引用本文： 吴雪烁, 冯景, 周毅. 基于代谢组学技术的乳腺癌代谢产物研究进展. 中国普外基础与临床杂志, 2021, 28(12): 1661-1665. doi: 10.7507/1007-9424.202101056 复制
2020 年全球最新癌症负担报告[1]指出，乳腺癌新发病例约 226 万，已取代肺癌跃居全球第一大肿瘤，我国乳腺癌发病率也呈显著上升趋势。乳腺癌作为一种高度异质肿瘤性疾病，病因及发病机制仍尚未明确，不同患者临床表观、分子分型、治疗、预后等各方面存在明显差异，使乳腺癌特异有效预防及高精准靶向治疗这一难题，成为亟待解决的瓶颈[2]。研究认为，乳腺癌的发生受遗传易感因素、表观遗传效应和各种环境因素的交互影响，其主要宿主遗传易感因素包括 BRCA1/2、PTEN、TP53 等[3]，多种环境因素也参与了乳腺癌的发生发展，如高脂饮食、肥胖、雌激素水平过高、长期电离辐射接触史等[4]。近年来，代谢作为“环境因素-代谢小分子-宿主基因-疾病”的重要枢纽，与肿瘤的关系受到了研究者的广泛关注。
随着高通量测序及生物信息学技术不断发展，代谢组学与基因组学、转录组学及蛋白质组学联合分析，在揭示疾病的病因及发病机制中得到广泛应用。代谢组学被视为各种分子途径的最终结点，被认为是“组学”研究的最终目标[5]。随着质谱成像技术的发展，代谢组学及空间代谢组学（spatial metabolomics） [6]运用高分辨率、高敏感度及高通量的现代仪器分析手段，如液相色谱-质谱联合技术（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）、气相色谱-质谱联合技术（gas chromatograph mass spectrometer，GC-MS）、磁共振波谱技术（nuclear magnetic resonance，NMR）等[7]，动态监测分析宿主在接受病理生理刺激、环境因素应激和遗传修饰后，所产生的内源性小分子代谢产物，从而揭示宿主代谢谱及代谢通路的改变，进而通过分析这些代谢小分子物质及代谢通路在体液及组织内的变化规律，从整体分析基因表达、蛋白调节等内外因素对宿主状态的影响，探索内源性小分子物质与宿主代谢、免疫、肿瘤等疾病发生发展间的关系[8-9]，进而为发现疾病新的生物标志物、构建疾病早筛预测模型、揭示疾病病因及机制、治疗方案选择及预后评估等，提供重要的科研依据[9]。
近年，肿瘤代谢研究成为令人瞩目的新领域，多项研究逐步揭示，患者血清、组织、尿液、唾液等小分子代谢产物的差异性改变及相应代谢通路的变化，与乳腺癌发病风险、肿瘤类型、化疗药物敏感度和疗效、以及靶向药物潜在作用靶点等密切相关。然而，目前大多研究仍处于初级探索阶段，笔者现就近年来代谢与乳腺癌相关研究进行分类综述。
1 乳腺癌血清代谢物相关研究
近年来，通过代谢组学技术分析乳腺癌患者血清小分子代谢物的浓度变化，逐渐成为发现乳腺癌新的生物标志物、构建乳腺癌预测模型、化疗疗效评估、转移复发监测等方面的研究热点。
1.1 糖类与乳腺癌
Klawitter 等[10]利用核磁共振波谱（NMR）和高效液相色谱与质谱联合法（HPLC-MS）检测了 Bezielle 影响的 ER 阳性 BT474 和 ER 阴性 SKBR3 细胞系的糖代谢情况，发现药物通过抑制 α-烯醇酶和 α-酮戊二酸脱氢酶和琥珀酰辅酶 A 合成酶的表达，导致三羧酸循环活性降低，抑制葡萄糖代谢，通过降低葡萄糖转运蛋白的表达导致细胞内葡萄糖浓度降低，从而抑制主要的能量产生途径，有效抵抗 ER 阴性乳腺癌细胞系侵袭。可见 Bezielle 可能作为靶向葡萄糖代谢过程治疗乳腺癌的有效药物。Shu 等[11]应用了孟德尔随机分析的方法研究了循环血液中胰岛素和血糖浓度与乳腺癌发病风险之间的关系，发现基因决定葡萄糖/胰岛素相关特征在乳腺癌的病因学中起着重要作用，禁食时循环胰岛素浓度和餐后 2 h 血糖浓度与乳腺癌发病风险正相关，并且这种相关性在雌激素受体阳性乳腺癌中表现出更高的敏感度。
