《Cancer Medicine》：Metabolic Fingerprinting of Urine Reveals Metabolite Changes in Women With Breast Cancer
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背景：乳腺癌（Breast Cancer, BC）是全球女性最常见且严重的恶性肿瘤之一，钼靶筛查虽有助于早期发现，但提高诊断准确性对进一步降低死亡率至关重要。本研究通过分析尿液及血液中代谢物谱，探讨乳腺癌女性、良性乳腺疾病（Benign Breast Dise
背景：乳腺癌（Breast Cancer, BC）是全球女性最常见且严重的恶性肿瘤之一，钼靶筛查虽有助于早期发现，但提高诊断准确性对进一步降低死亡率至关重要。本研究通过分析尿液及血液中代谢物谱，探讨乳腺癌女性、良性乳腺疾病（Benign Breast Disease, BBD）女性、有乳腺症状但无明确病变的症状对照（Symptomatic Control, SC）女性及健康对照（Healthy Control, HC）女性之间代谢物模式的差异。
方法：采用直接进样高分辨质谱（Direct Infusion–Mass Spectrometry, DI-MS）对乳腺癌组（BC; n＝118）、良性乳腺疾病组（BBD; n＝148）、症状对照组（SC; n＝95）及健康对照组（HC; n＝39）的尿液样本进行代谢物谱分析。使用基于R的MetaboAnalyst v6.0平台及MixOmics包进行多变量统计分析，并将尿液代谢组与血浆及血清代谢组进行比较。
结果：偏最小二乘判别分析（Partial Least Squares–Discriminant Analysis, PLS-DA）显示各组间（BC vs. HC、BC vs. BBD及BC vs. SC）整体区分度有限；但经错误发现率（False Discovery Rate, FDR）校正的方差分析（Analysis of Variance, ANOVA, p＜0.05）识别出乳腺癌组与其他组相比显著差异的尿代谢物，包括推测为乳酸/乳酸根（lactic acid/lactate）、6-磷酸乳糖（lactose 6-phosphate）、D-核糖（D-ribose）、谷氨酸（glutamic acid）、组氨酸（histidine）、L-缬氨酸（L-valine）及尿素（urea）的m/z特征。PLS-DA对乳腺癌组织学类型（浸润性 vs. 导管原位癌）及分子亚型（Luminal A、Luminal B、HER2富集型及三阴性）有一定区分能力。使用潜变量整合多组学生物标志物发现分析（Data Integration Analysis for Biomarker Discovery using Latent Components, DIABLO）比较尿液、血清及血浆代谢组仅显示中等程度相关性。基于观察结果提出网络模型，关联乳腺癌尿代谢组中谷氨酰胺/谷氨酸（glutamate/glutamine）和组氨酸及尿素生成下调，以及磷酸戊糖途径（Pentose Phosphate Pathway, PPP）和乳酸水平升高。
结论：本研究提示尿液代谢组学可增进对乳腺癌发生发展的理解，并具有潜在诊断价值，相关发现有待更大规模患者队列验证。
《Cancer Medicine》刊载的此项研究针对乳腺癌早期诊断依赖钼靶筛查存在灵敏度有限、假阳性、辐射暴露及无法有效鉴别良性乳腺病变与恶性肿瘤等临床痛点，在既往尿液代谢组学研究多仅设健康对照而忽视乳腺良性疾病及症状对照造成临床异质性被低估的背景下，研究人员纳入乳腺癌（BC）、良性乳腺疾病（BBD）、有乳腺相关症状但无明确病变的症状对照（SC）及健康对照（HC）四组人群，采用直接进样高分辨质谱（DI-MS）开展尿液非靶向代谢组学分析，并结合血浆与血清代谢组多组学整合分析，旨在识别乳腺癌特异的尿液代谢指纹及差异累积代谢物（Differentially Accumulating Metabolites, DAM），探讨其区分乳腺癌与常见良性乳腺病变及症状的潜力，为开发无创辅助诊断工具提供线索。研究人员发现乳腺癌患者尿液中乳酸（lactate）、D-核糖、6-磷酸乳糖上调，谷氨酸（glutamic acid）、组氨酸（histidine）、L-缬氨酸（L-valine）及尿素下调，部分差异代谢物可一定程度区分浸润性与导管原位癌（DCIS）及不同分子亚型，尿液与血代谢组呈中等相关，据此提出关联Warburg效应、磷酸戊糖途径（PPP）激活及氨基酸/尿素循环紊乱的乳腺癌代谢重编程网络模型，认为尿液代谢指纹具潜在辅助诊断价值，需大样本多中心验证。
主要关键技术方法：前瞻性收集英国三家医院快速就诊门诊成年女性首诊疑似乳腺病变者及健康志愿者尿液、血浆与血清样本，分为BC（n＝118）、BBD（n＝148）、SC（n＝95）、HC（n＝39）四组；尿液经比重归一化后甲醇/水沉淀蛋白，血浆与血清经甲醇/氯oform沉淀提取；采用QEactive高分辨直接进样质谱（DI-MS）在正、负离子模式（m/z 70–1000，分辨率140 000）检测；数据经BinneR分bin、mummichog算法及HMDB/KEGG数据库进行MSI Level 2水平推定鉴定；统计学使用MetaboAnalyst v6.0行log10转换与Pareto标度化，ANOVA及t检验（Benjamini–Hochberg FDR校正），PLS-DA及Tukey HSD事后检验；多液体代谢组整合使用R语言MixOmics包DIABLO（block.plsda）分析及通路富集（MSEA/SMPDB）。
