Metabolites. 2021 Nov; 11(11): 756.

Published online 2021 Oct 31. doi: 10.3390/metabo11110756

PMCID: PMC8621503

PMID: 34822414

Urinary Metabolic Markers of Bladder Cancer: A Reflection of the Tumor or the Response of the Body?

Greta Petrella,1 Giorgia Ciufolini,1 Riccardo Vago,2,3 and Daniel Oscar Cicero1,*

Leonardo Tenori, Academic Editor

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膀胱癌的尿液代謝標(biāo)志物：腫瘤的反射結(jié)果還是身體的反應(yīng)？

這項(xiàng)工作將回顧近年來(lái)關(guān)于膀胱癌的各種研究獲得的代謝信息，特別注意在尿液中發(fā)現(xiàn)用于診斷和預(yù)后這種疾病的生物標(biāo)志物。原則上，它們將能夠補(bǔ)充膀胱鏡檢查，這是一種侵入性但如今不可替代的技術(shù)，或者在最好的情況下，可以取代它。我們將評(píng)估不同實(shí)驗(yàn)在生物標(biāo)志物適應(yīng)癥中表現(xiàn)出的可重復(fù)性程度，并將嘗試進(jìn)行合成以獲得更可能成為臨床實(shí)踐指南的共識(shí)列表。在進(jìn)一步的分析中，我們將探究膀胱癌患者中這些失調(diào)代謝物的起源。為此，將尿液中測(cè)量的不平衡與腫瘤細(xì)胞或組織內(nèi)已知的不平衡進(jìn)行比較將是有幫助的。雖然尿液分析有時(shí)被認(rèn)為是液體活檢，因?yàn)樗c膀胱壁中的腫瘤直接接觸，但它含有來(lái)自身體所有器官和組織的代謝物，并且腫瘤通過(guò)哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的最不透水的屏障與尿液分離。特異性和全身性反應(yīng)之間的區(qū)別有助于更深入地了解疾病及其后果。

關(guān)鍵詞： 膀胱癌， 代謝組學(xué)， 診斷， 預(yù)后， 全身反應(yīng)

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1. 代謝組學(xué)，臨床生物化學(xué)的另一個(gè)視角

"身體及其部位都處于持續(xù)的溶解和滋養(yǎng)狀態(tài)，因此它們不可避免地正在經(jīng)歷永久性的變化。

伊本·納菲斯 （1213–1288）

代謝組學(xué)這個(gè)詞來(lái)自古希臘語(yǔ)，meta-bàllo（μεταβ?λλω），意思是轉(zhuǎn)動(dòng)，改變，轉(zhuǎn)化。它結(jié)合了兩個(gè)詞：bàllo，一個(gè)動(dòng)詞，意思是啟動(dòng)，和metà，意思是超越。然而，正是亞里士多德的工作賦予了代謝這個(gè)詞（μεταβολ?）其科學(xué)價(jià)值、用途和相關(guān)性。在第一本物理學(xué)書(shū)中，他肯定地說(shuō)："讓我們把自然界存在的事物，無(wú)論是全部還是部分事物，都處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，作為我們研究的一個(gè)基本假設(shè)：這得到了經(jīng)驗(yàn)的證明"[1]。他還在"代謝"這個(gè)詞和概念中固定下來(lái)，即每個(gè)動(dòng)作都是從某物到別物的變化。因此，對(duì)于古希臘人來(lái)說(shuō)，"代謝"這個(gè)詞代表了一種行為，即認(rèn)識(shí)到變化來(lái)自以前隱藏的東西。因此，在亞里士多德科學(xué)的原始經(jīng)驗(yàn)中，代謝組學(xué)的意義包括將自然視為一個(gè)不斷轉(zhuǎn)變的地方，在這個(gè)地方，變化的過(guò)程不是無(wú)效的，而是通過(guò)這種孜孜不倦的獲取和克服工作而保存下來(lái)的。在轉(zhuǎn)化中，形式保留了新的和意想不到的表現(xiàn)的進(jìn)展。

在亞里士多德的生物學(xué)研究2500多年后，代謝組學(xué)是一門(mén)被廣泛認(rèn)可的科學(xué)學(xué)科，旨在鑒定和量化細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外代謝物（分子量為1500 Da <的分子）的整個(gè)集合，反映了生命系統(tǒng)中復(fù)雜的生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的永久變化，以適應(yīng)環(huán)境和病理事件。這包括血清，血漿，尿液，腦脊液，呼氣，組織和生物提取物等生物流體中的測(cè)量[2]?？傮w而言，組學(xué)科學(xué)，如基因組學(xué)（基因），轉(zhuǎn)錄組學(xué)（mRNA），蛋白質(zhì)組學(xué)（蛋白質(zhì)）和代謝組學(xué)（代謝物）采用整體觀點(diǎn)來(lái)研究分子如何組成細(xì)胞組織或生物體。所有這些技術(shù)的綜合研究就是所謂的"系統(tǒng)生物學(xué)"。

表征復(fù)雜生化混合物的需求使得必須使用最先進(jìn)的分析技術(shù)。通過(guò)這種方式，可以分析所有物理狀態(tài)下的化合物，包括固體（組織，土壤和生物廢物），液體（生物流體，廢水和水）和氣體（呼吸，煙霧和氣味）。此外，還可以進(jìn)行體內(nèi)或體外研究。所有這些應(yīng)用都是可能的，因?yàn)榇x組學(xué)使用廣泛的儀器。然而，近年來(lái)，有三種技術(shù)被證明是應(yīng)用最廣泛的：核磁共振（NMR），氣相色譜 - 質(zhì)譜法（GC-MS）和液相色譜 - 質(zhì)譜法（LC-MS）。這些技術(shù)可以定量各種有機(jī)化合物，包括脂質(zhì)，氨基酸，糖，生物胺和有機(jī)酸。一些綜述描述了它們的工作原理以及如何在代謝組學(xué)中使用[3，4，5，6]。通常強(qiáng)調(diào)差異和相對(duì)優(yōu)勢(shì)，但一些研究表明，將它們視為互補(bǔ)性更有益[3，4，5，6，7，8]。

