胃癌患者胃液中特異性熒光物質(zhì)初步確定

研究背景1990年,我中心開始致力于通過檢測血清和胃液的熒光光譜來診斷胃癌的系列研究。先后利用288nm紫外光作為激發(fā)光,對500例各種胃內(nèi)疾患患者的胃液進(jìn)行高效液相熒光光譜檢測,發(fā)現(xiàn)胃癌患者胃液中存在兩種特異性熒光物質(zhì),其含量較胃內(nèi)良性病變明顯增多。研究背景在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,我們試圖通過聯(lián)合使用高效液相及質(zhì)譜技術(shù)分析高效液相熒光光譜中保留時(shí)間為11.5～12.5min的熒光物質(zhì)成分,從而對良惡性胃病患者胃液高效液相熒光光譜差異的物質(zhì)進(jìn)行初步分析。研究方法收集10例胃癌患者與10例非胃癌患者的胃液,濃縮后行高效液相分析,并收集高效液相熒光光譜中保留時(shí)間為11.5～12.5min的熒光物質(zhì);再經(jīng)質(zhì)譜鑒定,所得結(jié)果與L-色氨酸的質(zhì)譜比較,最終確定這種熒光物質(zhì)的主要組分。研究結(jié)果在高效液相的熒光光譜保留時(shí)間為11.5～12.5min時(shí),胃癌患者胃液中有特異性熒光物質(zhì),其含量較其他胃內(nèi)良性病變患者明顯增多。胃良、惡性病變患者濃縮胃液的高效液相熒光光譜研究結(jié)果空白對照的一級質(zhì)譜圖中有共同質(zhì)荷比為279及288的峰;10例胃癌患者的一級質(zhì)譜圖中,均出現(xiàn)質(zhì)荷比為205,217,279,288,404,790及811的峰,有些還出現(xiàn)409。而10例胃內(nèi)良性病變患者的一級質(zhì)譜圖中,均出現(xiàn)質(zhì)荷比為279,404,790及811的峰。研究結(jié)果推測胃癌患者胃液中含量較多的特殊熒光物質(zhì)可能對應(yīng)的是質(zhì)荷比為205及217的峰。經(jīng)質(zhì)譜鑒定后顯示,胃癌患者胃液中質(zhì)荷比為205的物質(zhì)與L-色氨酸的三級質(zhì)譜完全一致,證實(shí)該物質(zhì)為L-色氨酸（L-tryptophan）。討論在本實(shí)驗(yàn)條件下,對應(yīng)著高效液相保留時(shí)間為3.5～4.5min及11.5～12.5min的兩種物質(zhì),利用高效液相技術(shù),可以將胃液中保留時(shí)間在11.5～12.5min的特異性熒光成分分離出來,減少其他物質(zhì)的干擾,并可進(jìn)一步行質(zhì)譜分析。討論L-色氨酸是一種重要的可產(chǎn)生熒光的芳香氨基酸。其相對分子質(zhì)量為204.2,本實(shí)驗(yàn)證實(shí),它與胃癌特異性熒光物質(zhì)之一的保留時(shí)間一致。與質(zhì)荷比為205物質(zhì)的一、二及三級質(zhì)譜的圖形完全一致?？梢钥隙?L-色氨酸是胃癌患者胃液中特異性熒光物質(zhì)的組成成分。討論質(zhì)荷比為217的物質(zhì)也有可能參與熒光峰的形成。且其二級及三級質(zhì)譜與L-色氨酸一致。故懷疑它為一種與L-色氨酸相類似的物質(zhì),其實(shí)際相對分子質(zhì)量為216。但因缺乏與本質(zhì)譜配套的解析標(biāo)準(zhǔn)譜庫,目前無法進(jìn)一步搞清其結(jié)構(gòu)。討論對質(zhì)譜圖中其他峰代表的物質(zhì),也還應(yīng)明確其結(jié)構(gòu)及熒光特性。對高效液相保留時(shí)間在3.5～4.5min的物質(zhì),尚有待進(jìn)一步確認(rèn)。結(jié)論本實(shí)驗(yàn)嘗試聯(lián)合使用高效液相和質(zhì)譜技術(shù)來分析胃液中一種腫瘤標(biāo)志物的方法。對新的胃癌腫瘤標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)起鋪墊作用,具有廣泛的應(yīng)用前景。對揭示腫瘤發(fā)生、演進(jìn)及代謝的生化過程有可能起關(guān)鍵作用。李淵,林三仁,周麗雅,彭嘉柔,郭慧蘭.胃癌患者胃液中特異性熒光物質(zhì)的初步確定[J].中華消化雜志,2003,01:11-14.BACKGROUNDForscreeningearly-stage

