基于液相色谱--质谱联用技术的食管鳞状细胞癌血浆代谢组学研究

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目的:
  食管鳞状细胞癌(ESCC)是一种主要的食管癌病理类型,因其症状的隐匿性,导致ESCC难以早期诊断,因此确诊时疾病大多进展到晚期,总体预后较差。代谢组学作为一种强大的工具,其通过对体液中内源性代谢物的检测和分析,可提供疾病整体的代谢轮廓特征,进而筛选出关键代谢标志物,为疾病诊断和治疗提供潜在靶点。本研究的目的是基于液相色谱与质谱联用技术,在正离子检测模式下,对血浆样本进行非靶向代谢组学分析,探讨ESCC患者与健康对照之间血浆代谢谱的差异,根据差异代谢物的结果筛选潜在生物标志物,建立ESCC诊断模型。
  方法:
  本研究共招募了310人,其中包括140名ESCC患者和170名健康对照(HC)。通过对ESCC患者术后病理结果,结合第八版JACC分期标准对ESCC患者分期。各组随机分为训练集(ESCC=80,HC=80)和验证集(ESCC=60,HC=90)。通过超高效液相色谱-串联飞行时间质谱(UPLC-QTOF/MS)技术分析ESCC患者血浆代谢组学特征。使用单变量统计分析和多变量数据分析(MVDA)方法来鉴定差异代谢物。利用代谢组学公共数据库以及本实验室购得的代谢物标准品对差异代谢物进行结构鉴定与验证。以训练集差异代谢物的相对响应强度为因变量构建二元逻辑回归模型,筛选一组能够显著区分ESCC和HC的潜在生物标志物。在验证集中评估生物标志物组的诊断性能,确保该生物标志物组的可重复性。最后,根据差异代谢物的富集分析结果进一步探讨与ESCC相关的失调代谢通路。
  结果:
  代谢组学分析确定了34种重要差异代谢物,其所在的代谢通路包括氨基酸代谢,磷脂代谢,脂肪酸代谢,嘌呤代谢和胆碱代谢等。构建了包含八种差异代谢物的诊断模型,包括:次黄嘌呤、脯氨酸甜菜碱、吲哚丙烯酸、肌苷、9-癸烯酰肉碱、四二十碳六烯酸、LPE(20:4)和LPC(20:5)。在训练集中受试者工作曲线(ROC)的曲线下面积(AUC)值为0.999(95%CI:0.996-1.000),灵敏度为98.8%,特异性为94.9%,在验证集中为0.965(95%CI:0.936-0.993),灵敏度为88.3%,特异性为88.9%。其中,吲哚丙烯酸、LPC(20:5)和LPE(20:4)与ESCC进展相关;胆碱、色氨酸、吲哚丙烯酸、皮质醇、LPC(20:5)、LPC(18:2)与ESCC淋巴结转移相关。
  结论:
  研究促进了对ESCC发生发展过程中患者血浆代谢物谱紊乱机制的深入理解。此外,发现了一组新型血浆生物标志物,该组标志物可清楚地区分ESCC患者,可以为早期ESCC提供一种新型无创的诊断方法。
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