盡管代謝組學(xué)的應(yīng)用越來(lái)越多，但最領(lǐng)先和最令人興奮的應(yīng)用是指臨床和生化領(lǐng)域。它假設(shè)代謝途徑的擾動(dòng)如何以及何時(shí)在表型改變中發(fā)生，并且可以代表診斷或預(yù)后領(lǐng)域的強(qiáng)大工具。

關(guān)于許多慢性或嚴(yán)重疾病病因的核心假設(shè)是它們的起源是遺傳的。當(dāng)最近的流行病學(xué)研究表明，許多死亡和疾病原因都源于環(huán)境[9，10]，以及微生物組[11]和表觀基因組的重要性[12]時(shí)，這種模式已經(jīng)開(kāi)始改變。代謝組學(xué)提供了支持這種新觀點(diǎn)的證據(jù)，因?yàn)樗鼘?duì)理解細(xì)胞代謝[9，13]，微生物組及其對(duì)人類(lèi)健康和疾病的影響做出了重大貢獻(xiàn)[14，15]。因此，代謝組學(xué)有助于確定動(dòng)脈粥樣硬化、癌癥和糖尿病等復(fù)雜疾病中許多意想不到的化學(xué)原因[9，16]。此外，這些研究表明，代謝物（內(nèi)源性和外源性）在疾病發(fā)展，細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)和生理控制中的作用比以前預(yù)期的更為關(guān)鍵。因此，代謝組學(xué)可以干預(yù)許多疾病的診斷、預(yù)后和預(yù)防，正如文獻(xiàn)中的許多例子所顯示的那樣[17]。

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2. 代謝組學(xué)與癌癥

癌癥被認(rèn)為是癌基因和腫瘤抑制基因的核和細(xì)胞質(zhì)水平的遺傳改變的結(jié)果。這一理論幾乎被認(rèn)為是一種教條，以至于美國(guó)國(guó)家癌癥研究所指出"癌癥是一種遺傳性疾病 - 也就是說(shuō)，它是由控制我們細(xì)胞運(yùn)作方式的基因變化引起的，特別是它們?nèi)绾紊L(zhǎng)和分裂"。在這種情況下，在細(xì)胞，組織和生物體中觀察到的代謝變化是由這些遺傳特征和細(xì)胞能量學(xué)的失調(diào)引起的[18]。

另一種觀點(diǎn)導(dǎo)致了另一種對(duì)癌癥的解釋?zhuān)窗┌Y是一種始于線粒體代謝功能障礙的疾病，從某種意義上說(shuō)，這又回到了Otto Warburg的原始觀察結(jié)果[19]。然而，最近的數(shù)據(jù)表明，線粒體代謝可以下調(diào)或上調(diào)，將腫瘤分為兩種類(lèi)型：氧化和非氧化[20]。從這個(gè)角度來(lái)看，代謝改變是影響癌癥發(fā)展的遺傳改變的原因。導(dǎo)致代謝改變的原因值得討論，但潛在的候選者是：炎癥增加和ROS形成。雖然我們還沒(méi)有足夠的證據(jù)來(lái)完全接受代謝理論或理解基因突變和代謝改變這兩個(gè)因素在疾病起源中發(fā)揮作用的相對(duì)重要性，但代謝組學(xué)可以做出重大貢獻(xiàn)。從遺傳學(xué)的角度來(lái)看，癌癥是一種極其復(fù)雜的疾病，因?yàn)榛谂c癌癥相關(guān)的基因數(shù)量和成為腫瘤的突變組合數(shù)量的快速計(jì)算會(huì)產(chǎn)生超過(guò)一百萬(wàn)種不同的癌癥基因型的數(shù)字。在分析代謝改變時(shí)，這種復(fù)雜性降低，通常限于三種途徑：有氧糖酵解、谷氨酰胺溶解和單碳代謝[21]。在D. Wishart有意義的總結(jié)中："[...]底線是，雖然癌癥作為一種遺傳疾病看起來(lái)非常復(fù)雜，但癌癥作為一種代謝性疾病似乎非常簡(jiǎn)單"[21]。這種情況為代謝組學(xué)提供了發(fā)現(xiàn)新的特定治療靶點(diǎn)和診斷標(biāo)志物的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

3  膀胱癌診斷的關(guān)鍵課題

膀胱癌（BC）是最常見(jiàn)的尿路癌，也是全球死亡的主要原因，每年約有55萬(wàn)例新發(fā)病例和16萬(wàn)例死亡[22]。膀胱癌的發(fā)病率因所考慮的地理區(qū)域而異：與高發(fā)達(dá)國(guó)家相比，未發(fā)達(dá)國(guó)家的年齡標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)病率（ASI）低三分之一。世界衛(wèi)生組織（WHO）預(yù)測(cè)，由于預(yù)期壽命延長(zhǎng)，近期病例和死亡人數(shù)將增加[23]。

BC包括廣泛的組織學(xué)：尿路上皮癌（UC），代表膀胱腫瘤的大多數(shù)（~90-95%），鱗狀細(xì)胞癌（SCC）（2-5%），腺癌（0.5-2%）和小細(xì)胞癌（<1%）。BC的危險(xiǎn)因素包括職業(yè)因素、年齡、性別、種族、社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位、個(gè)人健康、飲食和病原體感染[24，25，26]。BC腫瘤根據(jù)它們是否侵入逼尿肌（肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌，MIBC）或不侵犯（非肌肉浸潤(rùn)性膀胱癌，NMIBC）分為兩類(lèi)。第一種病例存在較高的淋巴結(jié)或其他器官轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，但幸運(yùn)的是，僅占BC診斷病例的25%[23]。NMIBC通常涉及成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體3（FGFR3）突變，產(chǎn)生復(fù)發(fā)率高但進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)低的癌癥。相比之下，MIBC和原位癌表現(xiàn)出TP53、RB轉(zhuǎn)錄核心加壓藥1（RB1）、erb-b2受體酪氨酸激酶2或PTEN的缺失或突變，導(dǎo)致轉(zhuǎn)移性癌癥[27]。最近觀察到其中一些基因型與細(xì)胞表型之間存在聯(lián)系，導(dǎo)致與低進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的細(xì)胞系呈現(xiàn)活化的氧化代謝狀態(tài)，而與高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的細(xì)胞系呈現(xiàn)非氧化狀態(tài)和高糖酵解活性[28]。

