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质子在乳腺癌代谢组学中的临床应用
  •   乳腺癌是癌症在全世界妇女中最常见的类型。它是一种异质性疾病,根据其分子特征,其预后和对全身治疗的反应不同。在临床实践中,根据乳腺癌的两种激素受体的表达,目前将乳腺癌分为四种主要亚型。表皮生长因子受体2的表达,增殖率。分类确定了每位患者的新辅助和辅助治疗选择。由于乳腺癌的遗传异质性和对治疗的不同肿瘤反应,必须开发新的生物标记物用于个性化诊断和个性化癌症治疗。代谢组学是对特定细胞或组织类型中代谢成分的研究,反映了先前基因表达和蛋白质活性以及周围环境的最终产物。组织样品中代谢物的定量分析可以提供更多信息,以了解癌症生物学。
       两种主要的代谢组学技术是质谱和磁共振波谱。MRS可以在体外,体内或离体进行。已使用高氯酸提取程序进行了活检乳房组织的体外MRS研究;然而,这些样品可能无法准确反映某些代谢物的体内组织浓度。体内MRS是非侵入性的,已被证明是产生包括乳腺癌在内的各种恶性肿瘤补充诊断信息的有用工具;然而,由于磁场较低,不同的小代谢物信号之间存在光谱重叠。离体高分辨率魔术角旋转MRS是人类手术和活检组织标本中代谢定量的最常用技术。虽然它不如MS敏感,但需要最少的样品制备并具有很高的重现性。此外,保留了组织结构,可以进行后续的组织病理学分析,基因表达谱分析或其他研究方法。来自患者和异种移植物的乳腺癌组织的HRMAS质子MRS已导致鉴定出46种不同的代谢产物。临床代谢概况已研究了在乳腺癌患者中诊断和预后目的,并评估与疾病亚型,肿瘤分期/级,响应于新辅助化疗,并且患者存活相关们对通过乳腺癌患者组织的HRMAS1HMRS进行的代谢分析的临床应用的现有文献进行了系统的范围界定研究。
       一名图书管理员于2019年6月19日搜索了Medline,Embase.com,Cochrane图书馆和WebofScience核心收藏。搜索策略纳入了两个主要概念。对于第一个概念,即高分辨率幻角旋转,出国看病网将关键字HR-MAS,HRMAS和幻角旋转与布尔运算符OR结合使用。在Embase中,出国看病网还包括Emtree主题标题“高分辨率魔角旋转核磁共振波谱”和“高分辨率魔角旋转质子核磁共振波谱”。对于第二个概念,即乳腺癌,出国看病网在PubMed和Embase中将关键字乳腺癌与截断运算符和乳腺癌主题标题一起包含在内。出国看病网使用Cochrane手册过滤器排除了PubMed和Embase中仅用于动物的研究。结果仅限于英语项目。第二个图书馆员使用电子搜索策略的同行评审清单对搜索策略进行了评审。出国看病网将搜索结果保存到EndNote引用管理软件中,然后使用Bramer方法删除重复项。
       遵循了系统评价和荟萃分析指南的首选报告项目。研究的选择由两名评审员独立进行,分歧得到了共识解决。的COVIDENCE软件使用,同时筛选管理的文章。cOVIDENCE是一个基于Web的协作软件平台,可简化系统评价的产生,支持引文筛选,参考文献的全文审阅以及与科学文献的系统审阅相关的许多其他过程。首先,评估所有标题和摘要的相关性。然后,对潜在相关文章的全文进行审查,以确定它们是否符合研究的纳入标准。进行系统评价的研究包括:在同行评审期刊上以英语发表的原创研究论文;乳腺癌患者组织标本分析的研究。还基于纳入研究的参考文献列表进行了搜索。在选择了要纳入评价的文章的最终清单之后,作者根据研究的目的和主要结果详细阐述了分类,以利于结果的解释。评价中包括的每篇文章的记录变量是:作者和出版年份,研究进行的国家,患者或样品的数量,组织标本的类型,主要测量的代谢产物,使用多元统计分析模型,目的/结果,以及主要结果。