gastric

malignancies,theexistingserumbiomarkershavelimitedsensitivityandspecificity.

Gastricjuice

biomarkersarescarceandrequirefurtherinvestigation.研究背景對于篩查早期胃惡性腫瘤，現(xiàn)存的血清學(xué)生物標(biāo)志物在敏感性和特異性方面都有其局限性。胃液生物標(biāo)志物稀缺，需要進(jìn)一步調(diào)查。研究目的我們將這個(gè)篩選潛在的生物標(biāo)記物的研究分為四個(gè)部分：（1）聯(lián)合使用熒光光譜和高效液相色譜法檢測良惡性胃病患者胃液熒光光譜；（2）使用液相/質(zhì)譜和核磁共振的方法來識別和驗(yàn)證良惡性胃病患者胃液熒光光譜的區(qū)別；（3）定量研究潛在的生物標(biāo)記物；（4）建立診斷檢測。METHODSInthisstudy,discriminatingfluorescencebiomarkerswereisolatedandidentifiedfromgastricjuicebyusinghigh-performanceliquidchromatography(HPLC)andliquidchromatography/massspectrometry(LC/MS),andvalidatedusingnuclearmagneticresonance(NMR).RESULTSThefluorescencespectroscopyofdilutedgastricjuiceindicatesthattheFIofP1frompatientswithgastricmalignancieswassignificantlydifferentfromthatinpatientswithbenigngastriclesions(Fig.1aandb).研究結(jié)果稀釋胃液固有熒光光譜表明，胃惡性腫瘤患者FIP1與胃良性病變者明顯不同（圖1A，B）。Fig.1.Discoveryoffluorescencebiomarkers.圖1熒光標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)Fluorescenceemissionspectra(excitationat288nm)ofdilutedgastricjuicefromthebenign(a)andmalignant(b)groups.稀釋胃液的熒光激發(fā)光譜(激發(fā)光波長為288納米)，良性(a)和惡性(b)組。研究結(jié)果采用高效液相色譜法測定胃液中有價(jià)值的生物標(biāo)志物。色譜圖如圖1c–f所示。對良性組和惡性組色譜圖進(jìn)行比較，有助于鑒別I，II，III和IV相關(guān)峰的生物標(biāo)志物，它們的洗脫時(shí)間分別約為8，12，16.5和33分鐘。Fig.1.Discoveryoffluorescencebiomarkers.圖1熒光標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)Fluorescencechromatograms(λex=288nm,λem=360nm)ofgastricjuicefrombenign(c)andmalignant(d)groups.稀釋胃液的熒光質(zhì)譜圖(激發(fā)光波長為288納米，發(fā)射光波長為360納米)，良性(c)和惡性(d)組。Fig.1.Discoveryoffluorescencebiomarkers.圖1熒光標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)UVchromatograms(λ=205nm)ofgastricjuicefrombenign(e)andmalignant(f)groups.稀釋胃液的紫外質(zhì)譜圖(激發(fā)光波長為205納米)，良性(e)和惡性(f)組。RESULTSThefluorescenceintensity(FI),tyrosine,phenylalanine,tryptophanandtotalproteincontentweresignificantlyhigherinthe