1.2 氨基酸类小分子代谢物与乳腺癌
Xie 等[12]应用液相色谱与气相色谱联合技术，对比分析乳腺癌患者血浆代谢谱，发现天冬氨酸浓度与乳腺癌患病风险呈显著负相关，且血清中天冬氨酸浓度低为乳腺癌患者特有，在其他恶性肿瘤如胃癌及结直肠癌患者中，并未观察到血清天冬氨酸水平有明显变化。近年，Zhang 等[13]通过免疫化学染色、印迹分析和基因筛查进一步发现乳腺癌组织相较于邻近非癌正常组织，天冬氨酸 β-羟化酶的表达显著提高。这些研究表明乳腺癌病理过程中存在天冬氨酸小分子代谢物的显著变化，外周血液循环中天冬氨酸水平是否可能作为人类乳腺癌发病高风险人群的关键代谢标志物，值得进一步探索。
此外，研究指出，氨基酸类小分子代谢还与化疗获益情况以及长期预后评估存在一定相关性。Miolo 等[14]通过液相色谱串联质谱技术，应用药物代谢组学方法来识别使用曲妥珠单抗-紫杉醇新辅助化疗方案，HER-2 阳性乳腺癌患者血清靶向代谢组学谱，发现与肿瘤病灶大小无明显变化的患者相比，病灶明显缩小者血清亚精胺水平较高，色氨酸水平较低。另一项研究[15]应用超高效串联质谱针对晚期乳腺癌患者行化疗前和化疗第 1 个疗程后血清氨基酸水平进行检测，并对实体瘤化疗疗效进行评估，结果发现肿瘤病灶缩小患者血清中 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平上升，肌氨酸水平下降，而肿瘤进展患者的 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平显著下降。通过研究认为，血清亚精胺与色氨酸水平可作为术前新辅助化疗方案的选择和疗效评估的潜在指标，而 L-谷氨酰胺和甘氨酸血清浓度的变化则可能为优化晚期乳腺癌个体化治疗策略提供依据。
1.3 脂质小分子代谢物与乳腺癌
His 等[16]用 QTRAP5500 质谱仪对 1 624 例乳腺癌患者及健康对照组的 127 种血清中的代谢物水平进行了检测，结果发现乳腺癌患者溶血性磷脂酰胆碱（lysoPCs）存在显著差异性变化，其中 lysoPC a C18∶0 的浓度与乳腺癌发病风险成负相关，而较高浓度的磷脂酰胆碱 PC ae C30∶0 与乳腺癌患病风险增加相关。然而值得关注的是，这种关联与其他相对较小样本量的实验结果存在出入[17]。因此推测磷脂酰胆碱与乳腺癌发病风险之间存在复杂的相关性。His 等[16]的研究还发现血清酰基肉碱 C2 与乳腺癌患病风险呈正相关，即每标准差增量，乳腺癌风险增加 15%。有研究[18]指出，在脂肪酸氧化为 ATP 的能量代谢过程中，酰基肉碱 C2 的主要作用为促进脂肪酸向线粒体的运输，较高水平的酰基肉碱 C2 是脂质供应过剩和脂肪酸氧化上调的标志。脂类供给超载与乳腺肿瘤的发生密切相关，通过提供细胞增殖的原料促进肿瘤细胞扩增。
2 乳腺癌组织代谢物相关研究
肿瘤形成后，肿瘤所在组织的结构、功能和代谢与肿瘤细胞自身的（核和胞质）内在环境形成的局部环境，称为肿瘤微环境。肿瘤细胞暴露于缺氧、营养缺乏及酸性细胞外环境等条件下，产生的缺氧诱导因子刺激血管生成因子、葡萄糖转运蛋白和糖酵解酶等，在这种微环境中，肿瘤细胞的缺氧糖酵解代谢，乙酰辅酶 A 合成，脂肪酸代谢的加速等，进一步加速了肿瘤的进展[19]。近年，诸多研究致力于肿瘤特异性微环境相关因素的发掘，小分子代谢产物作为肿瘤组织微环境中重要组成部分，其作为乳腺癌早期诊断生物标志物及未来治疗干预的靶点，具有重要的科研价值及临床应用潜力。
