每周「一更」的小鹿話代謝系列又來嘍~~
還記得上期小鹿介紹的代謝組學在醫藥領域的主要應用方向嗎？（見下圖）
上期小鹿分享了代謝組學在醫藥機制研究中的實驗設計方案（包含多組學聯合及代謝組學+宏基因組）的實驗設計方案，詳情請戳一看到導師就害怕？你也有「導師恐懼症」嗎
本期小鹿主要請到了上海交通大學藥學院，現任國家肝癌科學中心助理研究員彭博（主要研究方向為：利用代謝組學和蛋白組學技術進行肝癌、膽管癌的病理機制研究以及癌症診斷標誌）。接著分享代謝組學在醫藥領域的機制研究設計方案，本期主要專注於經典分子生物學+代謝組學，及單純代謝組分析實驗設計方案。
經典分子生物學+代謝組學
文獻一
Disruption of phospholipid and bile acid homeostasis in mice with nonalcoholic steatohepatitis
案例來源：《Hepatology》2012, IF=14.67（Tanaka, et al. Hepatology, 2012; 56(1):118-29. doi: 10.1002/hep.25630）
原文連結：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/22290395/
研究目的：非酒精性脂肪肝炎磷脂和膽汁酸代謝紊亂的機制
樣本來源：大鼠模型
研究手段：大鼠造模，包括單純性脂肪病變模型（SS）和非酒精性脂肪肝炎模型（NASH），然後搜集血清進行非靶向代謝組分析
使用技術：LC-MS非靶向代謝組學、PCR
實驗設計和關鍵結論展示：
圖1 | 實驗設計
結論1：MCD餵養能形成非酒精性脂肪肝炎模型（NASH），MCS餵養能形成單純性脂肪病變模型（SS），二者代謝譜具有顯著差異，其中LPCs 在MCD組顯著下降，結合態膽汁酸和類二十烷酸代謝物12-HETE在MCD組顯著升高。
結論2：定量PCR檢測肝組織中相關代謝酶mRNA的水平，發現Lpcat 酶是顯著上調的，其調控胞內LPC和PC的水平，間接調控血清中LPC的水平；花生四烯酸代謝酶Alox12顯著升高，導致12-HETE的水平升高；膽汁酸合成酶的表達沒有明顯變化，但轉運膽汁酸進入肝細胞的蛋白（Slc10a1, Slco1a1）表達下調，且負責膽汁酸外排入血的蛋白（Abcc1, Abcc5等）表達上調，最終導致血清中膽汁酸的含量升高。
結論3：炎症因子（TNFα和TGFβ）能誘導正常肝細胞中相關代謝酶的表達變化。
圖2 | 非酒精性肝炎磷脂代謝和膽汁酸代謝紊亂的機制
小鹿點評
Tanaka 這位日本科學家在非酒精性肝炎的機制研究方面做出了非常多有意義的工作，本文並沒有使用大規模的臨床樣本，而是採用非常經典的非酒精性肝炎造模，結合非靶向代謝組學技術研究非酒精性肝炎和單純脂肪性病變的磷脂和膽汁酸代謝異常的機制，儘管在現在來看，該機制的闡述還不太完美，還有許多值得補充的地方，但作為一篇10前的文章，已然很了不起，且文章中的許多結果經過了時間的檢驗，迄今仍具有重要的參考價值。
小鹿物語
以臨床樣本為研究對象固然是好，但這種臨床資源較難獲取，涉及到許多倫理問題，且實驗的條件並不太可控，因此在機制的研究方面，動物模型不失為一個很好的選擇。
單純的代謝組分析
文獻二
Metabolic characterization of hepatocellular carcinoma using nontargeted tissue metabolomics
案例來源：《Cancer Research》2013, IF=9.72（Huang, et al. 2013; 73(16):4992-5002. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-13-0308.）
原文連結：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23824744/
研究目的：研究肝癌（HCC）的代謝特徵
樣本來源：50例HCC患者組織+298例肝病患者血清
研究手段：基於LC-MS的非靶向代謝組技術研究HCC組織的代謝特徵，並篩選潛在的診斷標誌物，然後用大樣本進行驗證
使用技術：LC-MS非靶向代謝組學
實驗設計和關鍵結論展示：
圖3 | 實驗設計
結論1：HCC的代謝特徵為：TCA循環代謝物、溶血磷脂和多不飽和脂肪酸水平下降，飽和脂肪酸、糖酵解、胺基酸和磷脂的水平上升。
結論2：甜菜鹼（Betaine）和丙基肉鹼（Propionylcarnitine）作為診斷標誌物組具有很好的區分HCC 與肝炎和肝硬化的能力，其聯合診斷的靈敏度和特異性要遠優於目前臨床使用的肝癌診斷指標AFP，尤其在AFP表達陰性的HCC患者中，診斷準確性也在92%，具有很好的臨床應用前景。
小鹿點評
這篇論文的設計思路並不複雜，利用小樣本群研究疾病的代謝特徵，尋找潛在的診斷標誌物，利用大樣本群對診斷標誌物的診斷能力進行驗證。最終HCC的代謝特徵得到了很好的表徵，同時篩選到兩個具有臨床診斷潛力的HCC標誌物。這篇文章在當時是最大規模樣本和最全面的肝癌代謝組研究。美中不足的地方是：（1）兩個診斷標誌物並未作絕對定量分析，因此也無法計算其Cut off 值；（2）沒有健康人的血清做對照，不清楚這兩個診斷標誌物在健康人血清中的表達水平。
小鹿物語
代謝組學經過了數十年的發展，大部分疾病的代謝譜特徵都被公開報導了，因此如果想以此研究思路進行疾病的代謝譜分析或篩選診斷標誌物，那麼研究對象（研究疾病）的選擇一定要有稀缺性（稀有疾病或樣本很難獲取的疾病），同時要兼具一定的樣本規模。此外，在篩選癌症標誌物的過程中，儘量加入同類型相關的非癌疾病組作為對照，比如此篇論文中就加入了肝炎和肝硬化作為肝癌的對比分析組，客觀來說，癌症和健康組的血清代謝譜差異是很大的，很容易找到差異代謝物，但是非癌相關疾病與癌症組的差別就比較小，往往難以區分，因此如果想真的篩選一些具有應用價值的標誌物，非癌相關疾病組的引入非常重要。
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文章來源於鹿明生物