對(duì)疑似BC的患者進(jìn)行膀胱鏡檢查，膀胱鏡檢查是一種使用靈活范圍和局部麻醉進(jìn)行的侵入性內(nèi)鏡手術(shù)[29]。如果觀察到紅色扁平狀或?qū)嶓w病變，則需要進(jìn)行組織學(xué)評(píng)估，因?yàn)檠装Y性疾病等良性疾病可能與 BC 相似。經(jīng)尿道膀胱腫瘤切除術(shù)（TURBT）或整個(gè)區(qū)域的切除術(shù)用于獲取有關(guān)腫瘤組織學(xué)的信息。此外，可以對(duì)尿液中的細(xì)胞進(jìn)行檢查（細(xì)胞學(xué)檢查）以檢測(cè)遺漏的癌癥。具有惡性外觀的細(xì)胞提示膀胱癌性病變，需要膀胱鏡檢查和組織學(xué)檢查。

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4. 膀胱癌代謝組學(xué)：三個(gè)懸而未決的問(wèn)題

引入代謝標(biāo)志物以準(zhǔn)確診斷BC及其進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)降低疾病管理成本并提高患者的生活質(zhì)量[30]。用于診斷的非侵入性標(biāo)志物的可用性也將提高患者對(duì)常規(guī)篩查的易感性，從而提高預(yù)防性診斷的有效性。因此，即使沒(méi)有明顯的癥狀，也必須使預(yù)防成為非侵入性的，從而提高效率。此外，對(duì)這些篩查可能導(dǎo)致的代謝不平衡的生化解釋可以為開(kāi)發(fā)更有效的療法和監(jiān)測(cè)治療和疾病演變開(kāi)辟新的機(jī)會(huì)。

代謝組學(xué)可能是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的最合適方法。在BC的特殊情況下，腫瘤與尿液的直接接觸使得這種液體中可能存在特定的生物標(biāo)志物。已經(jīng)發(fā)表了許多關(guān)于BC尿標(biāo)志物的具體綜述，證明了人們對(duì)該領(lǐng)域的巨大興趣[31，32，33，34，35，36，37，38，39，40，41]。我們修訂了關(guān)于尿液代謝組學(xué)和膀胱癌的大多數(shù)可用數(shù)據(jù)，以回答三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：（i）是否有可能使用尿液代謝譜來(lái)檢測(cè)BC？（ii）在肯定答案的情況下，是什么代謝物導(dǎo)致了這種差異？（iii） 觀察到的代謝失衡的起源是什么？

我們可以通過(guò)分析尿液狀況來(lái)診斷膀胱癌嗎？

關(guān)于在尿液中發(fā)現(xiàn)BC診斷代謝標(biāo)志物的二十五篇論文已發(fā)表在文獻(xiàn)中（表 1).幾乎所有的研究都使用MS與氣相色譜或液相色譜法一起定量代謝物。使用NMR的作品數(shù)量相對(duì)較少，反映了尿液作為生物流體的復(fù)雜性，因?yàn)樗性S多化合物和高度可變的成分。

表 1 用于發(fā)現(xiàn)BC診斷生物標(biāo)志物的尿液代謝組學(xué)研究工作列表。

在所有情況下，作者都得出結(jié)論，對(duì)應(yīng)于BC的對(duì)照組的尿液代謝譜之間存在顯著差異。這一一致結(jié)果表明，尿液對(duì)膀胱腫瘤引起的代謝變化足夠敏感。然而，要被認(rèn)為是疾病的生物標(biāo)志物，其改變需要與該疾病特別相關(guān)。從這個(gè)角度來(lái)看，不同的研究使用了由患有其他病理的個(gè)體組成的對(duì)照組而不是健康受試者，這是相關(guān)的。

一個(gè)例子是試圖區(qū)分BC和腎癌（KC）在尿液中引起的代謝特征，腎癌是兩種發(fā)病率最高的泌尿系統(tǒng)癌癥[49]。作者能夠使用多變量分析對(duì)照組，BC組和KC組進(jìn)行100%特異性和敏感性的分類(lèi)。一項(xiàng)連續(xù)研究顯示，138例BC患者的尿液特征與121人對(duì)照組（包括52例非惡性血尿（HU）患者）的代謝特征進(jìn)行了鑒別[52]。這種區(qū)別尤其重要，因?yàn)檠蛟贐C省是一種普遍的疾病，可能構(gòu)成診斷這種疾病的混雜因素[23]。最近的一項(xiàng)研究表明，在存在或不存在血尿的情況下，可以區(qū)分BC和腎細(xì)胞癌（RCC）患者[64]。Peng等人[53]發(fā)現(xiàn)，十種代謝物是BC患者與尿路感染（UTI）和HU受試者形成的對(duì)照組之間顯著差異的原因。相反，未發(fā)現(xiàn)尿液代謝物可鑒別BC與前列腺癌（PCa）[68]。

