引用本文： 吳雪爍, 馮景, 周毅. 基于代謝組學技術的乳腺癌代謝產物研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2021, 28(12): 1661-1665. doi: 10.7507/1007-9424.202101056 復制
2020 年全球最新癌癥負擔報告[1]指出，乳腺癌新發病例約 226 萬，已取代肺癌躍居全球第一大腫瘤，我國乳腺癌發病率也呈顯著上升趨勢。乳腺癌作為一種高度異質腫瘤性疾病，病因及發病機制仍尚未明確，不同患者臨床表觀、分子分型、治療、預后等各方面存在明顯差異，使乳腺癌特異有效預防及高精準靶向治療這一難題，成為亟待解決的瓶頸[2]。研究認為，乳腺癌的發生受遺傳易感因素、表觀遺傳效應和各種環境因素的交互影響，其主要宿主遺傳易感因素包括 BRCA1/2、PTEN、TP53 等[3]，多種環境因素也參與了乳腺癌的發生發展，如高脂飲食、肥胖、雌激素水平過高、長期電離輻射接觸史等[4]。近年來，代謝作為“環境因素-代謝小分子-宿主基因-疾病”的重要樞紐，與腫瘤的關系受到了研究者的廣泛關注。
隨著高通量測序及生物信息學技術不斷發展，代謝組學與基因組學、轉錄組學及蛋白質組學聯合分析，在揭示疾病的病因及發病機制中得到廣泛應用。代謝組學被視為各種分子途徑的最終結點，被認為是“組學”研究的最終目標[5]。隨著質譜成像技術的發展，代謝組學及空間代謝組學（spatial metabolomics） [6]運用高分辨率、高敏感度及高通量的現代儀器分析手段，如液相色譜-質譜聯合技術（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）、氣相色譜-質譜聯合技術（gas chromatograph mass spectrometer，GC-MS）、磁共振波譜技術（nuclear magnetic resonance，NMR）等[7]，動態監測分析宿主在接受病理生理刺激、環境因素應激和遺傳修飾后，所產生的內源性小分子代謝產物，從而揭示宿主代謝譜及代謝通路的改變，進而通過分析這些代謝小分子物質及代謝通路在體液及組織內的變化規律，從整體分析基因表達、蛋白調節等內外因素對宿主狀態的影響，探索內源性小分子物質與宿主代謝、免疫、腫瘤等疾病發生發展間的關系[8-9]，進而為發現疾病新的生物標志物、構建疾病早篩預測模型、揭示疾病病因及機制、治療方案選擇及預后評估等，提供重要的科研依據[9]。
近年，腫瘤代謝研究成為令人矚目的新領域，多項研究逐步揭示，患者血清、組織、尿液、唾液等小分子代謝產物的差異性改變及相應代謝通路的變化，與乳腺癌發病風險、腫瘤類型、化療藥物敏感度和療效、以及靶向藥物潛在作用靶點等密切相關。然而，目前大多研究仍處于初級探索階段，筆者現就近年來代謝與乳腺癌相關研究進行分類綜述。
1 乳腺癌血清代謝物相關研究
近年來，通過代謝組學技術分析乳腺癌患者血清小分子代謝物的濃度變化，逐漸成為發現乳腺癌新的生物標志物、構建乳腺癌預測模型、化療療效評估、轉移復發監測等方面的研究熱點。
1.1 糖類與乳腺癌
Klawitter 等[10]利用核磁共振波譜（NMR）和高效液相色譜與質譜聯合法（HPLC-MS）檢測了 Bezielle 影響的 ER 陽性 BT474 和 ER 陰性 SKBR3 細胞系的糖代謝情況，發現藥物通過抑制 α-烯醇酶和 α-酮戊二酸脫氫酶和琥珀酰輔酶 A 合成酶的表達，導致三羧酸循環活性降低，抑制葡萄糖代謝，通過降低葡萄糖轉運蛋白的表達導致細胞內葡萄糖濃度降低，從而抑制主要的能量產生途徑，有效抵抗 ER 陰性乳腺癌細胞系侵襲。可見 Bezielle 可能作為靶向葡萄糖代謝過程治療乳腺癌的有效藥物。Shu 等[11]應用了孟德爾隨機分析的方法研究了循環血液中胰島素和血糖濃度與乳腺癌發病風險之間的關系，發現基因決定葡萄糖/胰島素相關特征在乳腺癌的病因學中起著重要作用，禁食時循環胰島素濃度和餐后 2 h 血糖濃度與乳腺癌發病風險正相關，并且這種相關性在雌激素受體陽性乳腺癌中表現出更高的敏感度。