肿瘤细胞在能量代谢方面显著区别于非增殖上皮细胞，在富含氧的环境下会优先进行糖酵解，这种现象称为“Warburg 效应” [20]。上述实验结果揭示恶性肿瘤生长环境中的葡萄糖浓度，可以通过调节代谢通路对细胞增殖和转移产生显著影响。Maldonado 等[21]对 MCF-7 和 T47D 乳腺癌细胞分别进行了不同葡萄糖浓度差异性培养，发现低浓度葡萄糖显著抑制了乳腺癌细胞的增殖，且信号通路富集分析表明，降低培养环境葡萄糖浓度时，MCF-7 乳腺癌细胞中 Hippo-Yap 细胞信号通路下调，而 T47D 乳腺癌细胞中 NRF2 通路相关基因表达显著增加。Hua 等[22]和 Nilchian 等[23]的研究还进一步证明了高浓度葡萄糖能促进乳腺癌细胞的上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），该过程可能与受 TGF-β 诱导且与调节葡萄糖代谢的核心 AKT 通路相关。
Silva 等[24]通过固相微萃取与气相色谱-质谱（SPME/GC-qMS）方法分析了同一患者乳腺癌组织及其癌旁组织的挥发性有机代谢物（VOM），结果发现肿瘤组织中柠檬烯、癸酸、乙酸和糠醛含量显著升高。Budczies 等[25]通过气相色谱高通量飞行时间质谱仪（GC-TOF-MS）技术对乳腺癌肿瘤组织及正常组织进行代谢组分析，结果发现肿瘤组织中嘌呤及甘油酯代谢显著增加，5-单磷酸-胞嘧啶核苷/十五烷酸（cytidine 5-monophosphate/pentadecanoic acid）的比值在乳腺癌诊断上有灵敏的提示作用。上述研究均提示这些差异的小分子代谢产物有望作为乳腺癌早期诊断的生物标志物。一些研究指出，血管紧张素肽代谢变化同样在乳腺癌的早期诊断中具有重要意义。Bujak-Gizycka 等[26]的研究对 MDA-MB-231、MCF-7 和 T-47D 3 种乳腺癌细胞系与正常乳腺组织细胞（PCS-600）中血管紧张素原的代谢情况进行了比较，结果显示在不同的细胞系中血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，ANG Ⅱ）的形成能力存在差异，正常乳腺细胞中血管紧张素原经 ACE-2/ANG 1-7/MAS 通路代谢占有较大比例，而肿瘤细胞中 ANG 1-7 的表达明显降低，且不同类型乳腺癌细胞系之间血管紧张素原的代谢存在一定差异。Ishikane 等[27]与 Zarychta 等[28]的研究同样发现 ANG Ⅱ作用于 AT1R 可促进肿瘤细胞增殖及血管生成，刺激促血管生成因子的释放，其作用于 AT2R 可诱导细胞凋亡，研究发现这些受体在肿瘤组织表达显著增加，MAS 受体激动剂在乳腺癌治疗中有一定的应用潜力，但这需要进一步的临床研究来验证。Kim 等[29]对人乳腺癌上皮细胞系 MCF-10A、轻度转移的乳腺癌细胞系 MCF-7 和高度转移的乳腺癌细胞系 MDA-MB-231 的代谢物进行 GC-MS 和解吸电离质谱法（DI-MS）研究，发现黄嘌呤、6-磷酸葡萄糖等可作为乳腺癌转移的标志分子，有望成为乳腺癌转移监测及转移性乳腺癌治疗效果评估的潜在靶标。
值得关注的是，Pan 等[30]通过 LC-MS 分析揭示了肿瘤组织小分子代谢产物谷氨酰胺与 α-酮戊二酸浓度显著降低，谷氨酰胺代谢相关的 KRAS 基因表达在肿瘤组织和癌旁组织中存在明显差异，谷氨酰胺能驱动肿瘤核心区域发生去分化反应与组蛋白超甲基化，这为靶向氨基酸蛋白激酶与组蛋白甲基化的抗肿瘤药物研发提供了分子基础。Borgan 等[31]对乳腺癌亚型代谢组学做了更加深入的研究，应用基因表达微阵列和高分辨率魔角旋转磁共振波谱联合技术（HR-MAS-MRS），分析乳腺癌组织代谢谱，发现在雌激素受体阳性乳腺癌中，肿瘤组织具有显著特异性代谢和转录特征，表现为更强的“Warburg 效应”，随肿瘤体积增大组织甘氨酸水平上升。