中国是食管癌的高发国家,发病率和死亡率居世界前列[1]。食管癌是人类常见的消化道恶性肿瘤之一,具有恶性程度高、病程进展快、易复发和转移、预后差的特点。由于食管癌缺少明显的早期症状和敏感性强的肿瘤标志物,诊断时多为中晚期[2],因此寻找食管癌早期诊断生物标志物意义重大。由于收集临床早期样本难度较大,且患者的个体间差异较大,因此本研究从动物模型入手,首先通过建立食管癌动物模型收集发病过程中至食管癌早期的样本,考察潜在生物标志物(差异代谢物)随疾病发展的动态变化。然后,以发现的可能生物标志物为基础,结合其生物转化特征,采用临床样本进一步寻找及验证可靠的潜在生物标志物。食管癌动物模型采用致癌剂N-甲基-N-苄基亚硝胺[3]先后对两批100只大鼠皮下注射,监测大鼠体重,并在建模过程中收取血浆和组织样本,组织样本用于病理诊断。采用靶向与非靶向相结合的LC-MS代谢组学研究策略对样本进行分析,寻找与食管癌发生相关的潜在小分子标志物。为了进一步筛选出具有临床应用价值的小分子标志物,同时考虑到大鼠与人类体内代谢可能存在的差异,将这些标志物与其结构、通路相关的代谢物相关联,采用临床血浆样本进行再验证。在动物模型建立初期,模型组和对照组的大鼠体重增长趋势一致。从15周开始,模型组的大鼠体重增长变缓,经历约4周的平台期后,体重急剧下降。在此过程中,每2周收集一次血浆样本。根据病理诊断的结果,所获模型的病程依次为健康-单纯增生-上皮内肿瘤-浸润鳞癌,上皮内肿瘤包括乳头状瘤伴不典型增生和原位癌。选用50例健康对照,34例上皮内肿瘤血浆,采用正负离子检测模式相结合的LC-ESI MS方法进行非靶向代谢组学分析,经过多变量统计分析,寻找到正离子模式下86个,负离子模式下35个差异代谢物。通过针对这些差异代谢物建立靶向分析方法,并用第二批模型中收取到的10例上皮内肿瘤,28例浸润癌,18例健康血浆进行靶向验证,结果筛选出具有一定诊断能力的代谢物62个,其中正离子检测模式下45个,负离子检测模式下17个。进一步采用临床血浆样本进行验证时,建立了上述62个代谢物及其结构相关代谢物61个,通路相关代谢物94个,共217个代谢物的靶向验证方法,采用150例食管癌患者和150例健康志愿者的血浆进行靶向分析,最终发现一组与食管癌早期诊断密切相关的小分子生物标志物。