哪些代謝物是導(dǎo)致尿路狀況差異的原因？

如果第一個(gè)問(wèn)題有一致的肯定答案，那么每項(xiàng)研究中提出的標(biāo)記物在大多數(shù)情況下彼此之間非常不同，這阻止了對(duì)哪些代謝物負(fù)責(zé)BC患者尿液代謝分化的明確共識(shí)。所有研究的綜合結(jié)果表 1生成 352 個(gè)假定的 BC 尿液標(biāo)志物列表，但在至少三項(xiàng)研究中僅發(fā)現(xiàn) 20 個(gè) （6%） 具有顯著改變的水平（表 2).即使是具有最顯著共識(shí)的代謝物馬尿酸，在不到一半的研究中也顯示出濃度變化。變異方向的再現(xiàn)性也很差：只有八種代謝物（2%）在列表中表 2不同研究顯示對(duì)照組和BC組之間存在相同的差異，進(jìn)一步減少了共識(shí)列表。如果我們只考慮至少三項(xiàng)研究中提出的那些標(biāo)志物，BC的發(fā)生可能會(huì)導(dǎo)致馬尿酸和檸檬酸水平的降低以及乳酸，?；撬幔i氨酸，谷氨酰胺，組氨酸和赤蘚糖醇的增加。

表 2 用于膀胱癌診斷的尿液代謝物在至少三項(xiàng)研究中被發(fā)現(xiàn)受到干擾。

代謝 產(chǎn)物

BC/CTRL

引用

馬尿酸

↓↓↓↓↓↓↓↓↓↓??一個(gè)

[44，46，47，48，49，56，60，61，62，63，65]

檸檬酸

↓↓↓↓??

[43，44，50，60，61，62]

葡萄糖酸

↑↑↓↓↓

[43，50，51，57，65]

乳酸

↑↑↑↑?

[50，51，56，61，63]

?；撬?/p>

↑↑↑??

[44，48，49，61，62]

尿苷

↑↑↑↓?

[43，45，50，53，63]

纈氨酸

↑↑↑??

[43，47，51，61，62]

苯乙酰谷氨酰胺

↑↓↓↓

[46，49，60，63]

琥珀酸

↑↓↓?

[51，52，56，61]

酪氨酸

↑↑↑↓

[47，56，60，63]

肉堿

↑↑↓↓

[46，47，52，60]

利比醇

↑↓↓↓

[43，50，56，67]

肌酸

↑↓↓?

[47，51，60，62]

對(duì)甲酚

↑↑↓

[50，56，66]

乙酰肉堿

↑↑↓

[46，51，60]

5-羥基吲哚乙酸

↑↓↓

[53，60，63]

果糖

↑↓↓

[43，51，67]

谷氨酰胺

↑??

[61，62，63]

組氨酸

↑??

[47，62，63]

赤蘚糖醇

↑↑↑

[50，63，67]

a每個(gè)符號(hào)都指一項(xiàng)研究;"↑" "↓"符號(hào)分別代表癌癥與健康對(duì)照組代謝物濃度的較高和較低變化;"？"：未報(bào)告變異方向。

這些令人失望的數(shù)字并不是應(yīng)用于BC的代謝組學(xué)的獨(dú)特特征。例如，在PCa中，從2015年到2020年發(fā)表的13項(xiàng)研究總共提出了179種不同的推定尿液生物標(biāo)志物。其中，只有4項(xiàng)（2%）在至少3項(xiàng)研究中重復(fù)顯示相同的變異[69]。結(jié)果之間缺乏一致性無(wú)疑是多因果關(guān)系的，在接下來(lái)的幾章中，我們將解決一些影響結(jié)果可重復(fù)性的潛在問(wèn)題。

4.2.1. 樣本大小

缺乏可重復(fù)性的一個(gè)可能原因是在實(shí)驗(yàn)中使用了小隊(duì)列。已發(fā)表的代謝組學(xué)研究最常見(jiàn)的限制是分析的樣本數(shù)量不足，因此，與過(guò)多的試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)相比，群體研究的數(shù)量仍然微不足道。在代謝表型研究中，適當(dāng)?shù)臉颖玖坑?jì)算并不容易，因?yàn)樗鼈兙哂凶陨隙碌臒o(wú)假設(shè)特征（所謂的非靶向方法），使實(shí)驗(yàn)設(shè)置復(fù)雜化[70]。然而，結(jié)果缺乏可重復(fù)性應(yīng)該是通過(guò)招募更多參與者來(lái)提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果重要性的有力激勵(lì)因素。

地理來(lái)源，經(jīng)濟(jì)地位，飲食

不同研究之間關(guān)于受試者地理起源，經(jīng)濟(jì)地位和飲食的異質(zhì)性可能有助于觀察到的不同代謝變化。尿液的代謝組成強(qiáng)烈依賴(lài)于生活方式和飲食[71，72，73]，這兩個(gè)因素與國(guó)家甚至采集樣本的不同城市高度相關(guān)[72]。對(duì)來(lái)自5個(gè)歐洲國(guó)家的1391名受試者的2732份尿液樣本的分析顯示，代謝特征存在系統(tǒng)性差異，特別是在性別、國(guó)家以及經(jīng)濟(jì)狀況方面[71]。即使社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位的影響通常不那么明顯，與該因素相關(guān)的兩種主要代謝物變異是馬嘌呤和檸檬酸鹽的變異[71]，這兩種化合物在不同研究中作為BC的生物標(biāo)志物重復(fù)次數(shù)最多（表 2).有貧困風(fēng)險(xiǎn)的人群所消費(fèi)的食物質(zhì)量和數(shù)量的貧困可能會(huì)在一定程度上影響這些變化[71]，正如之前在巴西兒童中觀察到的那樣[74]。與飲食的關(guān)系可能成為一個(gè)重要的混雜因素，減損觀察到的BC的變化。因此，所有參與代謝組學(xué)研究的人在采集樣本之前必須遵循標(biāo)準(zhǔn)化飲食至少24小時(shí)[75]。