三阴性乳腺癌作为一种侵袭性较强、远处转移复发风险较高的乳腺癌类型，其病理特征及潜在治疗靶点的发掘一直受到研究者们的高度重视。邵志敏教授研究团队[32]通过转录组谱及基因集富集分析发现三阴性乳腺癌患者存在 3 种代谢特征亚型（MPSs），包括 MPS1：脂质代谢上调的脂源性亚型；MPS2：糖酵解亚型，糖和核苷酸代谢上调；MPS3：部分通路失调的混合亚型，并且 3 种亚型存在明显的分子亚型分布和基因组差异。因此，不同代谢亚型对于相应上调代谢途径抑制剂类药物的作用则会更敏感，使针对独特的肿瘤代谢特征开发个性化治疗成为可能。
3 乳腺癌尿液代谢物
尿液检测作为一种无创、便捷的检测手段被广泛应用于各种疾病的筛查、诊断及预后监测。精准有效的分析尿液代谢物变化，对于更深入地了解肿瘤病理生理，以及最终临床转化，具有良好应用前景。2006 年代谢组学的核磁共振和质谱技术应用于尿液肿瘤标志物的检测[33]。Silva 等[34]通过固相微萃取法从尿液中分离挥发性有机代谢物（VOM），运用 GC-MS 分析确定尿中的挥发性成分，找到属于硫化合物、萜类化合物和羰基化合物的 10 种 VOM 在乳腺癌患者与健康人群中存在明显差异。Omran 等[35]人应用 GC-MS 检测乳腺癌患者的尿液代谢产物与良性乳腺肿瘤患者以及健康女性样本进行对比，发现 1-甲基腺苷（1- MA），1-甲基鸟苷（1-MG）和 8-羟基-2′ -脱氧鸟苷（8-OHdG）在乳腺癌患者疾病早期阶段水平显著升高，但是良性肿瘤组和健康组之间未观察到显着差异。
4 乳腺癌唾液代谢物
唾液学代谢物检查与代谢组学的结合研究也越来越受到关注，近年 Murata 等[36]人研究收集了浸润性乳腺癌、导管原位癌和健康对照的唾液样本，分析检测了数百种亲水性代谢物，发现乳腺癌患者唾液中的多胺含量显着升高。另一项研究[37]通过液相色谱-串联质谱法分析乳腺癌相关唾液代谢物，同样发现 SPM、CAD 等 8 种多胺与乳腺癌发病密切相关，并且建立了用于区分乳腺癌患者和健康人群的一阶方程，用来作为乳腺癌的早期诊断，同时该研究还揭示了手术治疗前后，患者唾液中代谢物的浓度差异性变化，并使用 6 种多胺进行判别分析，发现 N8-Ac-SPD/（N1-Ac-SPD+N8-Ac-SPD）的比率升高，可提示患者预后良好。
5 总结与展望
代谢组学分析技术不断革新，从检测代谢产物变化，到疾病人群代谢轮廓分析与代谢通路探究，从单纯质谱检测到色谱-质谱联合分析和核磁共振与质谱联合分析建立了机体完整的代谢途径图谱。近年，代谢产物变化与基因组学、蛋白及转录组学等多组学联合的研究模式在肿瘤研究中同样展现出巨大的发展潜力。
诸多研究表明，代谢组学以其宏观性、精确性、高通量以及经济便捷的特点在乳腺癌的生物标志物发现、发病机制探索、针对小分子特异代谢产物靶向治疗、综合治疗疗效评估等方面展现出了越来越显著的优势。针对各个分类差异性代谢物的研究，在多种类型的乳腺癌患者当中已广泛开展。然而，目前研究大多仅揭示出乳腺癌代谢差异的表观现象，并通过筛选差异代谢产物来构建乳腺癌的潜在标志物，对于哪些特异性小分子代谢物，通过何种通路，对乳腺肿瘤发病机制确切影响需要大规模、多中心的前瞻性研究，后续进一步探究促进各类乳腺肿瘤表型匹配相关代谢组学数据的全球数据库建立，推动代谢组学技术成为高效、便捷的临床应用平台。希望不久的将来，代谢组学研究与表观遗传、基因组学、蛋白及转录组学和微生物菌群研究相结合，用于乳腺癌的精准筛查与早期诊断以及临床患者个体化治疗方案的定制，推动乳腺癌的治疗模式向“精准医疗”方向迈进。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者阅读并理解了《中国普外基础与临床杂志》的政策声明，我们没有相互竞争的利益。
