(kuò)散。該方法的關(guān)鍵之處在于讓巨噬細(xì)胞與形成腫瘤血管的細(xì)胞爭(zhēng)奪葡萄糖，導(dǎo)致腫瘤周?chē)苄纬傻酶訃?yán)格有序，從而阻止癌細(xì)胞通過(guò)血液循環(huán)擴(kuò)散到其他器官。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊CellMetabolism上。
破解細(xì)胞代謝調(diào)控新機(jī)制-里程碑式成果
Figure1:Super-assemblybetweenCIIIandCIVrequiresfunctionalSCAF1
來(lái)自西班牙CNIC心血管研究中心的科學(xué)家們確定了活細(xì)胞中能量中心的分子組織結(jié)構(gòu)，這一研究成果公布在2016年10月24日的Nature雜志上，該研究不僅揭示了細(xì)胞代謝調(diào)控新機(jī)制，而且也是線粒體電子傳遞鏈(mETC)組織研究的一個(gè)里程碑成果，同時(shí)也表明了mETC組合變化會(huì)影響代謝，這些不同的組成會(huì)導(dǎo)致不同的疾病發(fā)展趨勢(shì)。
細(xì)胞代謝與代謝組學(xué)
隨著細(xì)胞代謝研究以及質(zhì)譜檢測(cè)技術(shù)的重大進(jìn)步，代謝組學(xué)方法和技術(shù)也呈現(xiàn)飛躍式發(fā)展，代謝組學(xué)研究和細(xì)胞代謝的研究有所不同，細(xì)胞代謝主要研究代謝過(guò)程，而代謝組學(xué)研究則是一種研究方法。
細(xì)胞代謝是一個(gè)涉及數(shù)以千計(jì)生化反應(yīng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，是細(xì)胞生長(zhǎng)，增殖和對(duì)外界產(chǎn)生應(yīng)答不可或缺的一環(huán)。近年來(lái)，癌癥代謝研究發(fā)展迅猛，科學(xué)家漸漸了解到癌癥在發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中，癌細(xì)胞代謝起到很大的作用。
然而，代謝組學(xué)是通過(guò)組群指標(biāo)分析，進(jìn)行高通量檢測(cè)盒數(shù)據(jù)處理等計(jì)算分析方法，對(duì)生物體內(nèi)所有代謝產(chǎn)物進(jìn)行定量分析，尋找代謝物與生理病理變化的相對(duì)關(guān)系的研究方式，主要是動(dòng)植物的細(xì)胞核組織的提取液中小分子化合物，這也是系統(tǒng)生物學(xué)的組成部分。代謝組學(xué)的主要技術(shù)手段是核磁共振（NMR）、質(zhì)譜（MS）、色譜（HPLC,GC），其中以NMR為主。
代謝組學(xué)研究的基本流程：提取樣品，通過(guò)萃取的方式對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，之后通過(guò)氣相/液相色譜對(duì)化合物進(jìn)行分離，再基于核磁共振等方法對(duì)樣品檢測(cè)及鑒定，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與可視化，建模和仿真。
在過(guò)去的代謝組學(xué)研究的飛速發(fā)展中，代謝組學(xué)技術(shù)可全面衡量整個(gè)代謝，而且涉及大量未定義的分子組。同時(shí)，代謝組學(xué)在臨床診斷上將有廣闊的發(fā)展前景，主要應(yīng)用方向有四個(gè)方面：在臨床診斷（Biomarker）中的應(yīng)用、在病因與病理機(jī)制中的研究應(yīng)用、在臨床用藥指導(dǎo)中的應(yīng)用、在臨床前動(dòng)物模型篩選上的應(yīng)用。
在臨床上診斷上，一般來(lái)說(shuō)，先通過(guò)非靶向代謝組學(xué)技術(shù)手段對(duì)對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組的全部代謝物進(jìn)行比對(duì)并尋找差異，再通過(guò)靶向技術(shù)手段對(duì)特定代謝物群進(jìn)行有針對(duì)性地、特異性地檢測(cè)與分析，從而揭示與疾病相關(guān)的特定代謝物群。目前，代謝組學(xué)在遺傳性代謝缺陷、腫瘤、肝臟疾病、心血管疾病、精神疾病等疾病診斷的應(yīng)用與研究已取得飛速發(fā)展。
肝癌代謝組學(xué)研究獲進(jìn)展
來(lái)自中科院大連化學(xué)物理研究所研究員許國(guó)旺團(tuán)隊(duì)與上海東方肝膽醫(yī)院王紅陽(yáng)院士課題組合作，將基于液相色譜—質(zhì)譜用于肝癌組織非靶標(biāo)代謝組學(xué)研究并取得了重要進(jìn)展，相關(guān)成果在美國(guó)《癌癥研究》上發(fā)表。研究人員基于超高效液相色譜—高分辨質(zhì)譜分析平臺(tái)，對(duì)50例肝癌患者的癌組織、癌旁近端組織和遠(yuǎn)端組織進(jìn)行了非靶標(biāo)代謝譜分析，結(jié)合多變量數(shù)據(jù)處理方法和生物信息學(xué)技術(shù)，從整體層面闡明了肝癌微環(huán)境的代謝紊亂狀況。