4.2.3. 對(duì)照組

適當(dāng)?shù)膶?duì)照組的定義具有挑戰(zhàn)性，特別是當(dāng)用作BC患者的參考時(shí)，因?yàn)樗麄儤?gòu)成了具有顯著合并癥的老年人群。男性BC發(fā)病率較高是定義對(duì)照組時(shí)要考慮的另一個(gè)特征。鑒于性別是泌尿成分最關(guān)鍵的決定因素之一[76]，如果考慮不充分，結(jié)果可能會(huì)有偏差。例如，女性尿檸檬酸濃度升高[77]，這種差異可以部分解釋當(dāng)男性多于對(duì)照組時(shí)觀察到的BC組該代謝物水平的降低。在一項(xiàng)關(guān)于尿 BC 生物標(biāo)志物的代謝組學(xué)研究中已經(jīng)指出了性別和年齡匹配的重要性：色氨酸代謝、檸檬酸鹽循環(huán)以及泛酸鹽和 CoA 生物合成在很大程度上促成了個(gè)體間變異。在這種情況下，為了獲得有意義的結(jié)果，作者繼續(xù)進(jìn)行年齡和性別嚴(yán)格匹配的隊(duì)列[59]。

4.2.4. BC異質(zhì)性

疾病異質(zhì)性也是一個(gè)強(qiáng)大的因素，在查看尿液生物標(biāo)志物時(shí)可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。BC是突變負(fù)擔(dān)最高的疾病之一，僅次于肺癌和皮膚癌[78]。這種巨大的遺傳變異性導(dǎo)致巨大的異質(zhì)性，至少表現(xiàn)在五個(gè)不同的水平上：患者間（不同的受試者呈現(xiàn)具有不同基因型的腫瘤）;腫瘤內(nèi)（原發(fā)性腫瘤的不同空間區(qū)域不具有相同的遺傳改變）;腫瘤間（多個(gè)原發(fā)性腫瘤或轉(zhuǎn)移部位之間的基因型差異）;循環(huán)（基于組織的標(biāo)志物和循環(huán)標(biāo)志物之間的差異）和時(shí)間（腫瘤隨時(shí)間和/或治療期間的遺傳變化）[79]。

除了BC腫瘤基因型格局的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性外，癌細(xì)胞代謝本身也存在很大差異。它受環(huán)境信號(hào)的影響，主要由腫瘤微環(huán)境產(chǎn)生。氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)水平的變化可誘導(dǎo)代謝異質(zhì)性，并且由于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的較高限制，細(xì)胞代謝表型在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中會(huì)進(jìn)一步改變[80]。不同的研究可能搜索生物標(biāo)志物，幾乎就像它們表征了由于基因型和表型的所有這些變化而導(dǎo)致的不同疾病一樣。例如，在一些研究中，NMIBC和MIBC患者被一起考慮，盡管他們的代謝特征預(yù)計(jì)會(huì)非常不同，如組織樣本研究所示[81]。在MIBC中發(fā)現(xiàn)了三種主要途徑的改變，包括增加類(lèi)二十烷酸信號(hào)傳導(dǎo)，增強(qiáng)NAD +的從頭合成和增加血紅素分解代謝。即使一項(xiàng)研究只考慮了這兩種癌癥類(lèi)別中的一種，重要的是要注意，這些廣泛的分類(lèi)包括呈現(xiàn)不同階段的癌癥，因此代表了癌癥進(jìn)展的不同階段。例如，觀察到與低級(jí)別NMIBC患者相比，高級(jí)別NMIBC患者的尿液中色氨酸代謝上調(diào)[58]。在Alberice等人的研究中，提出了一系列針對(duì)該等級(jí)和分期的BC診斷標(biāo)志物[82]。作者還考慮了患者分類(lèi)的復(fù)發(fā)病例，并發(fā)現(xiàn)了BC穩(wěn)定性特有的預(yù)后標(biāo)志物。在這項(xiàng)工作中發(fā)現(xiàn)的差異表明，作為對(duì)照組，為代謝組學(xué)研究選擇的患者組也應(yīng)該是同質(zhì)的。盡管在該領(lǐng)域仍然是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題，但在尋找通用BC尿生物標(biāo)志物時(shí)，大型隊(duì)列是調(diào)解上述異質(zhì)性的唯一方法。

生物標(biāo)記物鑒定、定量的技術(shù)課題

生物流體中代謝物的鑒定和定量也面臨一系列技術(shù)難題。LC-MS是這些非靶向研究中最分散的平臺(tái)，檢測(cè)器飽和度和基質(zhì)效應(yīng)等問(wèn)題可能會(huì)改變特定樣品的信號(hào)強(qiáng)度[83]。不使用標(biāo)記標(biāo)準(zhǔn)品的化合物鑒定是另一個(gè)挑戰(zhàn)。根據(jù)代謝組學(xué)標(biāo)準(zhǔn)倡議，這對(duì)應(yīng)于2級(jí)鑒定（推定注釋?zhuān)?對(duì)于MS，科學(xué)界一致認(rèn)為，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與真實(shí)的參考標(biāo)準(zhǔn)品直接比較對(duì)于使用MS數(shù)據(jù)進(jìn)行1級(jí)鑒定至關(guān)重要。在以下研究中，只有極少數(shù)情況下獲得1級(jí)表 1 [45，48，51]，而在所有其他基于LC-MS的分析中，代謝物結(jié)構(gòu)測(cè)定僅是假定的，并且基于與MS文庫(kù)或MS / MS數(shù)據(jù)的比較。這可能會(huì)增加對(duì)量化特征的實(shí)際化學(xué)結(jié)構(gòu)的模糊性，并可能部分導(dǎo)致不同研究之間缺乏一致性。由準(zhǔn)確識(shí)別和量化的代謝物組成的數(shù)據(jù)集在生化信息和診斷/預(yù)后目的的不同研究中產(chǎn)生更強(qiáng)大，因此更具可比性的結(jié)果。最近，通過(guò)協(xié)同使用核磁共振和UHPLC-HRMS，提出了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的可能方法[83]。