作者贡献声明：吴雪烁负责文献资料的收集及文章的撰写；冯景和周毅对文章的知识性内容作出了批判性的审阅并给予了指导性意见。
2020 年全球最新癌症负担报告[1]指出，乳腺癌新发病例约 226 万，已取代肺癌跃居全球第一大肿瘤，我国乳腺癌发病率也呈显著上升趋势。乳腺癌作为一种高度异质肿瘤性疾病，病因及发病机制仍尚未明确，不同患者临床表观、分子分型、治疗、预后等各方面存在明显差异，使乳腺癌特异有效预防及高精准靶向治疗这一难题，成为亟待解决的瓶颈[2]。研究认为，乳腺癌的发生受遗传易感因素、表观遗传效应和各种环境因素的交互影响，其主要宿主遗传易感因素包括 BRCA1/2、PTEN、TP53 等[3]，多种环境因素也参与了乳腺癌的发生发展，如高脂饮食、肥胖、雌激素水平过高、长期电离辐射接触史等[4]。近年来，代谢作为“环境因素-代谢小分子-宿主基因-疾病”的重要枢纽，与肿瘤的关系受到了研究者的广泛关注。
随着高通量测序及生物信息学技术不断发展，代谢组学与基因组学、转录组学及蛋白质组学联合分析，在揭示疾病的病因及发病机制中得到广泛应用。代谢组学被视为各种分子途径的最终结点，被认为是“组学”研究的最终目标[5]。随着质谱成像技术的发展，代谢组学及空间代谢组学（spatial metabolomics） [6]运用高分辨率、高敏感度及高通量的现代仪器分析手段，如液相色谱-质谱联合技术（liquid chromatograph mass spectrometer，LC-MS）、气相色谱-质谱联合技术（gas chromatograph mass spectrometer，GC-MS）、磁共振波谱技术（nuclear magnetic resonance，NMR）等[7]，动态监测分析宿主在接受病理生理刺激、环境因素应激和遗传修饰后，所产生的内源性小分子代谢产物，从而揭示宿主代谢谱及代谢通路的改变，进而通过分析这些代谢小分子物质及代谢通路在体液及组织内的变化规律，从整体分析基因表达、蛋白调节等内外因素对宿主状态的影响，探索内源性小分子物质与宿主代谢、免疫、肿瘤等疾病发生发展间的关系[8-9]，进而为发现疾病新的生物标志物、构建疾病早筛预测模型、揭示疾病病因及机制、治疗方案选择及预后评估等，提供重要的科研依据[9]。
近年，肿瘤代谢研究成为令人瞩目的新领域，多项研究逐步揭示，患者血清、组织、尿液、唾液等小分子代谢产物的差异性改变及相应代谢通路的变化，与乳腺癌发病风险、肿瘤类型、化疗药物敏感度和疗效、以及靶向药物潜在作用靶点等密切相关。然而，目前大多研究仍处于初级探索阶段，笔者现就近年来代谢与乳腺癌相关研究进行分类综述。
1 乳腺癌血清代谢物相关研究
近年来，通过代谢组学技术分析乳腺癌患者血清小分子代谢物的浓度变化，逐渐成为发现乳腺癌新的生物标志物、构建乳腺癌预测模型、化疗疗效评估、转移复发监测等方面的研究热点。
1.1 糖类与乳腺癌
Klawitter 等[10]利用核磁共振波谱（NMR）和高效液相色谱与质谱联合法（HPLC-MS）检测了 Bezielle 影响的 ER 阳性 BT474 和 ER 阴性 SKBR3 细胞系的糖代谢情况，发现药物通过抑制 α-烯醇酶和 α-酮戊二酸脱氢酶和琥珀酰辅酶 A 合成酶的表达，导致三羧酸循环活性降低，抑制葡萄糖代谢，通过降低葡萄糖转运蛋白的表达导致细胞内葡萄糖浓度降低，从而抑制主要的能量产生途径，有效抵抗 ER 阴性乳腺癌细胞系侵袭。可见 Bezielle 可能作为靶向葡萄糖代谢过程治疗乳腺癌的有效药物。Shu 等[11]应用了孟德尔随机分析的方法研究了循环血液中胰岛素和血糖浓度与乳腺癌发病风险之间的关系，发现基因决定葡萄糖/胰岛素相关特征在乳腺癌的病因学中起着重要作用，禁食时循环胰岛素浓度和餐后 2 h 血糖浓度与乳腺癌发病风险正相关，并且这种相关性在雌激素受体阳性乳腺癌中表现出更高的敏感度。
