基于氨基酸代谢轮廓分析的良、恶性胸腔积液鉴别诊断研究

The research based on metabolic profiling, which is an important part of metabonomics, studies amino acids in pleural effusion with high sensitivity and high throughput technology of HPLC-TOF-MS and HPLC-MSn. For first time the multi-describing amino acids metabolic profiling and 45 amino acids are investigated in benign and malignant pleural effusions from patients with bacterial pneumonia, pulmonary tuberculosis and lung cancer. By chemical pattern recognition techniques the specific markers and its changing rule are found, and finally a specific and high sensitivity model for differential diagnosis malignant and benign pleural effusions is established. And then the amino acids markers with high diagnosis value are recognized and quantified for carrying out preliminary clinical translational research. The study is aimed at resolving a clinical difficulty of differential diagnosis early malignant pleural effusions by utilizing metabonomics theory, combined with various subjects such as experimental diagnostics, pharmacoanalysis, chemometrics and oncology, and making early discovery and early diagnosis of malignant pleural effusion come true. This research will fill the domestic and overseas vacancy in the field of amino acids profiles in pleural effusion, provide scientific basis for clinical diagnosis and cure, and explore a new way on utilizing metabonomics for early differential diagnosis of severe disease.

本研究以氨基酸为研究对象，以代谢组学中的代谢轮廓分析为主线，采用高灵敏度、高通量液质联用技术（HPLC-TOF-MS，HPLC-MSn）为检测手段，首次对细菌性肺炎、结核性胸膜炎、肺癌患者胸腔积液中的氨基酸代谢轮廓谱进行全面、多维描述，首次准确定量良、恶性胸腔积液中的45种氨基酸，结合化学模式识别技术寻找特异性的氨基酸生物标记物及其变化规律，建立敏感性高、特异性好的良、恶性胸腔积液鉴别诊断模型。同时，对具有诊断价值的生物标记物进行识别，并建立准确、快速的临床检测方法，探索氨基酸的异常代谢通路，初步开展临床转化研究。本研究旨在运用代谢组学理论，将实验诊断学、药物分析学、化学计量学、肿瘤学多学科有机结合，解决临床上良、恶性胸腔积液鉴别诊断难题，填补国内外胸腔积液中氨基酸轮廓谱的研究空白，以期实现恶性胸腔积液的早期诊断，为临床诊治提供科学依据，为代谢组学应用于疑难疾病鉴别诊断提供新思路。

胸腔积液是临床常见病证，根据病因可分为良性和恶性两种，良性积液多由肺炎、结核性胸膜炎等引起，而恶性胸腔积液常常是恶性肿瘤复发、进展的并发症或潜在恶性肿瘤的初始表现。由于肺癌诱发的恶性胸腔积液与肺结核诱发的良性胸腔积液有着极为相似的理化特征，其鉴别非常困难，至今仍是困扰临床诊断和治疗的难题，亟需找寻新的标志物辅助临床鉴别诊断。. 本项目采用液质联用技术首次对人胸腔积液中的45种氨基酸进行准确定量，建立了细菌性肺炎、结核性胸膜炎、肺癌患者胸腔积液的氨基酸代谢轮廓谱，比较分析其中氨基酸谱的病理和生理变化，结合化学模式识别技术，找到了16个具有统计学意义的潜在氨基酸生物标记物；建立其中7种潜在氨基酸生物标记物的快速定量检测方法（检测时间2min），筛选出了具有鉴别诊断价值的生物标记物—丙氨酸、甘氨酸和蛋氨酸，并应用于临床样本的检测，与常用的胸腔积液肿瘤标志物CA125、CA199、CA153、AFP、CYFRA21-1的诊断效能进行比较，考察其鉴别诊断效能，初步评估临床应用价值，结果显示蛋氨酸鉴别诊断肺癌和肺结核的敏感性为87.9%（高于其他肿瘤标志物）、特异性为71.1%；采用高分辨质谱技术全面分析三组胸腔积液中的小分子代谢物质，发现肺癌和肺结核组间的39条代谢通路存在差异，包括与氨基酸、脂肪酸、类固醇激素等相关的代谢通路，进一步探索了肺癌细胞的代谢特点。本研究旨在运用先进的检测技术，结合代谢组学理论，辅助临床恶性胸腔积液的鉴别诊断，弥补传统细胞学检查敏感性低的不足，在填补科研空白的同时，满足临床的迫切需求，为临床诊断和治疗提供科学依据，为代谢组学应用于疑难疾病的鉴别诊断探索新的思路。