肿瘤恶病质是一种复杂的代谢综合症,其特征是不能被营养补充所缓解的进行性肌肉萎缩(伴有或不伴有脂肪丢失),伴有严重的机体功能受损。肿瘤恶病质极大地影响了 80%以上晚期癌症患者的寿命和生活质量。然而目前对肿瘤恶病质代谢特征和发生机制的了解尚不清楚。本文选取神经胶质瘤和胃癌两个不同类型的肿瘤进行恶病质研究。通过建立肿瘤恶病质动物模型,采用基于核磁共振(NMR)的代谢组学方法和分子生物学手段,从代谢通路和信号通路两个方面分析肿瘤恶病质的代谢特征和分子机制,分别寻找与神经胶质瘤恶病质和胃癌恶病质紧密相关的特征性代谢物,阐明涉及的关键代谢通路。此外,本文还利用小鼠C2C12成肌细胞设计实验,在细胞层面验证了胃癌恶病质引起骨骼肌萎缩的结果。第一部分,我们研究了胶质瘤恶病质骨骼肌的代谢特征和分子机制。选取WHO分级不同的人源神经胶质瘤细胞WHO Ⅱ CHG5(低恶性级别,CHG5组)和WHO Ⅳ U87(高恶性级别,U87组),以及正常胶质细胞(正常组),对小鼠进行原位注射以构建胶质瘤动物模型和正常对照,采集血清、脑、腓肠肌、肠系膜脂肪、心脏、肝脏、脾脏和肾脏等。通过恶病质表型、组织病理和生理生化分析确认小鼠的恶病质特征。相比于CHG5组,U87组更早出现恶病质症状,且症状更严重。U87组脑部胶质瘤的扩增极大地缩短了小鼠的生存周期,并引起脂肪和瘦体组织丢失、抓力下降、厌食、多器官组织萎缩和系统的炎症反应。肌肉萎缩相关蛋白腺苷酸激活蛋白激酶(AMPK)、叉形头转录因子(FOXO)和肌肉萎缩盒F基因(Atrogin1)表达上调,蛋白激酶B(AKT)表达下调,肌分化因子(MyoD1)和真核起始因子(eIF3f)表达无显著性差异。我们对胶质瘤恶病质小鼠的血清和腓肠肌样品进行了代谢组学分析。主成分分析和偏最小二乘判别分析表明,与正常组小鼠相比,胶质瘤组小鼠血清和腓肠肌的代谢模式存在明显的区分。通过单因素方差分析寻找差异性代谢物,进而进行代谢通路分析。结果表明:胶质瘤恶病质小鼠的血清的代谢变化主要为糖酵解和脂质分解,苯丙氨酸和酪氨酸代谢等;腓肠肌样品的代谢变化主要为糖脂代谢,蛋白质分解代谢,氨基酸代谢和三羧酸循环回补途径等。血清的代谢变化比腓肠肌代谢变化更为明显,血清的相关差异性代谢物可以作为胶质瘤恶病质早期诊断的潜在的生物标志物。第二部分我们研究了胃癌恶病质骨骼肌的代谢特征和分子机制。我们向小鼠原位注射人源胃癌细胞BGC823构建胃癌动物模型,采集胃组织、血清和腓肠肌。BGC823小鼠呈现典型的恶病质症状,包括明显的体重下降和肌肉萎缩。我们对胃癌恶病质小鼠的胃组织、血清和腓肠肌进行了代谢组学分析,并对腓肠肌样品进行了转录组学分析。代谢组学分析表明,胃癌恶病质组小鼠胃组织、血清和腓肠肌的代谢模式与正常组区分明显。通过正交偏最小二乘判别分析和单变量统计分析,寻找差异性代谢物,进而分析受扰动的代谢通路。结果表明:胃癌恶病质小鼠的胃组织受到扰动的代谢通路主要为糖代谢和核苷酸代谢。血清的代谢变化主要涉及糖酵解和脂质分解。转录组学和代谢组学数据表明腓肠肌的代谢变化主要集中在碳水化合物代谢和氨基酸代谢。萎缩的骨骼肌内α-酮戊二酸(AKG)升高并且葡萄糖降低。体外实验表明,AKG可缓解葡萄糖缺乏引起的成肌细胞增殖减缓和肌管萎缩。这项工作系统地探索了胃癌恶病质的代谢变化,发现AKG在骨骼肌蛋白合成分解代谢中发挥重要的作用,提示AKG在临床干预肿瘤恶病质诱导的骨骼肌萎缩中具有潜在的重要价值。本研究从动物层面,建立了胶质瘤恶病质和胃癌恶病质模型,揭示了胶质瘤恶病质的表型和肌肉萎缩相关的信号通路和代谢通路,以及胃癌恶病质引起肌肉萎缩的系统代谢变化,为阐明胶质瘤和胃癌恶病质的代谢特征和分子机制奠定了基础,并为胶质瘤恶病质的早期诊断和胃癌恶病质肌肉萎缩的干预治疗提供了理论依据,也为其他肿瘤恶病质的研究提供了理论和方法支持。