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研究背景与研究目的:1.家族性腺瘤性息肉病(familial adenomatous polyposis,FAP)是一种由 APC 基因突变引起的常染色体显性遗传性肠道息肉综合征,约占结直肠癌(Colorectal Cancer,CRC)的1%。近年来对CRC发病分子机制的研究越来越多,然而CRC的发展可能涉及的代谢途径和改变尚不清楚。通过色谱质谱联用技术进行家族性腺瘤性息肉病的血清代谢组学研究,寻找家族性腺瘤性息肉病与正常对照组血清代谢谱的差异,进而明确APC基因突变可能导致的代谢组学的改变,探究遗传性结直肠癌发生的预警指标。2.“息肉-腺瘤-癌”的发展途径是目前国际上公认的结直肠癌的发展模式。提高腺瘤检出率可以显著减少结肠镜检查后CRC(post-colonoscopy CRC)的发生,并进行有效干预,可显著降低结直肠癌的患病率和死亡率,提高患者生存率。因此结直肠肿瘤的预防策略应从癌症转移到癌前病变,进展期腺瘤在未来的结直肠癌筛查方案中将发挥更重要的作用。然而早期检出癌前病变、早期CRC是迄今为止仍然面临的一个重要挑战。大量细胞可以从恶性结直肠肿瘤中的结肠上皮脱落,因此通过分析粪便脱落细胞中的DNA标记,可以非侵入性地检测结直肠癌和癌前病变。本研究旨在探讨在粪便脱落细胞中检测SEPT9甲基化(Methylation SEPT9,mSEPT9)作为早期CRC非侵入性生物标志物的可行性,并寻找最佳诊断组合方法来提高检出率。研究对象及研究方法:1.使用超高效液相色谱串联质谱(UPLC-MS/MS)检测和鉴定来自FAP患者(n=30)和健康个体(n=34)的血清代谢物。在满足变量权重(Variable Importance In Project,VIP)>1,使用 Mann-Whitney U 检验 p<0.05,并且差异倍数(Fold Change,FC)≥2或≤0.5的条件下,用正交偏最小二乘法判别分析的统计检验共确定出118种差异代谢物。2.研究分两个独立样本集,训练集包括10例不伴高级别瘤变(HGD)的进展期腺瘤患者(AA),15例HGD患者,49例CRC和20例健康对照者。在训练集的粪便脱落细胞和相应组织中检测到mSEPT9,验证其一致性,然后在样本量为185例(71例CRC,15例AA,16例HGD,83例健康对照)的验证集中进行粪便脱落细胞的验证。同时收集血浆和粪便样品用于肿瘤标志物检测、粪便免疫化学检测(FIT)。通过分析来自结直肠肿瘤和正常组织标本SEPT9的甲基化,以确定其是否可以作为疾病分期的生物标志物,然后应用改良的粪便脱落细胞富集方法提高细胞富集率,采用聚合酶链式反应进行粪便脱落细胞中的mSEPT9检测,随后将各标志物联合寻找最佳标志物组合。研究结果1.用正交偏最小二乘法判别分析的统计检验共确定出118种差异代谢物,因此OPLS-DA模型能很好地区分FAP患者和健康对照组的血清代谢谱。FAP患者具有独特的代谢特征,包括三羧酸(TCA)循环、氨基酸代谢、维生素D、脂肪酸代谢和胆汁酸(BAs)代谢。2.在患者的肿瘤组织和粪便脱落细胞中均可检测到SEPT9的甲基化。此外,mSEPT9在粪便脱落细胞中的结果与肿瘤组织的结果一致(kappa=0.907)。在训练集中,mSEPT9在AA中的阳性检出率为31.25%,HGD中为65.31%,CRC中为77.46%。在验证集中,56/71 CRC(78.87%)和 10/16 HGD(62.50%)的 mSEPT9 呈阳性。mSEPT9对CRC及HGD的敏感性和特异性分别达到75.86%[95%置信区间(CI):65.90-83.64%]和93.88%(87.28-97.16%),且敏感性优于验证集中FIT的敏感性51.72%和CEA的敏感性41.38%。mSEPT9和FIT的联合对HGD和CRC的敏感性和特异性进一步提高至 88.51%(80.12-93.64%)和 88.78%(81.01-93.62%)。结论FAP患者代谢物水平与正常人之间存在显著差异,APC基因突变诱导的代谢组学改变与结直肠癌的发生有关。同时揭示FAP患者的代谢特征有助于进一步寻找遗传性结直肠癌,甚至散发性结直肠癌发生的预警指标。mSEPT9在早期CRC检测中表现出显著的诊断能力,mSEPT9和FIT组合的诊断灵敏度最佳,特别是对于早期CRC。因此,粪便脱落细胞中mSEPT9联合FIT检测有望成为早期CRC筛查的一种新方法,但仍需进一步验证其效能。