研究结果
3.1 尿液代谢物的DI-MS评估（Urinary Metabolite Assessments by DI-MS）
DI-MS从400例尿液样本中检出3644个m/z特征。四组PLS-DA整体重叠较大、Q2偏低，提示全局代谢谱难完全分开；但ANOVA（FDR p＜0.05）筛选出189个显著差异m/z，两两比较BC vs. BBD、BC vs. SC、BC vs. HC分别得121、204、115个显著差异m/z。推定鉴定出47种差异累积代谢物（DAM），其中乳腺癌组尿液中乳酸/乳酸根（m/z n149.04573等）、D-核糖（p159.02783）、6-磷酸乳糖（p351.06772）及5,6-二羟基吲哚、高香草酸（homovanillic acid）升高；谷氨酸（glutamic acid）、L-谷氨酸γ-半醛（L-glutamic gamma-semialdehyde）、组氨酸（histidine）、尿素（urea）及L-缬氨酸（L-valine）在BC组降低而在BBD、SC、HC组较高。代谢物集富集分析（MSEA）显示最显著富集通路为精氨酸与脯氨酸代谢、尿素循环及氨再循环，提示氨基酸及氮代谢偏移。
3.2 乳腺癌临床特征相关的代谢物分析（Metabolites Profiling of Breast Cancer Clinical Characteristics）
在BC亚组内分析，PLS-DA对导管原位癌（DCIS, n＝4）与浸润性乳腺癌（主要为浸润性导管癌IDC, n＝58及IDC伴DCIS, n＝24）显示一定分离趋势；ANOVA发现DCIS中2-氧戊酸（2-oxovalalic acid, p116.05132）和乳清酸（orotate, n155.035）水平低于浸润性病例。按分子亚型分析，三阴性乳腺癌（TNBC, ER?PR?HER2?）与Luminal A/B及HER2富集型有部分分离，TNBC中n296.98932、n376.8328、n412.78217及单酰甘油（monoacylglyceride, 0:0/20:5/0:0, n459.22504）显著低于其他亚型，提示尿代谢谱有亚型特异性微弱信号。
3.3 血液（血浆与血清）代谢组评估（Blood (Plasma and Serum) Metabolomic Assessments）
对子队列（BC n＝33, BBD n＝6, SC n＝6, HC n＝7）血浆与血清DI-MS分析显示PLS-DA较尿液分组更清晰（样本量小需谨慎解读）。血浆中甲硫氨酸（methionine, p172.0403）及γ-氨基丁酸（Gamma-Aminobutyric Acid, GABA, p126.05268）在BC中相对升高；血清中6-羟基己酸（6-hydroxyhexanoic acid, n131.07144）和苯乙酸（phenylacetic acid, p91.05437）升高，β-羟基丁酸（hydroxybutyric acid, n163.06136）、肌酸（creatine, n112.05165）、硬脂酸（stearic acid, n329.27014）及溴代环己二烯二酮（bromo-cyclohexadiene-dione, n264.85065）在BC中降低。血浆富集通路涉及谷氨酸代谢、Warburg效应及苯乙酸代谢；血清富集丙酸代谢（propanoate metabolism）。
3.4 液体样本代谢组比较（Liquid Sample Metabolome Comparisons）
DIABLO整合分析尿液、血浆、血清显著代谢物显示三组液体间成对相关系数0.55（尿–浆）、0.63（尿–血清）、0.49（浆–血清），提示中等相关。网络图显示血浆乳酸与尿6-磷酸乳糖、dUMP及血清L-天冬氨酸半醛（L-aspartate-semialdehyde）正相关；血浆D-核糖与血清尿苷（uridine）及尿2-乙酰乳酸（2-acetolactate）正相关；血浆GABA与血清硬脂酸、肌酸及2-羟基丁酸负相关，反映BC中系统性代谢重编程——糖酵解上调、核苷酸合成增强、氨基酸耗竭及脂质/氧化还原扰动并存。
讨论与结论翻译：
乳腺癌具异质性与特征性代谢重编程（葡萄糖、氨基酸及脂肪酸代谢改变）。本研究用DI-MS对比BC与含BBD、SC及HC在内的多维对照，发现BC尿代谢物中谷氨酸/谷氨酰胺（glutamate/glutamine）、组氨酸及尿素下调，乳酸（lactate）、D-核糖（关联磷酸戊糖途径PPP激活）及6-磷酸乳糖上调，与Warburg效应、氮代谢偏移及氧化应激下PPP分流相符；部分特征可微弱区分DCIS与浸润性癌及TNBC与其他分子亚型；血浆与血清也捕获到相应改变（GABA、甲硫氨酸升高，某些脂代谢物降低），多体液整合显示中等相关并勾勒出肿瘤系统性代谢重塑。局限性含各组样本不均衡、未控制饮食/肾功能/绝经状态等混杂因素、代谢物为MSI Level 2推定鉴定需靶向验证、BC亚型样本少，未来需扩大多中心队列并标准化采样。结论：尿液代谢指纹分析可深化对乳腺癌发生发展相关代谢改变的理解并具潜在诊断价值，这些发现需在更大患者队列中验证。