1.2 氨基酸类小分子代谢物与乳腺癌
Xie 等[12]应用液相色谱与气相色谱联合技术，对比分析乳腺癌患者血浆代谢谱，发现天冬氨酸浓度与乳腺癌患病风险呈显著负相关，且血清中天冬氨酸浓度低为乳腺癌患者特有，在其他恶性肿瘤如胃癌及结直肠癌患者中，并未观察到血清天冬氨酸水平有明显变化。近年，Zhang 等[13]通过免疫化学染色、印迹分析和基因筛查进一步发现乳腺癌组织相较于邻近非癌正常组织，天冬氨酸 β-羟化酶的表达显著提高。这些研究表明乳腺癌病理过程中存在天冬氨酸小分子代谢物的显著变化，外周血液循环中天冬氨酸水平是否可能作为人类乳腺癌发病高风险人群的关键代谢标志物，值得进一步探索。
此外，研究指出，氨基酸类小分子代谢还与化疗获益情况以及长期预后评估存在一定相关性。Miolo 等[14]通过液相色谱串联质谱技术，应用药物代谢组学方法来识别使用曲妥珠单抗-紫杉醇新辅助化疗方案，HER-2 阳性乳腺癌患者血清靶向代谢组学谱，发现与肿瘤病灶大小无明显变化的患者相比，病灶明显缩小者血清亚精胺水平较高，色氨酸水平较低。另一项研究[15]应用超高效串联质谱针对晚期乳腺癌患者行化疗前和化疗第 1 个疗程后血清氨基酸水平进行检测，并对实体瘤化疗疗效进行评估，结果发现肿瘤病灶缩小患者血清中 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平上升，肌氨酸水平下降，而肿瘤进展患者的 L-谷氨酰胺和甘氨酸水平显著下降。通过研究认为，血清亚精胺与色氨酸水平可作为术前新辅助化疗方案的选择和疗效评估的潜在指标，而 L-谷氨酰胺和甘氨酸血清浓度的变化则可能为优化晚期乳腺癌个体化治疗策略提供依据。
1.3 脂质小分子代谢物与乳腺癌
His 等[16]用 QTRAP5500 质谱仪对 1 624 例乳腺癌患者及健康对照组的 127 种血清中的代谢物水平进行了检测，结果发现乳腺癌患者溶血性磷脂酰胆碱（lysoPCs）存在显著差异性变化，其中 lysoPC a C18∶0 的浓度与乳腺癌发病风险成负相关，而较高浓度的磷脂酰胆碱 PC ae C30∶0 与乳腺癌患病风险增加相关。然而值得关注的是，这种关联与其他相对较小样本量的实验结果存在出入[17]。因此推测磷脂酰胆碱与乳腺癌发病风险之间存在复杂的相关性。His 等[16]的研究还发现血清酰基肉碱 C2 与乳腺癌患病风险呈正相关，即每标准差增量，乳腺癌风险增加 15%。有研究[18]指出，在脂肪酸氧化为 ATP 的能量代谢过程中，酰基肉碱 C2 的主要作用为促进脂肪酸向线粒体的运输，较高水平的酰基肉碱 C2 是脂质供应过剩和脂肪酸氧化上调的标志。脂类供给超载与乳腺肿瘤的发生密切相关，通过提供细胞增殖的原料促进肿瘤细胞扩增。
2 乳腺癌组织代谢物相关研究
肿瘤形成后，肿瘤所在组织的结构、功能和代谢与肿瘤细胞自身的（核和胞质）内在环境形成的局部环境，称为肿瘤微环境。肿瘤细胞暴露于缺氧、营养缺乏及酸性细胞外环境等条件下，产生的缺氧诱导因子刺激血管生成因子、葡萄糖转运蛋白和糖酵解酶等，在这种微环境中，肿瘤细胞的缺氧糖酵解代谢，乙酰辅酶 A 合成，脂肪酸代谢的加速等，进一步加速了肿瘤的进展[19]。近年，诸多研究致力于肿瘤特异性微环境相关因素的发掘，小分子代谢产物作为肿瘤组织微环境中重要组成部分，其作为乳腺癌早期诊断生物标志物及未来治疗干预的靶点，具有重要的科研价值及临床应用潜力。