1.2 氨基酸類小分子代謝物與乳腺癌
Xie 等[12]應用液相色譜與氣相色譜聯合技術，對比分析乳腺癌患者血漿代謝譜，發現天冬氨酸濃度與乳腺癌患病風險呈顯著負相關，且血清中天冬氨酸濃度低為乳腺癌患者特有，在其他惡性腫瘤如胃癌及結直腸癌患者中，并未觀察到血清天冬氨酸水平有明顯變化。近年，Zhang 等[13]通過免疫化學染色、印跡分析和基因篩查進一步發現乳腺癌組織相較于鄰近非癌正常組織，天冬氨酸 β-羥化酶的表達顯著提高。這些研究表明乳腺癌病理過程中存在天冬氨酸小分子代謝物的顯著變化，外周血液循環中天冬氨酸水平是否可能作為人類乳腺癌發病高風險人群的關鍵代謝標志物，值得進一步探索。
此外，研究指出，氨基酸類小分子代謝還與化療獲益情況以及長期預后評估存在一定相關性。Miolo 等[14]通過液相色譜串聯質譜技術，應用藥物代謝組學方法來識別使用曲妥珠單抗-紫杉醇新輔助化療方案，HER-2 陽性乳腺癌患者血清靶向代謝組學譜，發現與腫瘤病灶大小無明顯變化的患者相比，病灶明顯縮小者血清亞精胺水平較高，色氨酸水平較低。另一項研究[15]應用超高效串聯質譜針對晚期乳腺癌患者行化療前和化療第 1 個療程后血清氨基酸水平進行檢測，并對實體瘤化療療效進行評估，結果發現腫瘤病灶縮小患者血清中 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平上升，肌氨酸水平下降，而腫瘤進展患者的 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平顯著下降。通過研究認為，血清亞精胺與色氨酸水平可作為術前新輔助化療方案的選擇和療效評估的潛在指標，而 L-谷氨酰胺和甘氨酸血清濃度的變化則可能為優化晚期乳腺癌個體化治療策略提供依據。
1.3 脂質小分子代謝物與乳腺癌
His 等[16]用 QTRAP5500 質譜儀對 1 624 例乳腺癌患者及健康對照組的 127 種血清中的代謝物水平進行了檢測，結果發現乳腺癌患者溶血性磷脂酰膽堿（lysoPCs）存在顯著差異性變化，其中 lysoPC a C18∶0 的濃度與乳腺癌發病風險成負相關，而較高濃度的磷脂酰膽堿 PC ae C30∶0 與乳腺癌患病風險增加相關。然而值得關注的是，這種關聯與其他相對較小樣本量的實驗結果存在出入[17]。因此推測磷脂酰膽堿與乳腺癌發病風險之間存在復雜的相關性。His 等[16]的研究還發現血清酰基肉堿 C2 與乳腺癌患病風險呈正相關，即每標準差增量，乳腺癌風險增加 15%。有研究[18]指出，在脂肪酸氧化為 ATP 的能量代謝過程中，酰基肉堿 C2 的主要作用為促進脂肪酸向線粒體的運輸，較高水平的酰基肉堿 C2 是脂質供應過剩和脂肪酸氧化上調的標志。脂類供給超載與乳腺腫瘤的發生密切相關，通過提供細胞增殖的原料促進腫瘤細胞擴增。
2 乳腺癌組織代謝物相關研究
腫瘤形成后，腫瘤所在組織的結構、功能和代謝與腫瘤細胞自身的（核和胞質）內在環境形成的局部環境，稱為腫瘤微環境。腫瘤細胞暴露于缺氧、營養缺乏及酸性細胞外環境等條件下，產生的缺氧誘導因子刺激血管生成因子、葡萄糖轉運蛋白和糖酵解酶等，在這種微環境中，腫瘤細胞的缺氧糖酵解代謝，乙酰輔酶 A 合成，脂肪酸代謝的加速等，進一步加速了腫瘤的進展[19]。近年，諸多研究致力于腫瘤特異性微環境相關因素的發掘，小分子代謝產物作為腫瘤組織微環境中重要組成部分，其作為乳腺癌早期診斷生物標志物及未來治療干預的靶點，具有重要的科研價值及臨床應用潛力。
