基于质谱技术的拓扑替康治疗小鼠结直肠癌异种移植模型的分子特征研究

为解决结直肠癌(CRC)诊断和治疗效果不佳的问题，研究人员利用UHPLC-ESI-QTOF-MS技术开展拓扑替康治疗的CRC异种移植模型代谢组学研究，鉴定出53种差异代谢物，其中15种可作为诊断标志物，20种与治疗响应相关。该研究为CRC的早期诊断和个性化治疗提供了新思路。

　　

结直肠癌(CRC)是全球最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率居高不下，尤其令人担忧的是，近年来年轻患者的发病率显著上升。尽管筛查项目的推广提高了早期诊断率，但仍有约25%的患者确诊时已处于晚期，治疗效果不佳。目前，5-氟尿嘧啶(5-FU)等标准化疗方案对晚期CRC的响应率仅为10-15%，即使采用FOLFOX等联合方案，响应率也只能提升至40-50%，且伴随明显的毒性反应。因此，寻找更有效的治疗策略和早期诊断标志物成为当务之急。

在此背景下，来自University of Sharjah的研究团队选择拓扑替康(topotecan)作为研究对象。拓扑替康是一种拓扑异构酶I(Top I)抑制剂，临床前研究显示其对多种肿瘤具有抗肿瘤活性，包括结直肠癌HCT-116异种移植模型。然而，拓扑替康在CRC中的确切分子机制尚不完全清楚。为此，研究人员采用先进的代谢组学技术，首次系统研究了拓扑替康治疗对CRC异种移植模型代谢特征的影响。

研究采用22只BALB/c裸鼠建立HCT-116细胞异种移植模型，分为四组：拓扑替康治疗组、溶剂对照组、健康小鼠阳性对照组和阴性对照组。通过超高效液相色谱-电喷雾电离-四极杆飞行时间质谱(UHPLC-ESI-QTOF-MS/MS)平台进行非靶向代谢组学分析，结合MetaboScape? 4.0和MetaboAnalyst 5.0软件进行数据处理和统计分析。

研究结果显示，拓扑替康治疗显著抑制了肿瘤生长，治疗组小鼠的肿瘤重量明显低于对照组(p=0.0049)。通过代谢组学分析，共鉴定出152种代谢物，经筛选后130种纳入最终分析。比较溶剂对照组和阴性对照组发现15种显著差异代谢物，其中醛固酮(aldosterone)、乙酰半胱氨酸(acetylcysteine)和皮质醇(cortisol)等激素类物质在肿瘤组显著升高，提示这些代谢物可能作为CRC诊断标志物。

特别值得注意的是，拓扑替康治疗组中出现了明显的治疗响应异质性。通过主成分分析(PCA)将治疗组进一步分为潜在响应者(potential responders)和潜在无响应者(potential non-responders)两个亚群。比较潜在响应者与对照组发现20种显著差异代谢物，包括吡哆醇(pyridoxine，维生素B6)、5-羟基色氨酸(5-hydroxytryptophan)等。这些代谢物不仅可能作为治疗响应的预测标志物，还揭示了拓扑替康的作用机制可能与维生素代谢和色氨酸代谢通路相关。

通路分析显示，类固醇生成(steroidogenesis)和磷脂酰乙醇胺生物合成(phosphatidylethanolamine biosynthesis)在肿瘤发生过程中显著改变。而治疗响应则与色氨酸代谢(tryptophan metabolism)密切相关，特别是5-羟色胺(serotonin)及其前体5-羟基色氨酸的水平变化。这些发现为理解拓扑替康的抗肿瘤机制提供了新的视角。

在安全性方面，研究仅发现高香草酸(homovanillic acid)在拓扑替康处理的健康小鼠中显著降低，表明该药物在实验剂量下具有较好的安全性。

这项研究首次系统描绘了拓扑替康治疗CRC异种移植模型的代谢特征变化，不仅鉴定出多个潜在的诊断和治疗响应标志物，还揭示了相关代谢通路的变化。这些发现为CRC的精准医疗提供了重要依据，特别是为预测患者对拓扑替康的治疗响应提供了可能的分子标志物。未来研究可通过扩大样本量和采用原位移植模型进一步验证这些发现，并探索关键代谢物作为治疗靶点的可能性。

该研究的创新性在于首次将先进的代谢组学技术应用于拓扑替康治疗CRC的机制研究，为开发新的诊断方法和个性化治疗方案奠定了基础。论文发表在《Toxicology Reports》杂志，为结直肠癌的转化医学研究提供了重要参考。