從早期診斷到機制探索,再到個性化治療,代謝組學正深刻改變著腫瘤研究和臨床實踐的格局。而在基礎研究中,卻常常會在實驗和思路上遇到以下問題:
1.代謝組學靈敏度不足怎么辦?如何提升低豐度代謝物的檢測準確性?
2.腫瘤多代謝通路交互網絡如何解析?單一組學分析為何難以揭示全貌?
3.代謝物變化與功能表型關聯弱?如何結合CRISPR篩選驗證關鍵代謝靶點?
4.實驗室代謝標志物臨床驗證不足?如何設計多中心隊列提升結果可靠性?
5.單細胞代謝組學 + 空間轉錄組,如何定位腫瘤微環境中的代謝-基因互作熱點?
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代謝組學:解鎖腫瘤細胞代謝密碼
腫瘤細胞與正常細胞在代謝層面有著顯著差異。正常細胞主要通過有氧呼吸,高效地產生能量維持機體正常運轉。而腫瘤細胞即便在氧氣充足的環境下,也更傾向于采用糖酵解這種低效的代謝方式,快速獲取能量并生成大量乳酸,這一現象被稱為沃伯格效應(Warburg effect)。此外,腫瘤細胞的脂肪酸、谷氨酰胺、膽堿等代謝通路也發生了重編程,這些改變為腫瘤細胞的快速增殖、侵襲和轉移提供了物質和能量支持。
在腫瘤細胞代謝特征研究持續取得突破的過程中,代謝組學作為前沿的研究策略,開始在腫瘤研究領域嶄露頭角。它系統研究生物體在特定生理或病理狀態下產生的所有小分子代謝物,全面、動態地反映細胞的代謝狀態。與基因組學、轉錄組學和蛋白質組學不同,代謝組學直接關注最終的代謝產物,這些產物更能直觀地體現生物系統的功能變化,因而在腫瘤研究中具有獨特優勢。
代謝組學助力腫瘤早期診斷
早期診斷對提升腫瘤患者的生存率至關重要,傳統的腫瘤診斷方法存在一定局限性。代謝組學的出現,為腫瘤早期診斷開辟了新途徑。
香港中文大學于君教授團隊聯合昆明醫科大學繆應雷教授團隊、南京醫科大學沈洪兵院士團隊以及上海百趣代謝組學技術研究中心杜杰研究員團隊在 Cancer Cell(IF = 48.8)發表研究,基于四個獨立隊列,研究團隊開發了由 17 種血漿代謝物組成的診斷模型,其在區分結直腸癌患者與健康人時表現出高準確性(AUC = 0.848~0.987),優于傳統臨床標志物。這一成果為結直腸癌早期無創診斷提供了新策略,有望改變現有臨床診斷流程,提高早期診斷率,從而改善患者的預后。
探索腫瘤發生機制的新視角
代謝組學不僅能輔助腫瘤診斷,還為深入剖析腫瘤的發生發展機制開辟了全新視角。借助代謝組學技術,研究人員得以深入探究腫瘤細胞代謝通路的動態變化,精準識別關鍵代謝物和代謝酶,清晰揭示腫瘤細胞與微環境之間復雜的代謝交互作用。
復旦大學附屬腫瘤醫院聯合上海市醫學表觀遺傳學重點實驗室在 Nature Communications 發表的一項研究中,綜合運用非靶代謝流(百趣提供服務)、脂質組學(百趣提供服務)和轉錄組測序技術展開深入分析。研究結果顯示,FLAD1 作為代謝基因,其拷貝數擴增是驅動三陰性乳腺癌(TNBC)進展的關鍵遺傳事件。在分子機制層面,FLAD1 通過其催化生成的 FAD,增強 FAD 依賴的賴氨酸特異性去甲基化酶 1(LSD1)的酶活性。LSD1 進而對二甲基化組蛋白 H3 賴氨酸 9(H3K9me2)進行去甲基化修飾,促進固醇調節元件結合蛋白 1(SREBP1)的表達。SREBP1 表達上調后,進一步增強了脂肪酸和膽固醇等脂質生物合成相關基因的表達。這一系列分子事件最終推動了 TNBC 的惡性進展,包括促進癌細胞增殖、誘導代謝重編程等。這些發現為 TNBC 的精準治療提供了潛在靶點,有望推動 TNBC 臨床治療取得新的突破和進展。
指導腫瘤個性化治療
腫瘤具有高度異質性,不同患者對治療的反應存在顯著差異。代謝組學可通過剖析患者個體代謝特征,預測其對特定治療的反應,助力實現腫瘤個性化治療。
氟尿嘧啶(FU)是結直腸癌(CRC)的主要化療藥物,但耐藥性嚴重制約其療效。研究人員專注于 ABHD5 在調節 CRC 對 FU 敏感性中的作用,借助代謝組學全面分析細胞內代謝物(百趣提供組學服務)。結果發現,ABHD5 可調控自噬性尿嘧啶生成,影響 CRC 細胞對 FU 的敏感性。此研究成果不僅確定 ABHD5 可作為預測 CRC 患者對 FU 化療反應的新生物標志物,還基于代謝組學發現,為腫瘤個性化治療開拓新方向。通過分析患者代謝組特征并結合 ABHD5 表達情況,有望精準制定個體化治療策略,提升治療效果,為 CRC 患者帶來新希望。
手冊不僅了涵蓋腫瘤、心血管疾病、糖尿病等不同領域的技術應用,還詳細記錄了代謝組學技術在包括但不限于醫藥、食品、農學等全領域的應用策略……識別下方二維碼,即可免費獲取
活動時間:4 月 8 日至 5 月 8 日;
獎項設置:
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內容策劃:鄒禮平
內容審核:朱超敏
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