腫瘤細胞在能量代謝方面顯著區別于非增殖上皮細胞，在富含氧的環境下會優先進行糖酵解，這種現象稱為“Warburg 效應” [20]。上述實驗結果揭示惡性腫瘤生長環境中的葡萄糖濃度，可以通過調節代謝通路對細胞增殖和轉移產生顯著影響。Maldonado 等[21]對 MCF-7 和 T47D 乳腺癌細胞分別進行了不同葡萄糖濃度差異性培養，發現低濃度葡萄糖顯著抑制了乳腺癌細胞的增殖，且信號通路富集分析表明，降低培養環境葡萄糖濃度時，MCF-7 乳腺癌細胞中 Hippo-Yap 細胞信號通路下調，而 T47D 乳腺癌細胞中 NRF2 通路相關基因表達顯著增加。Hua 等[22]和 Nilchian 等[23]的研究還進一步證明了高濃度葡萄糖能促進乳腺癌細胞的上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），該過程可能與受 TGF-β 誘導且與調節葡萄糖代謝的核心 AKT 通路相關。
Silva 等[24]通過固相微萃取與氣相色譜-質譜（SPME/GC-qMS）方法分析了同一患者乳腺癌組織及其癌旁組織的揮發性有機代謝物（VOM），結果發現腫瘤組織中檸檬烯、癸酸、乙酸和糠醛含量顯著升高。Budczies 等[25]通過氣相色譜高通量飛行時間質譜儀（GC-TOF-MS）技術對乳腺癌腫瘤組織及正常組織進行代謝組分析，結果發現腫瘤組織中嘌呤及甘油酯代謝顯著增加，5-單磷酸-胞嘧啶核苷/十五烷酸（cytidine 5-monophosphate/pentadecanoic acid）的比值在乳腺癌診斷上有靈敏的提示作用。上述研究均提示這些差異的小分子代謝產物有望作為乳腺癌早期診斷的生物標志物。一些研究指出，血管緊張素肽代謝變化同樣在乳腺癌的早期診斷中具有重要意義。Bujak-Gizycka 等[26]的研究對 MDA-MB-231、MCF-7 和 T-47D 3 種乳腺癌細胞系與正常乳腺組織細胞（PCS-600）中血管緊張素原的代謝情況進行了比較，結果顯示在不同的細胞系中血管緊張素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，ANG Ⅱ）的形成能力存在差異，正常乳腺細胞中血管緊張素原經 ACE-2/ANG 1-7/MAS 通路代謝占有較大比例，而腫瘤細胞中 ANG 1-7 的表達明顯降低，且不同類型乳腺癌細胞系之間血管緊張素原的代謝存在一定差異。Ishikane 等[27]與 Zarychta 等[28]的研究同樣發現 ANG Ⅱ作用于 AT1R 可促進腫瘤細胞增殖及血管生成，刺激促血管生成因子的釋放，其作用于 AT2R 可誘導細胞凋亡，研究發現這些受體在腫瘤組織表達顯著增加，MAS 受體激動劑在乳腺癌治療中有一定的應用潛力，但這需要進一步的臨床研究來驗證。Kim 等[29]對人乳腺癌上皮細胞系 MCF-10A、輕度轉移的乳腺癌細胞系 MCF-7 和高度轉移的乳腺癌細胞系 MDA-MB-231 的代謝物進行 GC-MS 和解吸電離質譜法（DI-MS）研究，發現黃嘌呤、6-磷酸葡萄糖等可作為乳腺癌轉移的標志分子，有望成為乳腺癌轉移監測及轉移性乳腺癌治療效果評估的潛在靶標。
值得關注的是，Pan 等[30]通過 LC-MS 分析揭示了腫瘤組織小分子代謝產物谷氨酰胺與 α-酮戊二酸濃度顯著降低，谷氨酰胺代謝相關的 KRAS 基因表達在腫瘤組織和癌旁組織中存在明顯差異，谷氨酰胺能驅動腫瘤核心區域發生去分化反應與組蛋白超甲基化，這為靶向氨基酸蛋白激酶與組蛋白甲基化的抗腫瘤藥物研發提供了分子基礎。Borgan 等[31]對乳腺癌亞型代謝組學做了更加深入的研究，應用基因表達微陣列和高分辨率魔角旋轉磁共振波譜聯合技術（HR-MAS-MRS），分析乳腺癌組織代謝譜，發現在雌激素受體陽性乳腺癌中，腫瘤組織具有顯著特異性代謝和轉錄特征，表現為更強的“Warburg 效應”，隨腫瘤體積增大組織甘氨酸水平上升。