這些失衡的生理起源是什么？

雖然可重復(fù)性差，但試圖通過(guò)尿液診斷BC存在的研究發(fā)現(xiàn)，由該疾病引起的這種生物流體的代謝特征發(fā)生了顯著變化。然而，這些變化的起源仍在爭(zhēng)論中。全身反應(yīng)與腫瘤與尿液直接接觸促進(jìn)的代謝物交換的相對(duì)權(quán)重是多少？如果目的是診斷性的，那么確定哪種機(jī)制是觀察到的改變的主要貢獻(xiàn)者并不重要，但對(duì)于理解生化原因至關(guān)重要。

腫瘤與尿液的直接交換

引用的大多數(shù)研究表 1接受"直接接觸"理論，將尿液視為一種液體活檢[43，44，46，49，52，53，54，55，58，59，60，61，62，63，66，67]。因此，尿代謝變異的所有生化解釋都可以通過(guò)腫瘤細(xì)胞通路中的不平衡來(lái)解釋。該理論預(yù)測(cè)尿上皮膜上代謝物交換升高。從歷史上看，物質(zhì)從尿液進(jìn)入膀胱內(nèi)層是用于解釋疾病起源的第一個(gè)猜想。在19世紀(jì)后期，德國(guó)醫(yī)生Rehn注意到苯胺染料行業(yè)的工人表現(xiàn)出患這種腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)增加[84]，將BC轉(zhuǎn)化為第一個(gè)已知的化學(xué)誘導(dǎo)的癌癥。尿液濃縮致癌物質(zhì)，可吸入、消耗或通過(guò)皮膚吸收，隨后與尿路內(nèi)膜接觸[85]。所有這些物質(zhì)都有一個(gè)共同點(diǎn)，即它們已經(jīng)或可以代謝成高反應(yīng)性親電化合物[86]。它們隨后攻擊蛋白質(zhì)和核酸中的電子缺乏位點(diǎn)，形成共價(jià)加合物或誘導(dǎo)誘變[87]。

了解尿液中的變化與腫瘤細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的變化是否相關(guān)的最佳策略是比較組織和尿液代謝組學(xué)結(jié)果。到目前為止，只有兩部關(guān)于BC的著作探討了這些相關(guān)性。Putluri等人發(fā)現(xiàn)組織和尿液中有25種代謝物被改變[47]，而Alberice等人使用固態(tài)和溶液NMR發(fā)現(xiàn)兩種基質(zhì)中的氨基酸，谷胱甘肽和牛磺酸代謝途徑顯著改變[82]。

組織和尿液改變的巧合不足以假設(shè)生物標(biāo)志物的特異性。例如，在PCa患者的組織和尿液樣本中，同時(shí)觀察到檸檬酸鹽水平降低以及亮氨酸、纈氨酸和牛磺酸水平升高，因此被假定為該癌癥類(lèi)型的特異性生物標(biāo)志物[69]。然而，在BC的尿液代謝譜中觀察到相同的變異模式，如表 2用于檸檬酸鹽、纈氨酸和?；撬帷Ｔ趦身?xiàng)研究中，BC患者的尿液中也觀察到亮氨酸升高[47，51]。特異性可能源于兩種疾病特征中這些代謝物的不同定量改變。在這種情況下，有必要準(zhǔn)確測(cè)量生物標(biāo)志物的水平，增加評(píng)估的實(shí)驗(yàn)難度。

比較尿液和組織代謝譜的研究數(shù)量不足以確定這種生物流體的變化是否主要反映了腫瘤代謝失衡，從而確定代謝物交換是否足夠有效。要做到這一點(diǎn)，化學(xué)物質(zhì)必須通過(guò)我們體內(nèi)最不透水的膜：尿路上皮。

腫瘤和尿液之間的不透水屏障

尿路上皮構(gòu)成尿腔和下層組織之間的界面。它由不同的層形成，從淺表和高度分化的多核傘形細(xì)胞，幾層中間細(xì)胞和一層基底細(xì)胞。通過(guò)連接傘形細(xì)胞的緊密連接可防止物質(zhì)的細(xì)胞旁擴(kuò)散，將尿路上皮轉(zhuǎn)化為尿液中存在的大多數(shù)物質(zhì)的不可穿透的屏障[88]。糖胺聚糖（GAG）形成額外的帶負(fù)電荷的層，進(jìn)一步促進(jìn)尿路上皮屏障功能[89]。這些特征產(chǎn)生最具抵抗力的人體屏障，保護(hù)血液免受危險(xiǎn)細(xì)菌和高風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)的侵害。

尿液成分與血漿有很大不同：尿液滲透壓范圍為50至1200 mosmol / kg，而血液為280-290 mosmol / kg;它的pH值在4.5到10之間，而血液的pH值為7.4;它含有高濃度的氨，尿素和毒素。尿液必須長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，因此屏障的功能是防止高滲透性分子進(jìn)入血液，從而導(dǎo)致滲透壓，pH值和離子強(qiáng)度的有害變化[90]。尿路上皮滲透率的體外測(cè)量確定尿素、氨、水和質(zhì)子值非常低[91，92]，這表明體內(nèi)膀胱是阻止這些物質(zhì)從尿液流向血液的極好屏障[93]。

腫瘤形成可以通過(guò)結(jié)構(gòu)上改變腔表面膜來(lái)潛在地改變這種情況。例如，腫瘤細(xì)胞在化學(xué)致癌過(guò)程中可能無(wú)法分化，產(chǎn)生沒(méi)有六角形亞結(jié)構(gòu)的修飾膜[94]，同時(shí)離子通透性增加[95]。據(jù)推測(cè)，這種修飾對(duì)于腔內(nèi)MIBC更為重要，因?yàn)橛腥苏J(rèn)為這種癌癥亞型可能源于傘形細(xì)胞的轉(zhuǎn)化[96]。然而，腔內(nèi)腫瘤顯示出顯著的基底-腔部可塑性，表明所有膀胱癌均源于基底干細(xì)胞[96]。

