乳腺癌生物样本中内源性雌激素的代谢轮廓以及代谢组学的LC-MS/MS分析方法研究

摘要

本论文探索并建立了基于UFLC-MS/MS联用技术的乳腺癌尿液中16种雌激素类代谢物的代谢轮廓分析方法，并结合多变量数据处理方法与RRLC-MS/MS技术，开展了乳腺癌血样的代谢组学研究。通过雌激素类成分的代谢轮廓分析，发现雌激素类代谢物的代谢途径存在着不平衡状态，其中2-,4-羟基化途径起着主导作用，而16α-羟基化为次要途径，该结果与醌介导的致癌机制相符合。同时研究表明，雌酮(E1)，雌二醇(E2)及其羟基化产物2-OHE2和4-OHE2可能为致癌性分子标志物，而2-MeOE2可能是潜在的抑癌分子标志物。另外，在乳腺癌血样的代谢组学研究中，发现了37个在乳腺癌患者与健康者血样中存在显著性差异的小分子代谢物，即可能的生物标志物。因此，将乳腺癌患者生物样本中雌激素类的代谢轮廓与代谢组学分析相结合，可能有利于发现更多的特异性小分子生物标志物，获得更全面、完整的代谢物变化信息，有助于了解及阐明乳腺癌的发病机制及机体内代谢途径的变化，为乳腺癌的诊断提供重要依据。
　　 本论文的研究内容主要包括以下3个部分:
　　 1.雌激素类代谢物的UFLC-MS/MS分析方法研究
　　 本研究采用正离子检测模式的UFLC与QTRAP型MS/MS联用技术，开展了尿液中16种代表性雌激素及其代谢物的LC-MS分析方法研究。首先，根据雌激素类及其代谢物存在其成分结构非常相似、样本基质复杂及所含成分痕量等特点，开展了酶解、固相萃取法(SPE)，丹酰氯衍生化反应等样品处理方法的考察，以及基于LC-MS/MS的MRM扫描方法的系统优化，建立了适合于尿液中16种雌激素类代谢物同时定量分析的快速UFLC-MS/MS分析方法。另外，从方法的专属性、灵敏度、基质效应、回收率、准确度、精密度以及稳定性等各个方面进行了细致考察验证，结果表明本方法可靠、有效，灵敏度高，精密度良好，能够满足尿液中16种内源性雌激素及其代谢物在16min内同时定量分析的需求。
　　 2.乳腺癌尿液中雌激素类成分的代谢轮廓分析研究
　　 在上述建立的UFLC-MS/MS分析方法的基础上，开展了对169例乳腺癌患者和76例健康女性尿液中16种常见雌激素类成分的代谢轮廓分析研究。按照健康情况和绝经情况的不同，在数据分析过程中，将尿液样本分为以下四组进行了系统考察分析:分别为40例绝经前健康女性(H-PRE)、36例绝经后健康女性(H-POST)、83例绝经前乳腺癌患者(BC-PRE)、86例绝经后乳腺癌患者(BC-POST)。首先经MRM扫描模式的定量分析，获得尿液中16种雌激素类的代谢轮廓谱，并采用肌酐值校正的方法对尿液浓度进行了归一化处理，然后进行均值含量的比较，以及t-检验的统计分析。由于绝经前女性体内雌激素代谢水平受月经周期特征等因素的影响波动太大;而绝经后女性体内雌激素的水平相对较低，且较为稳定，因此本研究重点比较分析了绝经后乳腺癌患者与健康女性之间的雌激素水平变化，考察其与乳腺癌发生机制的相关性。
　　 研究发现，乳腺癌患者体内E1、E2及其羟基化产物2-OHE2和4-OHE2含量显著增加;而16α-OHE1和2-MeOE2含量显著降低。进一步结合雌激素的代谢途径和致癌机制，发现雌激素的代谢途径存在着不平衡状态，这与乳腺癌的发生、发展具有密切关系。乳腺癌患者体内高水平的前体物质(E1和E2)之间可以协同作用，增加了自发突变率，造成直接的遗传毒性，最终将增加乳腺癌发生的风险。2-,4-羟基化途径起着主导作用，尤其来自E1和E2羟基化反应的2-OHE2和4-OHE2是最为关键的两个代谢产物，通过醌类物质的介导，促进了癌细胞的增生，诱导了乳腺癌的发生。此外，2-MeOE2可以抑制肿瘤细胞的快速增生，降低基因毒效应，体现了甲基化的解毒作用。而16α-羟基化途径起着次要作用，16α-OHE1水平的变化与乳腺癌的发生与发展可能没有密切关系。因此，综合分析认为E1，E2，2-OHE2和4-OHE2为可能的致癌性分子标志物，而2-MeOE2可能是潜在的抑癌分子标志物;它们在乳腺癌的发生、发展中可能发挥着重要作用。本项结果对乳腺癌的早期诊断、筛查、预防等具有重要的应用价值。
　　 3.基于RRLC-MS/MS方法的乳腺癌血样代谢组学研究
　　 采用正、负离子检测模式相结合的RRLC与QTOF型MS/MS联用技术，结合多变量数据统计方法，开展了乳腺癌血样的代谢组学研究。作为乳腺癌体内雌激素代谢轮廓分析及其雌激素类标志物的补充，通过对72例乳腺癌患者和81例健康女性血浆样本的代谢组学研究，旨在发现更多的特异性小分子生物标志物，获得更全面、完整的代谢物变化信息，从而为揭示乳腺癌的发生与发展机制提供丰富及可靠的依据。本研究共发现37个内源性小分子代谢物在乳腺癌患者与健康女性血浆中的含量存在显著性差异，表明这些代谢物的异常可能与乳腺癌患者体内的代谢紊乱存在密切关系，即为可能生物标志物。然后通过高分辨MS及MS/MS谱数据分析推断其结构，并结合代谢物数据库检索、标准品比对等手段对鉴定结果进行确认，目前共鉴定出其中12个可能生物标志物的结构，其中包括6个氨基酸及其衍生物、3个肉碱类，以及次黄嘌呤，N-甲基吡咯烷酮和尿囊素等。