       文献检索返回159项研究,其中筛选评估中排除了75项,资格评估中排除了58项。因此,本评价纳入了26篇论文。显示了已审查和纳入研究的PRISMA流程图。根据目的或主要结果将纳入的研究分为以下几类:可行性和肿瘤诊断;肿瘤异质性;与蛋白质组学/转录组学的相关性;与预后因素的相关性;以及对NAC的响应评估。所包括研究的摘要显示了所包括研究中鉴定出的最普遍的代谢物的概况。显示了离体HRMAS1HMRS测量组织代谢和识别组织生化变化的可行性。随后,这些作者和其他作者比较了乳腺癌和非癌组织之间的代谢特征。在第一个试点研究中,还证明了恶性组织中的HRMAS1HMRS代谢谱与良性组织不同,最大的差异是正常组织中不存在磷酸胆碱,然后比较了肿瘤和邻近的非受累组织的代谢谱,发现PC是肿瘤谱中的主要胆碱,而甘油磷酸胆碱是非受累乳腺组织样品中的主要胆碱分析了228名乳腺癌患者的328个组织样本,以区分肿瘤和未累及的邻近组织,并证明了含胆碱的代谢产物是肿瘤含量的主要生物标志物,其中PC在肿瘤组织中含量特别高。
       研究了以脂质为主要成分的新陈代谢特征的变化,结果表明在恶性乳房组织中还观察到脂质含量的降低以及更高比例的脂肪酸。他们还表明,甘氨酸,牛磺酸和乳酸代谢产物在肿瘤组织中表现出更高的信号。
       在HRMAS1HMRS光谱上使用不同的多元模型已显示出区分癌症和非癌症样品的良好准确性,但在某些情况下,无法确定哪些代谢物是造成歧视的原因。迄今为止,由于HRMAS1HMRS仅包括一小部分肿瘤,因此仅在两篇论文中评估了样品的代谢异质性。将术前核心针头活检样本中的代谢物浓度与中,外围手术肿瘤样本中的代谢物浓度进行了比较。他们证明,在中央和周围标本之间的代谢物相对浓度为94.3%,术前活检和中央手术标本之间的代谢物相对浓度为90.0%,在所有三种标本类型之间的代谢物相对浓度为82.9%之间具有中等或较高的一致性。大多数代谢物在中央和外周手术标本之间以及核心针穿刺活检和中央手术标本之间的浓度均无显着差异。研究了肿瘤组织的多核采样,发现许多代谢产物的肿瘤间差异大于肿瘤内差异,这表明对单个组织样本的分析对于HRMAS1HMRS研究可能是可以接受的。
       一些研究表明,HRMAS1HMRS的代谢谱可与乳腺癌样本中的转录谱相关。使用HRMAS1HMRS和基因表达微阵列分析了46例患者的组织样本,表明将来自同一乳腺癌样本的代谢和转录数据进行关联是可行的。该研究中的大多数患者被归类为患有LuminalA肿瘤,HRMAS1HMRS光谱的多变量分析发现了LuminalA亚组。代谢和转录谱的相关性表明,一个亚组具有代谢和转录特征,表明其增殖能力高于其他两个亚组。对来自228名未经治疗的乳腺癌患者的肿瘤样本进行了HRMAS1HMRS以及蛋白质表达亚型,mRNA表达谱和基因表达亚型分析。在进行层次聚类分析之后,确定了三个代谢聚类。的三个簇分别在表达乳腺癌相关的蛋白显著不同以及已知在癌症异常相关的细胞外基质的基因和代谢途径的表达。研究了乳腺癌中胆碱含量增加的潜在分子原因,发现具有恶性胆碱代谢产物特征的乳腺癌高度共表达甘油磷酸二酯磷酸二酯酶结构域5,胆碱激酶α和磷脂酰胆碱特异性磷脂酶D1,表明这些基因可能参与了乳腺癌胆碱磷脂代谢的调控。
