研究背景:膀胱癌(bladder cancer,BCa)是起源于膀胱尿路上皮的恶性肿瘤,分为非肌层浸润性膀胱癌(NMIBC:Tis、Ta、T1)和肌层浸润性膀胱癌(MIBC:T2、T3、T4)。BCa发病率高、复发率高,严重危害人类健康。新诊断的BCa中NMIBC约占75%,且组织学上大多数是低级别的。经尿道膀胱肿瘤切除(transurethral resection of bladder tumor,TURBT)术后的高复发率成为临床上的治疗难点,患者需要定期复查膀胱镜来监测BCa复发。二次TURBT仍然是BCa复发的一线治疗手段。近年来研究认为,肿瘤的复发与转移依赖肿瘤细胞的内在特性和肿瘤微环境。研究发现,在标准TURBT后粘膜下注射抗肿瘤药物(吡柔比星)是减少浅表性肿瘤复发的一种有效方法。吉西他滨(Gemcitabine)作为一种关键的化疗药物,因其低毒性广泛用于BCa全身及膀胱内局部化疗。我们的实验和临床研究数据还表明,在TURBT之前粘膜下注射吉西他滨可显著降低BCa复发。但是,其基本机制尚不清楚。作为一种新兴技术,代谢组学已被用于鉴定BCa潜在生物标记物以及揭示与疾病进程相关的潜在机制。代谢组学也应用于癌症治疗和药物靶标发现。近年研究主要是通过不同分析平台、利用尿液样本研究BCa的代谢组学,对BCa组织的代谢组学研究相对较少。组织中与BCa相关的新的代谢物是否具有诊断价值并预测复发,哪些代谢改变介导吉西他滨治疗BCa作用,有必要进行深入研究以阐明。研究目的:1.利用基于液相色谱-Q-精确质谱法的代谢组学技术,确定BCa组织中代谢物改变及癌症相关的代谢通路;2.利用生物信息学相关技术,明确差异表达代谢物和改变的代谢通路,并探索粘膜下注射吉西他滨潜在作用靶点及其对正常组织的影响;研究内容和方法:1.BCa组织代谢物改变及癌症相关代谢通路:应用组织代谢组学方法分析膀胱组织样本,比较BCa组织与正常组织之间差异表达代谢物,确定BCa相关代谢物,初步探索它们涉及的代谢通路。2.粘膜下注射吉西他滨潜在作用靶点及其对正常组织的影响:基于靶向代谢组学分析,比较粘膜下注射吉西他滨后癌组织与注射前正常组织之间差异代谢物,结合BCa相关代谢物,探索粘膜下注射吉西他滨治疗BCa可能存在的作用靶点;同样,比较粘膜下注射吉西他滨前后正常组织代谢组物,并结合BCa相关代谢物,探讨其对膀胱正常组织的影响。研究结果:1.基于代谢组学技术,BCa与正常组织之间存在34种差异表达代谢物。代谢通路分析揭示3条与BCa显著相关,即谷胱甘肽代谢、嘌呤代谢和硫胺素代谢。并且谷胱甘肽代谢在富集分析中得到进一步证实。2.利用靶向代谢组学分析,粘膜下注射吉西他滨后癌组织与注射前正常组织差异代谢物中发现有32种与BCa相关代谢物变化方向一致,证实BCa中差异物质结果可靠。显著减少的胆红素和视黄醛在粘膜下注射吉西他滨后恢复至无差异表达水平,提示这两种物质可能是粘膜下注射吉西他滨治疗BCa的潜在作用靶点。粘膜下注射后正常组织中有10种物质显著变化,且只有组胺和硫胺素这两种物质与BCa相关。组胺可能具有预防疾病复发的能力,而硫胺素可能与治疗副作用有关。研究结论:本研究初步探索粘膜下注射吉西他滨治疗膀胱癌的生物标记物及代谢通路,得出如下结论:1.34种关键代谢物与BCa有关,可作为BCa潜在生物标记物,生物信息学分析表明3条代谢通路涉及BCa中细胞增殖、氧化应激等过程;2.在34种BCa相关代谢物中,粘膜下注射吉西他滨可以增加BCa中胆红素和视黄醛含量,提示这两种物质可能是粘膜下注射吉西他滨治疗BCa的标记物。此外,粘膜下注射吉西他滨对正常膀胱组织代谢无影响;3.基于超高效液相-高分辨质谱(ultra-performance liquid chromatography-high resolution mass spectrometry,UPLC-HRMS)的代谢组学分析提供了全面的代谢物谱数据,为BCa研究提供了新途径。