三陰性乳腺癌作為一種侵襲性較強、遠處轉移復發風險較高的乳腺癌類型，其病理特征及潛在治療靶點的發掘一直受到研究者們的高度重視。邵志敏教授研究團隊[32]通過轉錄組譜及基因集富集分析發現三陰性乳腺癌患者存在 3 種代謝特征亞型（MPSs），包括 MPS1：脂質代謝上調的脂源性亞型；MPS2：糖酵解亞型，糖和核苷酸代謝上調；MPS3：部分通路失調的混合亞型，并且 3 種亞型存在明顯的分子亞型分布和基因組差異。因此，不同代謝亞型對于相應上調代謝途徑抑制劑類藥物的作用則會更敏感，使針對獨特的腫瘤代謝特征開發個性化治療成為可能。
3 乳腺癌尿液代謝物
尿液檢測作為一種無創、便捷的檢測手段被廣泛應用于各種疾病的篩查、診斷及預后監測。精準有效的分析尿液代謝物變化，對于更深入地了解腫瘤病理生理，以及最終臨床轉化，具有良好應用前景。2006 年代謝組學的核磁共振和質譜技術應用于尿液腫瘤標志物的檢測[33]。Silva 等[34]通過固相微萃取法從尿液中分離揮發性有機代謝物（VOM），運用 GC-MS 分析確定尿中的揮發性成分，找到屬于硫化合物、萜類化合物和羰基化合物的 10 種 VOM 在乳腺癌患者與健康人群中存在明顯差異。Omran 等[35]人應用 GC-MS 檢測乳腺癌患者的尿液代謝產物與良性乳腺腫瘤患者以及健康女性樣本進行對比，發現 1-甲基腺苷（1- MA），1-甲基鳥苷（1-MG）和 8-羥基-2′ -脫氧鳥苷（8-OHdG）在乳腺癌患者疾病早期階段水平顯著升高，但是良性腫瘤組和健康組之間未觀察到顯著差異。
4 乳腺癌唾液代謝物
唾液學代謝物檢查與代謝組學的結合研究也越來越受到關注，近年 Murata 等[36]人研究收集了浸潤性乳腺癌、導管原位癌和健康對照的唾液樣本，分析檢測了數百種親水性代謝物，發現乳腺癌患者唾液中的多胺含量顯著升高。另一項研究[37]通過液相色譜-串聯質譜法分析乳腺癌相關唾液代謝物，同樣發現 SPM、CAD 等 8 種多胺與乳腺癌發病密切相關，并且建立了用于區分乳腺癌患者和健康人群的一階方程，用來作為乳腺癌的早期診斷，同時該研究還揭示了手術治療前后，患者唾液中代謝物的濃度差異性變化，并使用 6 種多胺進行判別分析，發現 N8-Ac-SPD/（N1-Ac-SPD+N8-Ac-SPD）的比率升高，可提示患者預后良好。
5 總結與展望
代謝組學分析技術不斷革新，從檢測代謝產物變化，到疾病人群代謝輪廓分析與代謝通路探究，從單純質譜檢測到色譜-質譜聯合分析和核磁共振與質譜聯合分析建立了機體完整的代謝途徑圖譜。近年，代謝產物變化與基因組學、蛋白及轉錄組學等多組學聯合的研究模式在腫瘤研究中同樣展現出巨大的發展潛力。
諸多研究表明，代謝組學以其宏觀性、精確性、高通量以及經濟便捷的特點在乳腺癌的生物標志物發現、發病機制探索、針對小分子特異代謝產物靶向治療、綜合治療療效評估等方面展現出了越來越顯著的優勢。針對各個分類差異性代謝物的研究，在多種類型的乳腺癌患者當中已廣泛開展。然而，目前研究大多僅揭示出乳腺癌代謝差異的表觀現象，并通過篩選差異代謝產物來構建乳腺癌的潛在標志物，對于哪些特異性小分子代謝物，通過何種通路，對乳腺腫瘤發病機制確切影響需要大規模、多中心的前瞻性研究，后續進一步探究促進各類乳腺腫瘤表型匹配相關代謝組學數據的全球數據庫建立，推動代謝組學技術成為高效、便捷的臨床應用平臺。希望不久的將來，代謝組學研究與表觀遺傳、基因組學、蛋白及轉錄組學和微生物菌群研究相結合，用于乳腺癌的精準篩查與早期診斷以及臨床患者個體化治療方案的定制，推動乳腺癌的治療模式向“精準醫療”方向邁進。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：吳雪爍負責文獻資料的收集及文章的撰寫；馮景和周毅對文章的知識性內容作出了批判性的審閱并給予了指導性意見。