圖片來(lái)源：CancerRes雜志
結(jié)果表明，肝癌患者出現(xiàn)了大量的代謝異常，主要包括糖酵解加速、三羧酸循環(huán)抑制、糖異生和β-氧化加快以進(jìn)一步提供能量、脂肪酸代謝相關(guān)的Δ-12脫氫酶活性顯著下調(diào)。此外，谷胱甘肽等抗氧化分子水平增高，炎癥相關(guān)的多不飽和脂肪酸和磷脂酶A2水平下降。
代謝組發(fā)現(xiàn)藥物性肝損傷的重要機(jī)制
天津醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院免疫學(xué)系姚智教授與公共衛(wèi)生學(xué)院衛(wèi)生毒理學(xué)教研室房中則教授最近聯(lián)合報(bào)道了脂質(zhì)調(diào)節(jié)NF-κB/IL-6/STAT3軸在藥源性肝損傷中的作用。研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用基于超高效液相色譜與電噴霧離子化四極桿質(zhì)譜（UPLC-ESI-QTOFMS）聯(lián)用的代謝組學(xué)揭示了ANIT誘導(dǎo)的肝損傷機(jī)制的新線索，這有助于闡明藥物誘導(dǎo)的肝毒性。文章發(fā)表于期刊ArchivesofToxicology。
“代謝組學(xué)”區(qū)分胰腺癌和胰腺炎
“代謝組學(xué)”的代謝動(dòng)態(tài)圖像已被用來(lái)識(shí)別能區(qū)分胰腺癌和慢性胰腺炎的新的血液代謝物生物標(biāo)志物，與傳統(tǒng)診斷方法相比具有較高的靈敏度且適用于疾病更早期階段。
目前胰腺癌的5年生存率約為6%，由于診斷延誤和缺乏新治療方法，到2030年胰腺癌可能是癌癥相關(guān)死亡的第三大原因。代謝組學(xué)已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入腫瘤診斷和腫瘤生物學(xué)領(lǐng)域，研究人員指出，這項(xiàng)研究可能是迄今為止最大的關(guān)于癌癥的代謝組學(xué)研究。
研究者報(bào)告說(shuō)，生物標(biāo)志物特征區(qū)分胰腺癌與慢性胰腺炎，假設(shè)累積發(fā)病率為1.95%，曲線下面積為0.96，敏感性為89.9%，特異性為91.3%。這成功地驗(yàn)證了生物標(biāo)志物的特征。生物標(biāo)志物的特征包括9個(gè)代謝產(chǎn)物以及糖類(lèi)抗原19-9（CA19-9），這是目前唯一臨床應(yīng)用于胰腺癌的血液生物標(biāo)記物。
代謝組學(xué)對(duì)膠質(zhì)瘤研究獲新進(jìn)展
中科院大連化物所所與美國(guó)NIH、哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院合作將功能代謝組學(xué)用于膠質(zhì)瘤研究取得新進(jìn)展：利用毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)現(xiàn)瘤組織中的亞?；撬岷匡@著高于癌旁對(duì)照組織中的亞牛磺酸，并且與膠質(zhì)瘤分級(jí)即惡性程度呈正相關(guān)。經(jīng)過(guò)分子對(duì)接計(jì)算機(jī)模擬，科研人員發(fā)現(xiàn)亞?；撬崮軌蚺cα-酮戊二酸競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合脯氨酸羥化酶2（PHD2）同一位點(diǎn)，導(dǎo)致后者催化活性受到抑制。PHD2能夠在正氧條件下羥基化缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α），導(dǎo)致后者進(jìn)入降解途徑。PHD2受抑制后導(dǎo)致HIF-1α不降解，而與？亞基結(jié)合入核，啟動(dòng)許多與腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)。上述現(xiàn)象在細(xì)胞和分子水平得到了驗(yàn)證。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤細(xì)胞攝入亞?；撬岬难趸a(chǎn)物?；撬岷?，能夠抑制細(xì)胞內(nèi)亞?；撬岷铣桑_(dá)到抑制腫瘤細(xì)胞的目的。荷瘤裸鼠試驗(yàn)證明，飲食中添加?；撬岷蟮拇_使腫瘤生長(zhǎng)放緩。亞?；撬崾抢^α-羥基戊二酸后，在膠質(zhì)瘤內(nèi)發(fā)現(xiàn)的又一具有促癌特征的代謝物，相關(guān)研究結(jié)果近期在Oncotarget雜志在線發(fā)表。
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