撰文 | El Zorro
責編 | 酶美
細胞如同人一樣，需要攝食攝水。不同的是，它們的「糧食」是一個個小分子，我們稱之為代謝物。比如，我們熟知的葡萄糖和各種必需胺基酸都是細胞所需要的代謝物。
細胞的「吃喝」，我們可稱之為「代謝物的吸收」。細胞的「拉撒」我們稱之為「代謝物的排放」。在人體細胞內，已知的代謝物有6800多種。我們每天攝入的食物，通過消化系統分解成各種代謝物後，再被吸收進入血液循環，通過血液輸送到各個器官，最後再分派到人體的每個細胞中被利用。不需要的代謝物被細胞排放到細胞外，或被其他細胞重新回收利用，或被輸送回血液循環，然後匯集到人體的泌尿等排洩系統，排出體外。
人與人之間的飲食習慣差異很大。不同類型的細胞攝入代謝物更是千差萬別。對於一個正常細胞，它的生長分裂均會受到精準的控制。一旦攜帶一個或者多個突變的基因，導致分裂失控，就會變成癌細胞。成千上萬的癌細胞堆積在一起就形成了腫瘤。與正常細胞相比，癌細胞吸收和排放的各種代謝物都會發生相應的改變。臨床上通過同位素標記腫瘤組織中的特定代謝物來做核磁共振成像，就能「看到」腫瘤的形狀，也可依此來對腫瘤分型。很可惜的是，目前可選擇的用來做腫瘤成像標記等代謝物屈指可數。
如何尋找到更多腫瘤特異代謝物，一直是癌症研究領域極具挑戰的方向之一。常規做法是用來自患者的腫瘤組織進行體外分析，或者將腫瘤細胞在體外培養，然後轉移到小鼠上成瘤後進行分析。但是，代謝物在細胞裡是瞬息萬變的，一旦癌組織從體內拿出來，或者在動物上供養，它們的「飲食習慣和生活環境」就徹底被改變了，由此找到的「特異」代謝物和體內腫瘤的真實情況已經相去甚遠。另一種極為普遍的研究手段，是通過大規模比較腫瘤病人和正常人的血液樣本，找到差異分子來鎖定腫瘤特異的代謝物。然而，腫瘤相對整個人體的重量非常小。
一個5釐米大的腫瘤， 約人體體重的千分之一，它們釋放的代謝物到血液中很快被稀釋近千倍，如同河水匯入大海。如果腫瘤1釐米大小，稀釋將是十萬倍。通過常規的外周靜脈取血來尋找腫瘤特異代謝物幾乎是大海撈針。更難克服的是，同一代謝物在不同人之間濃度差異極大。我們去醫院做血液生化檢查，每項指標在一個很大的數值範圍內均屬於正常。比如總膽紅素，甲測試者的檢測結果是0.7，乙是 21.7，他們差異超過30倍，但兩人指標都在正常範圍內(0.7–21.7毫摩爾／升)。可見，由於人之間的這種巨大差異，導致通過常規方式來尋找腫瘤利用和釋放小分子收效甚微。
來自北京腦科學與類腦研究中心（簡稱北京腦中心）的戈鵡平博士實驗室和華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院的熊南翔博士團隊合作，在Nature Communicatios雜誌上發表了題為Using arterial–venous analysis to characterize cancer metabolic consumption in patients的研究論文，在尋找腫瘤代謝物研究上獨闢蹊徑，採用精密的質譜分析技術，精確的鑑定了血樣中的204個代謝物，發現有14種代謝物為腦瘤大量吸收利用，19種代謝物由腦瘤大量釋放，為我們尋找到更多腫瘤生長所需的代謝物提供新途徑。
腦瘤被手術切除之前，他們在腦瘤組織找到 一根負責輸送血液入腫瘤的小動脈和同時找到一根負責收集腫瘤血液的小靜脈（註明：大腦中各區域的血液，都是通過動脈流入，然後通過龐雜的毛細血管網，再匯集到靜脈送出）。他們分別在這兩根血管各取極少量的血液（不到1毫升），然後對同一個患者的腫瘤上下遊的血樣進行測定和比對分析。這個新的方法，他們命名為CARVE(雕刻)。該方法抹除了人和人個體巨大差異所帶來的煩惱：腫瘤動靜脈血液的差異，就是流過腫瘤那一瞬間由腫瘤攝入或者排出的分子。凡是動脈血中含量高的代謝物，意味著腫瘤需要「吃」的小分子；凡是靜脈中含量高的代謝物，就是它排放的小分子。
通過非常精密的色譜質譜聯用測定技術，他們精確的鑑定了血樣中的204個代謝物。發現有14種代謝物為腦瘤大量吸收利用，19種代謝物由腦瘤大量釋放。為了驗證測定的可信度，他們檢測了一類帶IDH1基因(編碼異檸檬酸脫氫酶)突變的腦瘤。已知這類腦瘤會釋放大量叫D-2HG(D-型羥戊二酸)的代謝物。但如果通過常規手段去患者手臂上取血做檢測，是看不到D-2HG在患者上的異常的。但當他們採用CARVE比對腫瘤的動、靜脈血成分，發現血液流經腫瘤的一瞬間，靜脈血相對動脈血的D-2HG濃度大幅度提升。這個方法的建立，為我們尋找到更多腫瘤生長所需的代謝物提供新途徑。
這樣我們通過控制腫瘤「吃」了什麼來抑制它們的生長了提供新的靶點。癌症分型非常複雜，比如腦瘤，就有120種不同亞型。如何通過影像分析或者血樣分析，對腫瘤進行精準分型並做針對性診斷，這是癌症研究和治療中最重要的問題之一。這個方法可以推及到其他癌症，為它們的分型、診斷與治療提供更多特異標記物。
據熊南翔教授指出，這項研究是多個團隊合作的結晶。腫瘤血液取樣得到華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院神經外科趙洪洋主任的鼎力支持，以及張方成教授、林洪教授、姚東曉教授等的大力幫助。高曉飛博士（共同第一作者）前期做了大量動物試驗驗證這個概念的可行性。美國德州大學西南醫學中心的蔡峰博士，邢超教授，Ralph Deberadenis教授實驗室，北京腦中心的孫文智教授以及浙江大學附屬第一醫院的羅本燕實驗室都給予了非常大的支持。