腫瘤-尿液代謝交換是否足夠？

由于一系列原因，很難令人信服地解釋大多數(shù)僅援引"直接接觸"理論的尿液代謝特征的改變。對(duì)用于膀胱內(nèi)治療的候選藥物進(jìn)行的研究表明，即使在存在膀胱腫瘤的情況下，大多數(shù)物質(zhì)的尿路上皮通透性仍然很低。這種類(lèi)型的治療利用治療劑直接進(jìn)入尿道提供的膀胱，最大限度地增加腫瘤對(duì)膀胱的暴露，同時(shí)通過(guò)減少全身暴露來(lái)限制藥物的毒性[97]。Shen等人測(cè)定了不同藥物尿路上皮與粘膜下層界面處尿液濃度之間的比率[97]。具有顯著親脂性的化合物顯示出高達(dá)0.5的值，但更極性的化合物如絲裂霉素c，阿霉素和5-氟尿苷顯示比值為0.02-0.03。這些結(jié)果和文獻(xiàn)中的其他結(jié)果[98，99]表明親脂性是藥物通過(guò)尿路上皮滲透的關(guān)鍵決定因素。大多數(shù)化合物列在表 2小而親水的不具備有效穿過(guò)尿路上皮膜所需的理想特性。為了加強(qiáng)這一概念，應(yīng)該注意的是，增強(qiáng)子經(jīng)常需要充分滲透到膀胱內(nèi)治療中使用的藥物中。最有希望的是脂質(zhì)體、表面活性劑、納米凝膠、EMDA、RITE和低能沖擊波療法[100]。這些策略強(qiáng)調(diào)，僅僅BC的存在并不能保證膀胱腔和腫瘤之間化合物的高效交換。

此外，腫瘤細(xì)胞代謝對(duì)尿液組成的顯著影響在動(dòng)物模型中更合理，其中腫瘤與宿主的質(zhì)量比通常大于人類(lèi)，腫瘤腫塊與整個(gè)生物體之間的比例較低[101]。同時(shí)，對(duì)于那些在尿液組成中顯示出小質(zhì)量變化的代謝物，腫瘤的影響預(yù)計(jì)會(huì)更高。該量可以從不同研究中測(cè)量的平均尿液濃度和折疊變化來(lái)計(jì)算，如表 3.初步分析表明，BC患者中改變最多的代謝物也是尿液中最集中的代謝物之一?？紤]到幾乎所有研究都使用MS，這一結(jié)果令人驚訝，由于其高靈敏度，該技術(shù)不會(huì)將標(biāo)記物的檢測(cè)限制在高濃度化合物上。如果我們加上BC中為它們的改變而提出的高倍變化，我們得出結(jié)論，就質(zhì)量而言，變化必須非常高才能解釋預(yù)測(cè)結(jié)果。例如，為了將尿液中馬尿酸鹽和檸檬酸鹽的量減少到平均觀察到的程度，腫瘤細(xì)胞應(yīng)分別在兩個(gè)尿空隙之間消耗100和40mg。對(duì)于共識(shí)列表中的大多數(shù)代謝物（表 3).

表 3推定的BC尿液生物標(biāo)志物及其BC組和對(duì)照組之間總質(zhì)量的預(yù)測(cè)變化。

代謝 產(chǎn)物

正常范圍一個(gè)

折疊更改

Δ質(zhì)量b （毫克）

葡萄糖酸

21.5 (8.1–38.8)

11.0

177.1

對(duì)甲酚

46.0 (1.2–118.9)

1.7

14.6

乳酸

12.3 ± 6.2

3.1

10.0

赤蘚糖醇

33.4 (6.8–64.0)

1.2

3.4

乙酰肉堿

2.8 (0.6–7.5)

2.4

3.3

牛磺酸

4.00–159.98

2.5

3.2

尿苷

0.994 (0.637–1.351)

1.8

0.8

纈氨酸

3.0 ± 1.0

1.5

0.8

5-羥基吲哚乙酸

2.9 (0.4–5.8)

1.3

0.7

利比醇

3.5 ± 2.24

0.7

?0.6

琥珀酸

5.6 ± 3.8

0.6

?1.0

肌酸

46 (3–448)

0.3

?17.7

苯乙酰谷氨酰胺

47.03 (3.84–85.51)

0.5

?26.1

果糖

150 (100–200)c

0.7

?37.5

檸檬酸

242.0 ± 129.6

0.8

?39.1

馬尿酸

257 (20–770)

0.5

?96.7

a肌酐的μM/mM值。bBC和正常受試者尿液之間的平均質(zhì)量差異，并使用以下公式計(jì)算：

 Δmass=NR?10?3×Cc×Vu×分子量×（FC?1）

，其中 NR 是此表中報(bào)告的平均值;Cc是肌酐的平均濃度（14 mM）;Vu是平均尿量（0.3 L）;MW是代謝物分子量，F(xiàn)C是折疊變化。cM/24 小時(shí)。

分離腫瘤和尿液的有效屏障的存在以及低腫瘤與宿主質(zhì)量比是質(zhì)疑"直接接觸"理論影響的兩個(gè)雄辯理由。另一種機(jī)制更有可能促成表 3.最明顯的一個(gè)涉及系統(tǒng)性反應(yīng)。事實(shí)上，許多針對(duì)人類(lèi)的早期研究未能發(fā)現(xiàn)早期和局部癌癥患者的顯著代謝變化，這強(qiáng)化了在大多數(shù)后續(xù)研究中觀察到的變異不是因?yàn)榘┌Y本身，而是由全身反應(yīng)決定的表型的表現(xiàn)的可能性[101]。包括整個(gè)身體來(lái)解釋BC在尿液中產(chǎn)生的變化，朝著Doru Paul最近建議的方向發(fā)展，他邀請(qǐng)用一種新的模式取代"腫瘤"范式，該范式側(cè)重于整個(gè)"癌變"生物體[102]。

轉(zhuǎn)到(G)：

5. "癌變"生物體的全身反應(yīng)