2020 年全球最新癌癥負擔報告[1]指出，乳腺癌新發病例約 226 萬，已取代肺癌躍居全球第一大腫瘤，我國乳腺癌發病率也呈顯著上升趨勢。乳腺癌作為一種高度異質腫瘤性疾病，病因及發病機制仍尚未明確，不同患者臨床表觀、分子分型、治療、預后等各方面存在明顯差異，使乳腺癌特異有效預防及高精準靶向治療這一難題，成為亟待解決的瓶頸[2]。研究認為，乳腺癌的發生受遺傳易感因素、表觀遺傳效應和各種環境因素的交互影響，其主要宿主遺傳易感因素包括 BRCA1/2、PTEN、TP53 等[3]，多種環境因素也參與了乳腺癌的發生發展，如高脂飲食、肥胖、雌激素水平過高、長期電離輻射接觸史等[4]。近年來，代謝作為“環境因素-代謝小分子-宿主基因-疾病”的重要樞紐，與腫瘤的關系受到了研究者的廣泛關注。
隨著高通量測序及生物信息學技術不斷發展，代謝組學與基因組學、轉錄組學及蛋白質組學聯合分析，在揭示疾病的病因及發病機制中得到廣泛應用。代謝組學被視為各種分子途徑的最終結點，被認為是“組學”研究的最終目標[5]。隨著質譜成像技術的發展，代謝組學及空間代謝組學（spatial metabolomics） [6]運用高分辨率、高敏感度及高通量的現代儀器分析手段，如液相色譜-質譜聯合技術（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）、氣相色譜-質譜聯合技術（gas chromatograph mass spectrometer，GC-MS）、磁共振波譜技術（nuclear magnetic resonance，NMR）等[7]，動態監測分析宿主在接受病理生理刺激、環境因素應激和遺傳修飾后，所產生的內源性小分子代謝產物，從而揭示宿主代謝譜及代謝通路的改變，進而通過分析這些代謝小分子物質及代謝通路在體液及組織內的變化規律，從整體分析基因表達、蛋白調節等內外因素對宿主狀態的影響，探索內源性小分子物質與宿主代謝、免疫、腫瘤等疾病發生發展間的關系[8-9]，進而為發現疾病新的生物標志物、構建疾病早篩預測模型、揭示疾病病因及機制、治療方案選擇及預后評估等，提供重要的科研依據[9]。
近年，腫瘤代謝研究成為令人矚目的新領域，多項研究逐步揭示，患者血清、組織、尿液、唾液等小分子代謝產物的差異性改變及相應代謝通路的變化，與乳腺癌發病風險、腫瘤類型、化療藥物敏感度和療效、以及靶向藥物潛在作用靶點等密切相關。然而，目前大多研究仍處于初級探索階段，筆者現就近年來代謝與乳腺癌相關研究進行分類綜述。
1 乳腺癌血清代謝物相關研究
近年來，通過代謝組學技術分析乳腺癌患者血清小分子代謝物的濃度變化，逐漸成為發現乳腺癌新的生物標志物、構建乳腺癌預測模型、化療療效評估、轉移復發監測等方面的研究熱點。
1.1 糖類與乳腺癌
Klawitter 等[10]利用核磁共振波譜（NMR）和高效液相色譜與質譜聯合法（HPLC-MS）檢測了 Bezielle 影響的 ER 陽性 BT474 和 ER 陰性 SKBR3 細胞系的糖代謝情況，發現藥物通過抑制 α-烯醇酶和 α-酮戊二酸脫氫酶和琥珀酰輔酶 A 合成酶的表達，導致三羧酸循環活性降低，抑制葡萄糖代謝，通過降低葡萄糖轉運蛋白的表達導致細胞內葡萄糖濃度降低，從而抑制主要的能量產生途徑，有效抵抗 ER 陰性乳腺癌細胞系侵襲。可見 Bezielle 可能作為靶向葡萄糖代謝過程治療乳腺癌的有效藥物。Shu 等[11]應用了孟德爾隨機分析的方法研究了循環血液中胰島素和血糖濃度與乳腺癌發病風險之間的關系，發現基因決定葡萄糖/胰島素相關特征在乳腺癌的病因學中起著重要作用，禁食時循環胰島素濃度和餐后 2 h 血糖濃度與乳腺癌發病風險正相關，并且這種相關性在雌激素受體陽性乳腺癌中表現出更高的敏感度。
