癌细胞为了⽀持其快速⽣⻓、恶性增殖、环境适应性和其他典型特征的能量需求⽽改变⾃⾝代谢特征的能⼒称为代谢重编程（Metabolomics Reprogramming）。代谢重编程使癌细胞获得多种适应能⼒，具备了某些明显区别于健康细胞的代谢特征。癌症代谢改变与癌症发⽣发展之间的关系涉及复杂的⽣物学过程和多种分⼦机制，⽽对代谢物及细胞感受代谢物异常在其中的作⽤的阐明能够为癌症的预防、筛查和个体化治疗提供关键性证据。
 

关键词：癌症代谢重编程；代谢组学；临床医学

癌症代谢——是指与大多数正常组织相比，癌细胞中明显改变的代谢途径，包括有氧糖酵解、谷氨酸代谢、减少氧化磷酸化和增加细胞生长和增殖所需的生物合成中间体的生成等。

代谢异常与癌症发⽣
对癌症研究的一个普遍共识，是细胞中遗传基因与环境互作后多个致癌/抑癌基因突变的累积效应诱导健康细胞获得转化为癌细胞、继而获得无限增殖、易转移等能力。已知一些小分子致癌物、紫外线或电离辐射与DNA直接作用引起DNA发生致癌突变能够诱导癌症发生，研究者认为炎症和代谢物的改变通过创造一个选择致癌基因突变和表观遗传改变的微环境，间接促进肿瘤发生。例如，研究发现葡萄糖缺乏可促使原癌基因KRAS及其信号通路上相关基因突变，首次证明细胞代谢异常可以诱导原癌基因突变，为代谢异常可能先于癌症发生提供了一些理论支持。此外，代谢的改变也会影响细胞核中染色质的修饰，进而影响驱动肿瘤发生的染色质动态变化和表观遗传变化。甚至在一些肿瘤细胞中没有发现经典的致癌基因和抑癌基因突变，但细胞仍然有显著区别于正常细胞的异常代谢特征。

Kras基因——是重要的原癌基因，它编码的K-Ras蛋白像开关一样控制细胞外部与细胞生长、增殖和分化相关的信号向细胞核内的传递。既往的研究认为Kras基因突变在癌症发生的初期已经出现，它促使正常细胞转化为肿瘤细胞，并且与癌细胞在正常组织中的侵袭和转移有关，Kras基因突变广泛存在于多种癌症中。

表观遗传改变——是指在不改变DNA序列的前提下，通过某些机制引起可遗传的基因表达或细胞表现型的变化。

代谢异常与癌症发展
癌细胞通过代谢重编程获得多项环境适应力以满足其异常分化、恶性增殖、免疫逃逸的能力。例如有氧糖酵解代谢产物乳酸现在被认为能够直接增加某些蛋白的稳定性，从而促进细胞增殖和血管新生；肿瘤细胞通过感受环境代谢物变化增加与肿瘤侵袭转移相关蛋白的合成；还能通过调整自身的能量感受通路，增强对代谢压力的适应，提高在低营养状态下的存活率，这也是肿瘤产生抗药性的重要因素之一；此外，肿瘤细胞还通过与免疫细胞竞争营养来抑制抗肿瘤免疫。随着研究持续深入，诸多代谢通路包括糖代谢、脂肪酸代谢、胆固醇代谢、丝氨酸代谢、一碳单位代谢、胆碱代谢等，也被发现在癌细胞中均发生了（相对于健康细胞的）异常变化。对这些癌症异常代谢特征的深入研究有助于我们获得用于癌症精确诊断和精准治疗的关键证据。

Warburg效应——是最早被发现和被证实的肿瘤细胞代谢异常的现象。正常的组织细胞在有氧条件下依靠线粒体氧化糖类分子释放出大量能量（ATP），在无氧条件下则利用糖酵解的代谢途径释放少量的ATP；而癌细胞中的糖酵解活动异常活跃，即使在氧气充足的环境中，仍然选择高效糖酵解的方式获取能量。Warburg效应不仅为癌细胞的快速增殖提供了能量和营养，保证癌细胞的快速生长，同时也帮助癌细胞具备免疫逃逸的条件，提高癌细胞的侵袭能力，在癌症进展中起到重要的作用。

临床应用
癌细胞通过灵活的改变自身代谢特征（代谢重组）来获得多种生存适应性。癌症代谢改变与癌症发生发展之间的关系涉及到复杂的生物学过程和多种分子机制，而对代谢物及细胞感受代谢物异常在其中的作用机制的阐明可以为癌症的预防、筛查和个体化治疗提供关键性证据。利用代谢组学技术直接分析临床生物样本中的代谢产物可以获得更丰富、更多样化的代谢表型信息和更高的敏感性。另外一个优势是，基于对代谢物研究的临床检测可选择的生物样本种类和来源更加的广泛和便捷，包括血液、尿液、粪便、唾液、汗液，甚至是口气。近年来，利用代谢组学检测生物样本中的代谢物，研究癌症代谢依赖性，并指向癌症早期诊断、精准治疗和新药开发已经成为研究热点。