gastricjuice

ofpatientswith

gastric

malignancies(allP<0.01).研究結(jié)果胃惡性腫瘤患者胃液中酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的熒光強(qiáng)度(FI)和血清總蛋白含量明顯高于胃良性病變患者(P值均<0.01)。Fig.2.(a)Scatterplotindicatesvaluesoftyrosine,phenylalanine,tryptophan,totalproteinandFIingastricjuicefrombenignandmalignantgroups.圖2（a）散點(diǎn)圖顯示良性和惡性病變組患者胃液中酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、總蛋白和熒光強(qiáng)度（FI）值。RESULTSWithallP<0.001,theareasunderthereceiveroperatingcharacteristiccurvesofthebiomarkersweretyrosine,0.838;phenylalanine,0.856;andtryptophan,0.816.Ataspecificityof79.4%,thesensitivityfor

gastric

malignancydetectionwithphenylalanine

was87.9%only.研究結(jié)果在所有P<0.001的生物標(biāo)志物中,受試者工作特征曲線（ROC）下面積分別是:酪氨酸,0.838;苯丙氨酸,0.856;色氨酸,0.816。在特異性為79.4%時(shí)，苯丙氨酸用于胃惡性腫瘤檢測的靈敏度為87.9%。Fig.2.(b)ROCcurvesfordetectionofgastricmalignancieswereplottedwiththeuseoftyrosine(Tyr),phenylalanine(Phe),tryptophan(Trp),proteinandFI.圖2（b）使用酪氨酸(Tyr),苯丙氨酸(Phe),色氨酸(Trp),總蛋白和熒光強(qiáng)度（FI）繪制的受試者工作特征（ROC）曲線用于檢測胃惡性腫瘤。DISCUSSIONSTheelevationofaromaticaminoacidsingastricjuicemaybeexplainedasfollows.First,malignantcellsareextremelyinvasive,andtheycansynthesizeandsecretemanyenzymes(e.g.,matrixmetalloproteinases,MMPandproteinases)thatcoulddegradethebasementmembraneandextracellularmatrix.討論胃液芳香族氨基酸升高的機(jī)制如下：首先，惡性細(xì)胞的侵襲性極強(qiáng)，它們可以合成并分泌許多酶類（例如，金屬基質(zhì)蛋白酶MMP和蛋白酶）降解基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)。DISCUSSIONSCollagenfibersandelastincontainendogenousfluorophores(aromaticaminoacidresidues),whichhavefluorescenceproperties,andarerichinthebasementmembraneandtheextracellularmatrix.Therefore,theelevationofaromaticaminoacidsingastricjuicemightbeaphenomenonthatresultsfromdegradationofbasementmembraneandextracellularmatrix.討論膠質(zhì)纖維和彈性蛋白包括內(nèi)源性熒光物質(zhì)（氨基酸殘留物），在細(xì)胞基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)的含量豐富。因此，胃液氨基酸含量的升高可能預(yù)示著基底膜和細(xì)胞外基質(zhì)的降解。DISCUSSIONSSecond,duetoincreasedproteinsynthesisandrapidgrowth,moreessentialaminoacids(especiallyforaromaticaminoacids)maybeup-regulatedinmalignanttissue.Somecellsshowexfoliationornecrosisandreleasecytoplasmenrichedwithessentialaminoacids,whichcouldenhancethearomaticaminoacidslevelsingastricjuices.

討論第二，因?yàn)閻鹤兘M織蛋白質(zhì)合成增加，生長加快，所以需要上調(diào)必須氨基酸（尤其是芳香族氨基酸）的表達(dá)。一些脫落或壞死的細(xì)胞釋放必需氨基酸含量豐富的細(xì)胞基質(zhì)，可以提高胃液芳香族氨基酸的水平。DISCUSSIONSThird,excessreactiveoxygenspecies(ROS)producedduringchronicimmuneactivationaroundtumortissuemayinterrupttheconversionofphenylalaninetotyrosine.Hence,thephenylalanineconcentrationincreases.Moreover,amino-acid-metabolizingenzymes(e.g.,indoleamine2,3-dioxygenaseandmonoamineoxidase)thatareexpressedaberrantlyinmalignantcells,mayaffectthearomaticaminoacidslevelsingastricjuice.

討論第三，在腫瘤組織周圍發(fā)生的慢性炎性反應(yīng)過程中產(chǎn)生的過多的活性氧簇（ROS）阻止了苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為酪氨酸。因此，苯丙氨酸的濃度升高。此外，氨基酸代謝酶（例如，吲哚胺