萎缩性胃炎向胃癌恶性转化的调控网络和分子机制研究

胃癌（GC）是世界第二大高发恶性肿瘤，其发生率和死亡率居我国各种恶性肿瘤之前列。由幽门螺杆菌（Hp）感染与致癌物等因素共同作用导致的萎缩性胃炎（CAG）可发展为肠上皮化生、不典型增生，最终导致胃癌，这是胃癌发生的一条重要途径。从CAG发展为GC是非可控炎症的恶性转化过程，其调控网络和分子机制尚不清楚。本项目拟采用系统生物学的研究思路，建立致癌剂MNU诱导和Hp感染的萎缩性胃炎小鼠癌变模型，分期采集尿液、粪便、血清和胃组织样品，采用基于核磁共振的代谢组学、病理和生化检测以及分子生物学等技术，分析CAG恶性转化过程的代谢物组和代谢模式的变化，寻找特异性代谢物；检测血清和胃组织中的细胞因子，分析恶性转化过程中关键细胞因子的变化及其与特异性代谢物的相关性；阐明恶性转化过程的调控网络和分子机制。本项目为临床早期识别CAG恶性转化和GC的防治提供理论依据和新思路，具有重大的科学意义和潜在的应用价值。

胃癌是世界第二大高发恶性肿瘤。胃炎经肠上皮化生、不典型性增生，最终导致胃癌，是非可控炎症促进胃粘膜恶性转化的重要途径，其调控网络和分子机制尚不清楚。本项目采用系统生物学的研究思路进行临床、动物模型及细胞研究。我们成功建立了化学致癌剂和高盐饲料联合诱导的大鼠胃炎癌变模型，采集了血清和胃组织样品；还采集了大量临床样品，包括: 胃炎、胃癌患者和健康人血清，胃癌患者手术切除的癌组织、癌旁组织和远端组织。采用基于核磁共振的代谢组学、病理和生化检测和分子生物学等技术，分析了胃炎恶性转化过程中代谢模式、代谢物浓度和代谢通路的变化，获得主要结果：（1）患者血清分析显示，随着胃炎向胃癌发展，氨基酸代谢、胆碱代谢、三羧酸循环和酮体代谢均发生了变化；患者组织分析显示癌组织中多种氨基酸（特别是支链氨基酸）、葡萄糖、柠檬酸、肌酸和甘油浓度升高；（2）动物模型研究发现，大鼠血清和组织的代谢模式随病理阶段的进展发生了相应的改变。胃炎阶段主要体现为磷酸戊糖途径（PPP）增强；轻度非典型性增生（MAH）阶段，除PPP增强外，嘌呤代谢开始增强；重度非典型性增生（SAH）和胃癌阶段的代谢模式较相似，以糖酵解过度激活为主要特征，而胃癌阶段还出现三羧酸循环降低，提示能量供应主要由糖酵解提供。（3）通过对动物模型血清和组织的分析，筛选出22种胃炎癌变过程中发生显著变化的特征性代谢物，分析其变化规律。对这些代谢物进行多变量ROC分析，并尝试应用于临床诊断，结果显示：采用20个代谢物所建立的最优ROC模型来诊断胃炎和胃癌患者，准确性达94.2%；（4）基于KEGG数据库重构了大鼠和人类代谢网络，进一步分析胃炎癌变各个病理阶段的代谢网络。与SAH和胃癌阶段相比，MAH阶段代谢网络所涉及的主要代谢通路及其变化方向是一致的，提示MAH是胃炎癌变的关键阶段。（5）比较大鼠模型与胃癌患者胃组织代谢网络变化，发现大鼠胃正常组织的代谢通路排序与患者胃癌远端组织类似，大鼠胃癌组织的代谢通路排序与患者胃癌组织也类似，表明我们所建立的动物模型是模拟人类胃癌病理状态的理想模型。（6）分析在不同的培养剂里培养的胃癌细胞，结果表明：尽管细胞形态和增殖能力基本相同，但细胞代谢模式和部分代谢物浓度存在显著的差异。本项目为临床早期识别胃炎恶性转化，阐明胃炎向胃癌发展的代谢调控网络和分子机制提供理论依据和新思路，具有重大的科学意义和临床应用价值。