识别癌症风险
利用癌症显著异常代谢特征信息研究结果，使用代谢组学技术工具检测血液中异常代谢物信息的方法开始用于研究代谢表型变化与癌症风险之间的关系。将先进的化学分析检测技术与生物信息技术、人工智能技术结合，深层次解析生命活动中代谢层面的变化和规律，整合其他临床数据或癌症风险因子，构建可以评估或预测癌症发生的风险模型。

识别用于癌症初始诊断和监测的生物标志物
癌症区别于健康人的异常代谢信息不仅可以应用到癌症风险筛查中，对于早期初始诊断、指导初始治疗策略、评估治疗有效性、跟踪癌症随时间进展都有巨大的潜力，因此筛选肿瘤标记物一直是癌症代谢组学研究的核心焦点之一。这也是由于尽管组织活检对癌症的初始诊断是必要的手段，但是因其属于组织侵入式的诊断方法，无法在日常癌症筛查和癌症进展的随访中作为常规手段重复性使用。血液、尿液、粪便或口气是来源方便的人体生物样本，对其中的癌症代谢标志物检测分析快捷且无创，可以极大提高诊断效率。在过去几年，在常见的几种癌症中已经有少量代谢物生物标记物的应用和临床评价，而更多的癌症代谢标志物被期待能够识别出来和快速进入应用轨道，用以早期癌症的初始诊断、癌症的分期分型、治疗效果评价和疾病进展随访等，原则上它们也可以帮助临床医生合理选择靶向治疗，以匹配癌症的代谢依赖性。

一些代谢标志物临床应用进展汇总

指向癌症代谢的靶向治疗研究
借助基因组学、转录组学或蛋白质组学方法能够了解到相当多的与癌症发生和进展相关的因素，但更具体的信息如哪些癌症相关基因突变、基因表达变化或蛋白翻译后修饰与细胞功能的变化之间的关联性并不总是直截了当的。代谢产物水平的变化常能反映癌细胞中代谢酶的活性，因此对细胞或组织的代谢组分析可以用来帮助识别DNA、RNA和蛋白质水平的哪些变化最终导致细胞活性的功能变化，从而指向或筛选可用于个体化治疗或新药开发的关键节点。例如肿瘤代谢物D-2-HG，在表达癌症相关IDH突变的细胞中发现其显著升高，随后对IDH基因突变的实验室研究结果表明，D-2-HG改变了染色质修饰酶的活性，促进疾病进展，这直接推动了针对突变IDH的药物的开发，目前正在进行临床试验。

代谢组是基因表达的终端产物的集合，是细胞内一系列生理过程中连接基因组与表型的最后一环（图1），位于生命信号网络调控的最下游，可以实时反映环境与及基因互作的末端效应，更接近反映人体健康和疾病状态的变化。当转录组（mRNA）数据和蛋白质组数据分析无法描述细胞内的所有生理活动时，对代谢组的分析可以获得细胞生理过程的一个瞬时快照。因此，对正常生命状态和环境变化下代谢组的分析研究有助于我们发现影响健康和疾病变化的关键性事件或证据，包括环境的和生理的，进而应用于指导日常疾病预防，以及临床患者的个性化治疗。

脉图癌症风险评估：MDTarg

既往的研究成果展示了肿瘤细胞具有区别于健康细胞的一些特殊的代谢特征，这些异常代谢机制促进了癌症细胞的增殖和转化，利用代谢组学技术能够实现对癌症特有的异常代谢信号进行检测和分析，可服务于临床癌症风险筛查、初始诊断、治疗效果评估和疾病进展随访。“做最好的代谢组学，服务更好的健康生活”是深圳脉图精准技术有限公司自成立伊始的美好愿景。我们正在开展相关的癌症代谢组学技术在精准健康管理和临床医学中的深度应用。希望为健康人群和癌症高风险人群提供基于癌症代谢组学技术和人工智能技术的血液代谢组多种癌症初始诊断的方法和诊断服务——疾病风险评估产品MDTarg。我们已经完成用于肺癌、胃癌和结直肠癌的风险筛查和初始诊断的疾病预测模型，目前正在持续开发其他的常见癌种。

脉图优势

脉图拥有LC-Orbitrap-MS和GC-TOF-MS的高分辨质谱检测平台与世界级的代谢物标准品数据库，可以更快、更精确和更全面地鉴定样品中的代谢物。我们独家研发、整合分析不同质控数据的算法，可以最大程度反映出样品的生物性、降低检测噪音，从一份样品中检测 >5000具有高度可比性的代谢信息。