       迄今为止,在乳腺癌样品中进行的许多HRMAS1HMRS研究都集中于将样品的代谢谱与预后因素相关,包括临床,组织学和免疫组化特征,以及复发率和存活率。将乳腺癌样本分为好或坏的预后组。在单变量分析中,预后良好的组发现甘氨酸浓度有降低的趋势。此外,多变量模型与单代谢物浓度与预后更强的相关性。在单因素分析中发现了几种与组织病理学预后因素相关的代谢物标志物:ER阴性癌的胆碱浓度高于ER阳性癌。PR阴性癌症的胆碱,肌酸和牛磺酸浓度高于PR阳性癌症。HER2阳性癌症的牛磺酸,鲨肌醇和肌醇浓度均高于HER2-阴性癌症;与非三重阴性癌症相比,三重阴性癌症的胆碱浓度更高,胆碱/肌酸和总胆碱/肌酸的比值更高。Ki-67呈强阳性的癌症显示较高的总胆碱和PC浓度,以及较高的PC/肌酸值。但是,代谢物浓度与组织学分级,肿瘤大小或淋巴结转移无关。当按预后对肿瘤进行分组时,预后差组显示甘氨酸和鞘氨醇水平较高。多变量模型显示了根据ER,PR,HER2和Ki-67状态对光谱数据的明显区分,以及根据预后组对光谱数据的合理区分。
       预测惰性肿瘤,复发性肿瘤和淋巴结转移瘤的敏感性分别为100%,77%和82%,特异性分别为68%,100%和96%。很少有研究专门评估使用代谢物浓度来区分分子亚型。发现,与三阴性乳腺癌相比,三阴性乳腺癌的谷氨酰胺含量较低,而谷氨酸和胆碱含量较高。在过表达的HER2肿瘤中也发现高甘氨酸水平。在多变量分析中报告了三阴性和管腔A型乳腺癌的不同代谢谱。他们还发现非洲裔和白人妇女之间不同的代谢特征以及之间的绝经和绝经前,女性。评估了ER阳性乳腺癌患者当前使用的代谢谱与分子标记之间的相关性。肿瘤按HER2,Ki-67和分子亚型的状态分组。在单变量分析中,富含HER2的组显示出更高的甘氨酸和谷氨酸水平,高Ki-67组显示出更高的谷氨酸水平,而发光B组显示出更高的甘氨酸水平。多元模型显示了各组之间的明显区别。
       使用HRMAS1HMRS分析的活检样本中甘氨酸和乳酸水平较高,与ER阳性乳腺癌的较低生存率相关。使用HRMAS1HMRS进行了一项研究,以评估30例纯原位导管癌患者和30例伴有浸润性癌的DCIS患者之间的代谢谱差异。在单变量分析中,纯DCIS组显示较高的GPC/PC比以及较高的肌醇和琥珀酸酯浓度。多元模型清楚地区分了两组。将HRMAS1HMRS上的代谢谱与三种预后成像标志进行了比较,即磁共振成像上的信号增强比和表观扩散系数以及18F-氟脱氧葡萄糖正电子发射的标准摄取值体层摄影计算机断层扫描。理由是高SER,低ADC和高SUV与乳腺癌患者的预后较差有关。多元代谢模型显示出对SER,ADC和SUV的高值和低值的明显区分。在高SER组中发现较高水平的PC,胆碱和甘氨酸,在低SER组中发现较高水平的亮氨酸。在低ADC组中发现较高水平的甘氨酸和PC。在高SUV组中发现较高水平的PC,胆碱和甘氨酸。
       新辅助化疗治疗乳腺癌正变得越来越普遍,这为HRMAS1HMRS提供了宝贵的机会。使用HRMAS1HMRS评估了37名接受NAC治疗的乳腺癌患者的核心针头活检标本。在单因素分析中,完全病理反应组和非病理完全反应组之间的代谢物浓度无显着差异,但多变量模型能够显示两组之间的明显区别。2012年发表了两项研究,将使用HRMASMRS鉴定的代谢特征与治疗反应和5年生存率相关联。一项研究在一项随机开放标签的多中心研究中评估了89名接受NAC作为表柔比星或紫杉醇单药治疗的患者。他们发现,肿瘤的代谢对NAC的反应发生了显着变化,但两种化疗药物的代谢反应相似。另外,代谢反应与临床反应不相关,但与患者预后相关。具体而言,非幸存者治疗后的乳酸盐肿瘤水平升高,而幸存者的甘氨酸和胆碱化合物水平降低,葡萄糖水平升高。