肿瘤细胞在能量代谢方面显著区别于非增殖上皮细胞，在富含氧的环境下会优先进行糖酵解，这种现象称为“Warburg 效应” [20]。上述实验结果揭示恶性肿瘤生长环境中的葡萄糖浓度，可以通过调节代谢通路对细胞增殖和转移产生显著影响。Maldonado 等[21]对 MCF-7 和 T47D 乳腺癌细胞分别进行了不同葡萄糖浓度差异性培养，发现低浓度葡萄糖显著抑制了乳腺癌细胞的增殖，且信号通路富集分析表明，降低培养环境葡萄糖浓度时，MCF-7 乳腺癌细胞中 Hippo-Yap 细胞信号通路下调，而 T47D 乳腺癌细胞中 NRF2 通路相关基因表达显著增加。Hua 等[22]和 Nilchian 等[23]的研究还进一步证明了高浓度葡萄糖能促进乳腺癌细胞的上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），该过程可能与受 TGF-β 诱导且与调节葡萄糖代谢的核心 AKT 通路相关。
Silva 等[24]通过固相微萃取与气相色谱-质谱（SPME/GC-qMS）方法分析了同一患者乳腺癌组织及其癌旁组织的挥发性有机代谢物（VOM），结果发现肿瘤组织中柠檬烯、癸酸、乙酸和糠醛含量显著升高。Budczies 等[25]通过气相色谱高通量飞行时间质谱仪（GC-TOF-MS）技术对乳腺癌肿瘤组织及正常组织进行代谢组分析，结果发现肿瘤组织中嘌呤及甘油酯代谢显著增加，5-单磷酸-胞嘧啶核苷/十五烷酸（cytidine 5-monophosphate/pentadecanoic acid）的比值在乳腺癌诊断上有灵敏的提示作用。上述研究均提示这些差异的小分子代谢产物有望作为乳腺癌早期诊断的生物标志物。一些研究指出，血管紧张素肽代谢变化同样在乳腺癌的早期诊断中具有重要意义。Bujak-Gizycka 等[26]的研究对 MDA-MB-231、MCF-7 和 T-47D 3 种乳腺癌细胞系与正常乳腺组织细胞（PCS-600）中血管紧张素原的代谢情况进行了比较，结果显示在不同的细胞系中血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，ANG Ⅱ）的形成能力存在差异，正常乳腺细胞中血管紧张素原经 ACE-2/ANG 1-7/MAS 通路代谢占有较大比例，而肿瘤细胞中 ANG 1-7 的表达明显降低，且不同类型乳腺癌细胞系之间血管紧张素原的代谢存在一定差异。Ishikane 等[27]与 Zarychta 等[28]的研究同样发现 ANG Ⅱ作用于 AT1R 可促进肿瘤细胞增殖及血管生成，刺激促血管生成因子的释放，其作用于 AT2R 可诱导细胞凋亡，研究发现这些受体在肿瘤组织表达显著增加，MAS 受体激动剂在乳腺癌治疗中有一定的应用潜力，但这需要进一步的临床研究来验证。Kim 等[29]对人乳腺癌上皮细胞系 MCF-10A、轻度转移的乳腺癌细胞系 MCF-7 和高度转移的乳腺癌细胞系 MDA-MB-231 的代谢物进行 GC-MS 和解吸电离质谱法（DI-MS）研究，发现黄嘌呤、6-磷酸葡萄糖等可作为乳腺癌转移的标志分子，有望成为乳腺癌转移监测及转移性乳腺癌治疗效果评估的潜在靶标。
值得关注的是，Pan 等[30]通过 LC-MS 分析揭示了肿瘤组织小分子代谢产物谷氨酰胺与 α-酮戊二酸浓度显著降低，谷氨酰胺代谢相关的 KRAS 基因表达在肿瘤组织和癌旁组织中存在明显差异，谷氨酰胺能驱动肿瘤核心区域发生去分化反应与组蛋白超甲基化，这为靶向氨基酸蛋白激酶与组蛋白甲基化的抗肿瘤药物研发提供了分子基础。Borgan 等[31]对乳腺癌亚型代谢组学做了更加深入的研究，应用基因表达微阵列和高分辨率魔角旋转磁共振波谱联合技术（HR-MAS-MRS），分析乳腺癌组织代谢谱，发现在雌激素受体阳性乳腺癌中，肿瘤组织具有显著特异性代谢和转录特征，表现为更强的“Warburg 效应”，随肿瘤体积增大组织甘氨酸水平上升。三阴性乳腺癌作为一种侵袭性较强、远处转移复发风险较高的乳腺癌类型，其病理特征及潜在治疗靶点的发掘一直受到研究者们的高度重视。邵志敏教授研究团队[32]通过转录组谱及基因集富集分析发现三阴性乳腺癌患者存在 3 种代谢特征亚型（MPSs），包括 MPS1：脂质代谢上调的脂源性亚型；MPS2：糖酵解亚型，糖和核苷酸代谢上调；MPS3：部分通路失调的混合亚型，并且 3 种亚型存在明显的分子亚型分布和基因组差异。因此，不同代谢亚型对于相应上调代谢途径抑制剂类药物的作用则会更敏感，使针对独特的肿瘤代谢特征开发个性化治疗成为可能。