1.2 氨基酸類小分子代謝物與乳腺癌
Xie 等[12]應用液相色譜與氣相色譜聯合技術，對比分析乳腺癌患者血漿代謝譜，發現天冬氨酸濃度與乳腺癌患病風險呈顯著負相關，且血清中天冬氨酸濃度低為乳腺癌患者特有，在其他惡性腫瘤如胃癌及結直腸癌患者中，并未觀察到血清天冬氨酸水平有明顯變化。近年，Zhang 等[13]通過免疫化學染色、印跡分析和基因篩查進一步發現乳腺癌組織相較于鄰近非癌正常組織，天冬氨酸 β-羥化酶的表達顯著提高。這些研究表明乳腺癌病理過程中存在天冬氨酸小分子代謝物的顯著變化，外周血液循環中天冬氨酸水平是否可能作為人類乳腺癌發病高風險人群的關鍵代謝標志物，值得進一步探索。
此外，研究指出，氨基酸類小分子代謝還與化療獲益情況以及長期預后評估存在一定相關性。Miolo 等[14]通過液相色譜串聯質譜技術，應用藥物代謝組學方法來識別使用曲妥珠單抗-紫杉醇新輔助化療方案，HER-2 陽性乳腺癌患者血清靶向代謝組學譜，發現與腫瘤病灶大小無明顯變化的患者相比，病灶明顯縮小者血清亞精胺水平較高，色氨酸水平較低。另一項研究[15]應用超高效串聯質譜針對晚期乳腺癌患者行化療前和化療第 1 個療程后血清氨基酸水平進行檢測，并對實體瘤化療療效進行評估，結果發現腫瘤病灶縮小患者血清中 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平上升，肌氨酸水平下降，而腫瘤進展患者的 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平顯著下降。通過研究認為，血清亞精胺與色氨酸水平可作為術前新輔助化療方案的選擇和療效評估的潛在指標，而 L-谷氨酰胺和甘氨酸血清濃度的變化則可能為優化晚期乳腺癌個體化治療策略提供依據。
1.3 脂質小分子代謝物與乳腺癌
His 等[16]用 QTRAP5500 質譜儀對 1 624 例乳腺癌患者及健康對照組的 127 種血清中的代謝物水平進行了檢測，結果發現乳腺癌患者溶血性磷脂酰膽堿（lysoPCs）存在顯著差異性變化，其中 lysoPC a C18∶0 的濃度與乳腺癌發病風險成負相關，而較高濃度的磷脂酰膽堿 PC ae C30∶0 與乳腺癌患病風險增加相關。然而值得關注的是，這種關聯與其他相對較小樣本量的實驗結果存在出入[17]。因此推測磷脂酰膽堿與乳腺癌發病風險之間存在復雜的相關性。His 等[16]的研究還發現血清酰基肉堿 C2 與乳腺癌患病風險呈正相關，即每標準差增量，乳腺癌風險增加 15%。有研究[18]指出，在脂肪酸氧化為 ATP 的能量代謝過程中，酰基肉堿 C2 的主要作用為促進脂肪酸向線粒體的運輸，較高水平的酰基肉堿 C2 是脂質供應過剩和脂肪酸氧化上調的標志。脂類供給超載與乳腺腫瘤的發生密切相關，通過提供細胞增殖的原料促進腫瘤細胞擴增。
2 乳腺癌組織代謝物相關研究
腫瘤形成后，腫瘤所在組織的結構、功能和代謝與腫瘤細胞自身的（核和胞質）內在環境形成的局部環境，稱為腫瘤微環境。腫瘤細胞暴露于缺氧、營養缺乏及酸性細胞外環境等條件下，產生的缺氧誘導因子刺激血管生成因子、葡萄糖轉運蛋白和糖酵解酶等，在這種微環境中，腫瘤細胞的缺氧糖酵解代謝，乙酰輔酶 A 合成，脂肪酸代謝的加速等，進一步加速了腫瘤的進展[19]。近年，諸多研究致力于腫瘤特異性微環境相關因素的發掘，小分子代謝產物作為腫瘤組織微環境中重要組成部分，其作為乳腺癌早期診斷生物標志物及未來治療干預的靶點，具有重要的科研價值及臨床應用潛力。