       研究显示,在33例局部晚期乳腺癌患者中,部分缓解患者和NAC后病情稳定的患者之间代谢物浓度无统计学差异。再次,在幸存者中观察到以较高的总胆碱水平和较低的乳酸水平为特征的不同的预处理MR代谢谱。治疗后GPC的显着下降与长期生存有关。多元分类模型成功地将幸存者与非幸存者区分开。探索了NAC联合贝伐单抗对122例患者治疗前,治疗中和治疗后代谢谱的影响。在治疗前表现出良好应答的患者观察到较低的葡萄糖和较高的乳酸水平,而在治疗后观察到相反的情况。多变量分析显示,病理完全缓解和非病理完全缓解之间,以及病理性最小残留疾病与病理无响应之间在治疗后的代谢差异,但未显示治疗前或治疗期间所采集样品的差异。这是不可能区分从仅化疗患者贝伐单抗治疗在任何时间点。
       出国看病网的系统范围界定研究表明,只有少数几组研究了乳腺癌中HRMAS1HMRS。但是,由于HRMASMRS在随后的组织学和免疫组织化学研究中不会损害组织,因此可以更频繁地使用它来提供其他代谢信息,以帮助了解乳腺癌的行为。尽管HRMAS1HMRS是一种标准化技术,但正如先前的评论所广泛讨论的那样,在以前的研究中使用的组织类型和统计分析方法存在很大差异。研究中使用的组织类型包括组织库中的组织,手术获得的组织和穿刺活检标本。比较来自肿瘤不同部位的组织样品的研究表明,肿瘤内代谢物浓度之间存在可接受的一致性。由于经皮图像引导式穿刺活检是术前诊断乳腺癌的微创方法,被广泛使用,因此,一项有前途的研究领域是在诊断性活检样本中使用HRMAS1HMRS提供肿瘤代谢的早期信息,这可能有助于在患者管理中。
       在统计分析方面,多变量分析已成为分析大型光谱数据集的常用策略,代谢谱图通常涉及多种代谢物。本评价中研究中最常用的多元统计分析方法是主成分分析,偏最小二乘判别分析,对潜在结构判别分析的正交投影和神经网络。这些方法之间没有直接比较,但是一些作者使用了不止一种类型的多元建模方法,发现不同的方法可以具有不同的预测成功。多元分析方法的一个问题是,有时无法确定与特定临床参数最相关的确切代谢物,这对于理解肿瘤代谢和开发靶向治疗很重要。
       作为一种体外技术,HRMAS1HMRS在乳腺癌方面比体内MRS更有用。HRMAS1HMRS代谢产物定量在乳腺癌组织样品中的首次研究临床应用涉及肿瘤诊断。尽管体内技术可用于各种组织标本,但是由于乳腺癌中脂肪组织的含量高,因此在乳腺癌标本中使用常规体内技术很难获得有用的代谢数据。与良性和正常乳腺组织相比,体内MRS已证明恶性乳腺组织中总胆碱含量较高。但是,由于与使用的相对较低的磁场强度有关的分辨率限制,体内光谱无法区分各个胆碱代谢物。相反,HRMAS1HMRS可以量化参与诸如细胞信号传导,脂质代谢和细胞膜完整性等生物学功能的胆碱代谢产物。除了含胆碱的化合物外,HRMAS1HMRS还允许鉴定乳腺癌组织中浓度升高的其他代谢产物,例如甘氨酸和牛磺酸。