3 乳腺癌尿液代谢物
尿液检测作为一种无创、便捷的检测手段被广泛应用于各种疾病的筛查、诊断及预后监测。精准有效的分析尿液代谢物变化，对于更深入地了解肿瘤病理生理，以及最终临床转化，具有良好应用前景。2006 年代谢组学的核磁共振和质谱技术应用于尿液肿瘤标志物的检测[33]。Silva 等[34]通过固相微萃取法从尿液中分离挥发性有机代谢物（VOM），运用 GC-MS 分析确定尿中的挥发性成分，找到属于硫化合物、萜类化合物和羰基化合物的 10 种 VOM 在乳腺癌患者与健康人群中存在明显差异。Omran 等[35]人应用 GC-MS 检测乳腺癌患者的尿液代谢产物与良性乳腺肿瘤患者以及健康女性样本进行对比，发现 1-甲基腺苷（1- MA），1-甲基鸟苷（1-MG）和 8-羟基-2′ -脱氧鸟苷（8-OHdG）在乳腺癌患者疾病早期阶段水平显著升高，但是良性肿瘤组和健康组之间未观察到显着差异。
4 乳腺癌唾液代谢物
唾液学代谢物检查与代谢组学的结合研究也越来越受到关注，近年 Murata 等[36]人研究收集了浸润性乳腺癌、导管原位癌和健康对照的唾液样本，分析检测了数百种亲水性代谢物，发现乳腺癌患者唾液中的多胺含量显着升高。另一项研究[37]通过液相色谱-串联质谱法分析乳腺癌相关唾液代谢物，同样发现 SPM、CAD 等 8 种多胺与乳腺癌发病密切相关，并且建立了用于区分乳腺癌患者和健康人群的一阶方程，用来作为乳腺癌的早期诊断，同时该研究还揭示了手术治疗前后，患者唾液中代谢物的浓度差异性变化，并使用 6 种多胺进行判别分析，发现 N8-Ac-SPD/（N1-Ac-SPD+N8-Ac-SPD）的比率升高，可提示患者预后良好。
5 总结与展望
代谢组学分析技术不断革新，从检测代谢产物变化，到疾病人群代谢轮廓分析与代谢通路探究，从单纯质谱检测到色谱-质谱联合分析和核磁共振与质谱联合分析建立了机体完整的代谢途径图谱。近年，代谢产物变化与基因组学、蛋白及转录组学等多组学联合的研究模式在肿瘤研究中同样展现出巨大的发展潜力。
诸多研究表明，代谢组学以其宏观性、精确性、高通量以及经济便捷的特点在乳腺癌的生物标志物发现、发病机制探索、针对小分子特异代谢产物靶向治疗、综合治疗疗效评估等方面展现出了越来越显著的优势。针对各个分类差异性代谢物的研究，在多种类型的乳腺癌患者当中已广泛开展。然而，目前研究大多仅揭示出乳腺癌代谢差异的表观现象，并通过筛选差异代谢产物来构建乳腺癌的潜在标志物，对于哪些特异性小分子代谢物，通过何种通路，对乳腺肿瘤发病机制确切影响需要大规模、多中心的前瞻性研究，后续进一步探究促进各类乳腺肿瘤表型匹配相关代谢组学数据的全球数据库建立，推动代谢组学技术成为高效、便捷的临床应用平台。希望不久的将来，代谢组学研究与表观遗传、基因组学、蛋白及转录组学和微生物菌群研究相结合，用于乳腺癌的精准筛查与早期诊断以及临床患者个体化治疗方案的定制，推动乳腺癌的治疗模式向“精准医疗”方向迈进。
重要声明
利益冲突声明：本文全体作者阅读并理解了《中国普外基础与临床杂志》的政策声明，我们没有相互竞争的利益。
作者贡献声明：吴雪烁负责文献资料的收集及文章的撰写；冯景和周毅对文章的知识性内容作出了批判性的审阅并给予了指导性意见。