腫瘤細胞在能量代謝方面顯著區別于非增殖上皮細胞，在富含氧的環境下會優先進行糖酵解，這種現象稱為“Warburg 效應” [20]。上述實驗結果揭示惡性腫瘤生長環境中的葡萄糖濃度，可以通過調節代謝通路對細胞增殖和轉移產生顯著影響。Maldonado 等[21]對 MCF-7 和 T47D 乳腺癌細胞分別進行了不同葡萄糖濃度差異性培養，發現低濃度葡萄糖顯著抑制了乳腺癌細胞的增殖，且信號通路富集分析表明，降低培養環境葡萄糖濃度時，MCF-7 乳腺癌細胞中 Hippo-Yap 細胞信號通路下調，而 T47D 乳腺癌細胞中 NRF2 通路相關基因表達顯著增加。Hua 等[22]和 Nilchian 等[23]的研究還進一步證明了高濃度葡萄糖能促進乳腺癌細胞的上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），該過程可能與受 TGF-β 誘導且與調節葡萄糖代謝的核心 AKT 通路相關。
Silva 等[24]通過固相微萃取與氣相色譜-質譜（SPME/GC-qMS）方法分析了同一患者乳腺癌組織及其癌旁組織的揮發性有機代謝物（VOM），結果發現腫瘤組織中檸檬烯、癸酸、乙酸和糠醛含量顯著升高。Budczies 等[25]通過氣相色譜高通量飛行時間質譜儀（GC-TOF-MS）技術對乳腺癌腫瘤組織及正常組織進行代謝組分析，結果發現腫瘤組織中嘌呤及甘油酯代謝顯著增加，5-單磷酸-胞嘧啶核苷/十五烷酸（cytidine 5-monophosphate/pentadecanoic acid）的比值在乳腺癌診斷上有靈敏的提示作用。上述研究均提示這些差異的小分子代謝產物有望作為乳腺癌早期診斷的生物標志物。一些研究指出，血管緊張素肽代謝變化同樣在乳腺癌的早期診斷中具有重要意義。Bujak-Gizycka 等[26]的研究對 MDA-MB-231、MCF-7 和 T-47D 3 種乳腺癌細胞系與正常乳腺組織細胞（PCS-600）中血管緊張素原的代謝情況進行了比較，結果顯示在不同的細胞系中血管緊張素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，ANG Ⅱ）的形成能力存在差異，正常乳腺細胞中血管緊張素原經 ACE-2/ANG 1-7/MAS 通路代謝占有較大比例，而腫瘤細胞中 ANG 1-7 的表達明顯降低，且不同類型乳腺癌細胞系之間血管緊張素原的代謝存在一定差異。Ishikane 等[27]與 Zarychta 等[28]的研究同樣發現 ANG Ⅱ作用于 AT1R 可促進腫瘤細胞增殖及血管生成，刺激促血管生成因子的釋放，其作用于 AT2R 可誘導細胞凋亡，研究發現這些受體在腫瘤組織表達顯著增加，MAS 受體激動劑在乳腺癌治療中有一定的應用潛力，但這需要進一步的臨床研究來驗證。Kim 等[29]對人乳腺癌上皮細胞系 MCF-10A、輕度轉移的乳腺癌細胞系 MCF-7 和高度轉移的乳腺癌細胞系 MDA-MB-231 的代謝物進行 GC-MS 和解吸電離質譜法（DI-MS）研究，發現黃嘌呤、6-磷酸葡萄糖等可作為乳腺癌轉移的標志分子，有望成為乳腺癌轉移監測及轉移性乳腺癌治療效果評估的潛在靶標。
值得關注的是，Pan 等[30]通過 LC-MS 分析揭示了腫瘤組織小分子代謝產物谷氨酰胺與 α-酮戊二酸濃度顯著降低，谷氨酰胺代謝相關的 KRAS 基因表達在腫瘤組織和癌旁組織中存在明顯差異，谷氨酰胺能驅動腫瘤核心區域發生去分化反應與組蛋白超甲基化，這為靶向氨基酸蛋白激酶與組蛋白甲基化的抗腫瘤藥物研發提供了分子基礎。Borgan 等[31]對乳腺癌亞型代謝組學做了更加深入的研究，應用基因表達微陣列和高分辨率魔角旋轉磁共振波譜聯合技術（HR-MAS-MRS），分析乳腺癌組織代謝譜，發現在雌激素受體陽性乳腺癌中，腫瘤組織具有顯著特異性代謝和轉錄特征，表現為更強的“Warburg 效應”，隨腫瘤體積增大組織甘氨酸水平上升。