       在本综述中鉴定的许多研究评估了乳腺癌患者的代谢特征与预后因素之间的相关性。尽管评估了大量的代谢产物和不同的预后因素,但仍重复了一些结果。例如,在两项研究中已证明在荷尔蒙阴性和更具侵袭性的肿瘤中胆碱浓度更高。甘氨酸被认为是脑肿瘤恶性肿瘤的体内生物标志物,也被乳腺癌患者体内MRS所描述,与甘氨酸的不良预后因素相关。几项离体研究中发现乳腺癌。在两项研究中,谷氨酸水平在三阴性和HER2过表达的肿瘤中显示更高。这些发现也已在之前的研究使用用于代谢定量不同技术观察到的在动物模型中,所有这些代谢物已显示出参与癌症相关的代谢重新编程途径。除了由此个别代谢物已与预后因素相关的结果,多变量模型已经产生了与预后和临床预后因素,例如肿瘤等级,子类型和淋巴结状态良好的相关性,在几个研究中。迄今为止,使用MRS进行脂质代谢分析的文献很少受到关注。在这篇综述中,只有一篇文章关注脂质,表明脂质代谢产物可以区分恶性乳腺组织和邻近的良性乳腺组织的淋巴结。体内MRS还显示,脂质代谢的评估可以区分乳癌的良性和恶性,分子亚型的分类以及预测乳腺癌患者的长期生存结果。使用HRMAS1HMRS进行脂质代谢与体内MRS之间的相关性应在以后的研究中进行探讨。
       使用代谢组学技术预测和评估对NAC的治疗反应是一个有前途的研究领域。使用HRMAS1HMRS的当前发表的研究均未显示NAC后代谢谱与病理完全缓解之间存在明显的相关性,这是迄今为止最相关的临床结果。但是,多变量和单变量分析表明,NAC后代谢谱的变化可能与长期存活相关。在单变量分析中,治疗后甘氨酸和含胆碱化合物水平的降低与更好的预后相关。另一个有趣的发现是NAC后细胞能量代谢的改变,其特征是响应者的葡萄糖增加和乳酸浓度降低,这与大多数癌细胞中通常观察到的Warburg效应相反。代谢组学与其他组学领域的结合是另一个有希望的研究领域。蛋白质组学,转录组学和基因组学在了解乳腺癌方面做出了重要贡献,包括将乳腺癌分类为临床相关亚型和评估复发风险;这些已被纳入临床实践。使用来自同一乳腺癌样本的HRMAS1HMRS将转录和代谢数据结合起来是可行的,可以有助于更精细地分类乳腺癌,并揭示分子水平上的关系,有可能导致更多患者特异性治疗。
       出国看病网的系统范围界定审查有一些局限性。出国看病网决定只纳入患者乳腺癌组织的研究,因为出国看病网的主要目标是评估该技术的临床应用。但是,也有针对乳腺癌细胞系和异种移植模型使用此技术的论文,提供了有关肿瘤代谢的有趣的其他信息,但未纳入本综述。最后,由于每项研究都有不同的结果,量化和统计分析方法,因此无法对结果进行定量数据提取或荟萃分析。综上所述,将HRMAS1HMRS获得的乳腺癌组织的代谢信息包括在内具有很大的潜力。迄今为止,研究表明,通过这种技术量化的代谢浓度可能与乳腺癌患者的诊断,预后和治疗反应有关。但是,需要进一步的研究来标准化数据分析并确定该技术可以添加相关临床信息的最佳方案。
 
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海外医疗在国外发展较为成熟,比如在欧美等医疗技术发达国家,很多医院都设有国际病人办公室并配备多语种医学专业翻译人员,就医流程和模式都已相对成熟。在国内,海外医疗虽然还属于新兴行业,但发展势头迅猛,发展潜力巨大,市场前景广阔。
   从中国经济发展水平和消费能力预测,未来10年时间,海外医疗市场及其相关产业的市场的巨大潜力,有可能超过数百亿美元。

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