目录

摘要

第一章 绪论

1 乳腺癌的诊断与治疗现状

2 乳腺癌与雌激素类代谢物的相关性

2．1 概述

2．2 雌激素的种类及其代谢途径

2．3 雌激素类代谢的影响因素

2．4 雌激素类代谢物的致癌机制

3 雌激素类成分的分析方法

3．1 预处理方法

3．2 分析方法

4 乳腺癌代谢组学的研究进展

5 研究目的及主要研究内容

5．1 研究目的

5．2 研究内容

参考文献

第二章 尿液中雌激素类成分的UFLC-MS/MS同步定量分析方法研究

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 实验仪器与设备

2．3 空白基质的制备

2．4 溶液的配制

2．5 定量分析条件

2．6 分析方法的验证

3．结果与讨论

3．1 样品前处理方法的考察

3．2 UFLC-MS/MS分析条件的考察及优化

3．3 方法学考察结果

4 小结

参考文献

第三章 乳腺癌尿液中雌激素类成分的代谢轮廓分析研究

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 实验仪器与设备

2．3 尿液样本前处理

2．4 分析条件

2．5 数据处理

3 结果与讨论

3．1 代谢物轮廓谱

3．2 尿液样本的定量分析结果

3．3 t-检验结果

3．4 可能分子标志物及其生物学分析

4 小结

参考文献

第四章 基于RRLC-MS/MS方法的乳腺癌血样代谢组学研究

1 前言

2 实验部分

2．1 样品及试剂

2．2 样品制备

2．3 实验仪器与条件

2．4 数据处理

3 结果与讨论

3．1 数据的可靠性评价

3．2 数据处理结果

3．3 可能生物标志物的结构鉴定

3．4 可能生物标志物的生物学意义阐述

4 小结

参考文献

第五章 总结

附录

发表论文及参加学术会议情况

致谢

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