三陰性乳腺癌作為一種侵襲性較強、遠處轉移復發風險較高的乳腺癌類型，其病理特征及潛在治療靶點的發掘一直受到研究者們的高度重視。邵志敏教授研究團隊[32]通過轉錄組譜及基因集富集分析發現三陰性乳腺癌患者存在 3 種代謝特征亞型（MPSs），包括 MPS1：脂質代謝上調的脂源性亞型；MPS2：糖酵解亞型，糖和核苷酸代謝上調；MPS3：部分通路失調的混合亞型，并且 3 種亞型存在明顯的分子亞型分布和基因組差異。因此，不同代謝亞型對于相應上調代謝途徑抑制劑類藥物的作用則會更敏感，使針對獨特的腫瘤代謝特征開發個性化治療成為可能。
3 乳腺癌尿液代謝物
尿液檢測作為一種無創、便捷的檢測手段被廣泛應用于各種疾病的篩查、診斷及預后監測。精準有效的分析尿液代謝物變化，對于更深入地了解腫瘤病理生理，以及最終臨床轉化，具有良好應用前景。2006 年代謝組學的核磁共振和質譜技術應用于尿液腫瘤標志物的檢測[33]。Silva 等[34]通過固相微萃取法從尿液中分離揮發性有機代謝物（VOM），運用 GC-MS 分析確定尿中的揮發性成分，找到屬于硫化合物、萜類化合物和羰基化合物的 10 種 VOM 在乳腺癌患者與健康人群中存在明顯差異。Omran 等[35]人應用 GC-MS 檢測乳腺癌患者的尿液代謝產物與良性乳腺腫瘤患者以及健康女性樣本進行對比，發現 1-甲基腺苷（1- MA），1-甲基鳥苷（1-MG）和 8-羥基-2′ -脫氧鳥苷（8-OHdG）在乳腺癌患者疾病早期階段水平顯著升高，但是良性腫瘤組和健康組之間未觀察到顯著差異。
4 乳腺癌唾液代謝物
唾液學代謝物檢查與代謝組學的結合研究也越來越受到關注，近年 Murata 等[36]人研究收集了浸潤性乳腺癌、導管原位癌和健康對照的唾液樣本，分析檢測了數百種親水性代謝物，發現乳腺癌患者唾液中的多胺含量顯著升高。另一項研究[37]通過液相色譜-串聯質譜法分析乳腺癌相關唾液代謝物，同樣發現 SPM、CAD 等 8 種多胺與乳腺癌發病密切相關，并且建立了用于區分乳腺癌患者和健康人群的一階方程，用來作為乳腺癌的早期診斷，同時該研究還揭示了手術治療前后，患者唾液中代謝物的濃度差異性變化，并使用 6 種多胺進行判別分析，發現 N8-Ac-SPD/（N1-Ac-SPD+N8-Ac-SPD）的比率升高，可提示患者預后良好。
5 總結與展望
代謝組學分析技術不斷革新，從檢測代謝產物變化，到疾病人群代謝輪廓分析與代謝通路探究，從單純質譜檢測到色譜-質譜聯合分析和核磁共振與質譜聯合分析建立了機體完整的代謝途徑圖譜。近年，代謝產物變化與基因組學、蛋白及轉錄組學等多組學聯合的研究模式在腫瘤研究中同樣展現出巨大的發展潛力。
諸多研究表明，代謝組學以其宏觀性、精確性、高通量以及經濟便捷的特點在乳腺癌的生物標志物發現、發病機制探索、針對小分子特異代謝產物靶向治療、綜合治療療效評估等方面展現出了越來越顯著的優勢。針對各個分類差異性代謝物的研究，在多種類型的乳腺癌患者當中已廣泛開展。然而，目前研究大多僅揭示出乳腺癌代謝差異的表觀現象，并通過篩選差異代謝產物來構建乳腺癌的潛在標志物，對于哪些特異性小分子代謝物，通過何種通路，對乳腺腫瘤發病機制確切影響需要大規模、多中心的前瞻性研究，后續進一步探究促進各類乳腺腫瘤表型匹配相關代謝組學數據的全球數據庫建立，推動代謝組學技術成為高效、便捷的臨床應用平臺。希望不久的將來，代謝組學研究與表觀遺傳、基因組學、蛋白及轉錄組學和微生物菌群研究相結合，用于乳腺癌的精準篩查與早期診斷以及臨床患者個體化治療方案的定制，推動乳腺癌的治療模式向“精準醫療”方向邁進。
重要聲明
利益沖突聲明：本文全體作者閱讀并理解了《中國普外基礎與臨床雜志》的政策聲明，我們沒有相互競爭的利益。
作者貢獻聲明：吳雪爍負責文獻資料的收集及文章的撰寫；馮景和周毅對文章的知識性內容作出了批判性的審閱并給予了指導性意見。