基于代謝組學(xué)和糖組學(xué)技術(shù)的結(jié)直腸癌研究.pdf

1、結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是一種常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，嚴(yán)重威脅著人類健康。在我國，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率正逐年增加，且呈年輕化趨勢。結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展是一個多因素、多步驟的過程，發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚。目前CRC病人5年存活率仍低于60％，臨床療效評價及預(yù)后監(jiān)控還有待進(jìn)一步改善。因此，發(fā)展簡單、可行的結(jié)直腸癌診斷及監(jiān)控方法是提高CRC病人生存率亟待解決的關(guān)鍵問題。
　　隨著“人類基因組計(jì)劃”的實(shí)施和完

2、成，人類對生命活動的研究進(jìn)入了系統(tǒng)生物學(xué)時代。代謝組學(xué)作為一門迅速崛起的系統(tǒng)生物學(xué)分支，通過研究機(jī)體在不同生理病理狀態(tài)下所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物變化規(guī)律來揭示疾病相關(guān)的代謝本質(zhì)，在癌癥研究領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿?。糖鏈作為重要的生物信息分子，在生命過程中的作用越來越受到人們重視，應(yīng)運(yùn)而生的糖組學(xué)為全面理解癌癥的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路和視野。
　　鑒于“組學(xué)技術(shù)”全面系統(tǒng)的研究策略和優(yōu)勢，本研究以結(jié)直腸癌為研究對象，第一部分利用色譜-質(zhì)譜聯(lián)

3、用的代謝組學(xué)技術(shù)平臺，對CRC病人的血清代謝譜進(jìn)行了代謝組學(xué)分析，對所篩選到的疾病相關(guān)候選代謝性生物標(biāo)志物進(jìn)行了考察。第二部分通過建立優(yōu)化凝集素芯片的糖組學(xué)技術(shù)平臺，對CRC病人組織的糖鏈表達(dá)譜變化進(jìn)行了研究，改進(jìn)了一套篩選疾病相關(guān)糖鏈生物標(biāo)志物的方法。本論文還嘗試對結(jié)直腸癌的代謝組學(xué)和糖組學(xué)之間的聯(lián)系進(jìn)行探索性研究，但目前還是存在一定局限，尚未找到兩者之間聯(lián)系的切入點(diǎn)。
　　本論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.首先，

4、利用氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC-TOFMS）和超高效液相色譜–四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC–QTOFMS）平臺，對101例CRC病人和102例健康對照者的血清樣本進(jìn)行檢測分析，得到了穩(wěn)定的血清代謝譜，并對代謝物進(jìn)行鑒定。通過對兩個平臺的比較分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)利用不同檢測窗口觀察到的代謝物存在很大的互補(bǔ)空間。本研究聯(lián)合兩個平臺鑒定出249種血清代謝物，得到了目前結(jié)直腸癌血清代謝組學(xué)研究中相對較全面已鑒定的血清代謝表達(dá)譜。
　　2.

5、利用訓(xùn)練樣本集的249種血清代謝物，采用正交偏最小二乘-判別分析法（OPLS-DA）建立結(jié)直腸癌的診斷模型，通過測試樣本集對該模型的預(yù)測能力進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示該OPLS-DA模型具有穩(wěn)定可靠的鑒別能力?；诮y(tǒng)計(jì)分析篩選出72種血清差異代謝物，并與前期結(jié)直腸癌的血清代謝組學(xué)研究結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示：本研究在驗(yàn)證了前期研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，還大大擴(kuò)充了結(jié)直腸癌血清差異代謝物庫。這些血清差異代謝物全面地反映了CRC病人體內(nèi)的代謝紊亂現(xiàn)象，包括

6、：糖酵解、氨基酸代謝、三羧酸循環(huán)、尿素循環(huán)、脂代謝、以及腸道菌群相關(guān)代謝。特別地，本研究比較全面地從血清代謝水平上觀察到了CRC病人體內(nèi)異常加劇的脂類代謝。
　　3.綜合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果篩選出了7個潛在的CRC診斷標(biāo)志物，主要涉及到脂類代謝、三羧酸循環(huán)、尿素循環(huán)、氨基酸代謝、以及腸道菌群相關(guān)代謝通路。另外，通過考察預(yù)后良好組和預(yù)后不良組CRC病人之間血清代謝譜的差異，篩選出了4個與CRC預(yù)后相關(guān)的候選代謝物，同樣涉及到三羧酸循環(huán)、尿素

7、循環(huán)、脂肪酸代謝、以及氨基酸代謝。研究結(jié)果顯示：這些關(guān)鍵的差異小分子代謝物具有良好的臨床應(yīng)用潛能。
　　4.利用凝集素芯片的糖組學(xué)技術(shù)平臺，對CRC病人臨床組織芯片樣本的組織糖鏈譜進(jìn)行了檢測和分析，觀察到病灶組織的糖鏈譜發(fā)生了明顯改變，并存在一定的規(guī)律。篩選到能指示腫瘤組織與正常組織之間糖鏈信號差異的凝集素。通過比較分析CRC病人體內(nèi)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移與否和糖鏈變化的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)部分指示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的候選凝集素。
　　5.聯(lián)合利用組織芯

8、片、凝集素芯片、及凝集素親和捕獲技術(shù)，發(fā)展了一套靈敏、簡單、有效地尋找疾病相關(guān)糖鏈生物標(biāo)志物的方法。以結(jié)直腸癌為研究對象，針對預(yù)后良好組和預(yù)后不良組的CRC病人組織糖鏈譜進(jìn)行了深入細(xì)致的比較分析，篩選出與結(jié)直腸癌預(yù)后密切相關(guān)的特異性候選糖蛋白，并設(shè)計(jì)出了目標(biāo)糖蛋白的優(yōu)化富集方案。
　　本課題分別應(yīng)用代謝組學(xué)技術(shù)和糖組學(xué)技術(shù)對結(jié)直腸癌進(jìn)行研究。旨在從系統(tǒng)的角度出發(fā)，基于不同觀測窗口對結(jié)直腸癌所引起的人體代謝產(chǎn)物和糖鏈等末端信號表征分