Al-Zhoughbi等人提出了一個(gè)關(guān)鍵概念，有助于概念化癌癥在整個(gè)生物體中誘導(dǎo)的代謝變化，即所謂的腫瘤宏觀環(huán)境[103，104]。根據(jù)作者的說(shuō)法，由于三種類(lèi)型的相互作用，腫瘤環(huán)境不斷變化，不同于發(fā)送和接收信號(hào)的細(xì)胞類(lèi)型以及細(xì)胞信號(hào)的空間分布。第一種類(lèi)型涉及癌細(xì)胞與其自身表面的受體結(jié)合釋放的配體。第二種旁分泌相互作用涉及局部生長(zhǎng)因子和抑制劑，定義了腫瘤微環(huán)境。第三種類(lèi)型需要通過(guò)血管生成形成的新血管系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)分泌信號(hào)傳導(dǎo)，是癌癥生長(zhǎng)和進(jìn)展的關(guān)鍵步驟。這種涉及宏觀環(huán)境的機(jī)制允許癌細(xì)胞與其他器官和系統(tǒng)相互作用[103，104]。

內(nèi)分泌信號(hào)傳導(dǎo)解釋了整個(gè)生物體如何與腫瘤一起參與發(fā)展疾病。為此，開(kāi)發(fā)了一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)性致病網(wǎng)絡(luò)，允許分離的癌癥組織與生物體的其余部分之間的通信。該網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生共依賴(lài)性，腫瘤與整個(gè)生物體之間的相互作用誘導(dǎo)癌癥誘導(dǎo)的全身病理網(wǎng)絡(luò)（CISPN）的出現(xiàn)[102]。最近提出了6種全身性標(biāo)志，每種標(biāo)志都通過(guò)不同的CISPN建立，包括原發(fā)性腫瘤、骨髓和遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)系、整體炎癥、免疫抑制、導(dǎo)致惡病質(zhì)的代謝變化、血栓形成傾向和神經(jīng)內(nèi)分泌變化[102]].以下章節(jié)將回顧其中一些以及與BC相關(guān)的不同合并癥。在所有情況下，我們都試圖總結(jié)不同代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)的結(jié)果，并且我們已經(jīng)分析了哪些BC的擬議標(biāo)記可能由于不同的全身反應(yīng)而改變（方案 1).這種交叉檢查尤其重要，因?yàn)锽C患者是高度共病的人群，考慮到他們的年齡和其他疾病、吸煙和體力狀態(tài)差的普遍高患病率[105]。

在單獨(dú)的窗口中打開(kāi)

方案 1

擬議的 BC 尿液生物標(biāo)志物及其在全身反應(yīng)中的潛在參與。縮寫(xiě)：CAC：惡病質(zhì)，HYP：高血壓，ImIn：免疫抑制，IRF：腎功能受損，SIR：全身炎癥反應(yīng)，TN：血栓形成網(wǎng)絡(luò)，5-HIAA：5-羥基吲哚乙酸，PAGN：苯乙酰谷氨酰胺。

全身性炎癥：馬尿酸鹽和乳酸

大量證據(jù)表明全身炎癥反應(yīng) （SIR） 與癌癥患者的腫瘤學(xué)結(jié)局不佳有關(guān)。SIR相關(guān)血液學(xué)生物標(biāo)志物被認(rèn)為是BC患者復(fù)發(fā)和死亡風(fēng)險(xiǎn)分層的潛在信息來(lái)源[106]。這些生物標(biāo)志物之一是中性粒細(xì)胞與絕對(duì)淋巴細(xì)胞的絕對(duì)比值（NLR），這與NMIBC患者的疾病復(fù)發(fā)和進(jìn)展顯著相關(guān)[107]，與NMIBC患者相比，在MIBC患者中觀察到更高的NLR值[108]。

BC與全身炎癥狀態(tài)之間的共存無(wú)疑會(huì)在尿液代謝特征水平上產(chǎn)生影響。其中之一是宿主生態(tài)失調(diào)[109]，它改變了腸道微生物群的組成，并最終影響尿馬糞酸鹽含量[65，110]。這種修飾可能是BC患者尿液中觀察到其濃度降低的主要原因之一[44，46，47，48，49，56，60，61，62，63，65]，正如炎癥性腸?。↖BD）、慢性氏病和潰瘍性結(jié)腸炎所觀察到的那樣[111]].此外，唾液排泄水平與其他系統(tǒng)的功能狀態(tài)有關(guān)，包括排泄系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)[112]。毫不奇怪，在20種類(lèi)型的癌癥中發(fā)現(xiàn)尿馬膿液有顯著改變，可以安全地認(rèn)為是腫瘤類(lèi)型特異性最低的代謝物[113]。

BC 尿乳酸升高 [50，51，56，61，63] 也可與 SIR 相關(guān)。Pietzner及其同事發(fā)現(xiàn)，泌尿乳酸鹽與白細(xì)胞計(jì)數(shù)（WBC）之間存在正相關(guān)[114]，白細(xì)胞計(jì)數(shù)是臨床實(shí)踐中用于評(píng)估炎癥程度的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)志物之一。缺氧條件和免疫細(xì)胞增殖的高能量需求導(dǎo)致乳酸在炎癥部位積聚[76]。該代謝物還調(diào)節(jié)T細(xì)胞的促炎反應(yīng)，并誘導(dǎo)這些細(xì)胞在炎癥部位的捕獲[115]。

免疫抑制：馬尿酸鹽和乳酸

免疫系統(tǒng)的抑制和炎癥的誘導(dǎo)是腫瘤生長(zhǎng)和進(jìn)展的兩個(gè)決定因素[116]。轉(zhuǎn)移性腫瘤細(xì)胞在其表面上釋放含有程序性死亡配體1（PD-L1）的外泌體。用IFN-γ刺激可提高PD-L1水平，抑制CD8 T細(xì)胞功能并促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[116]。在BC的特異性病例中，幾項(xiàng)試驗(yàn)顯示檢查點(diǎn)抑制劑的療效令人鼓舞，均靶向PD1/PD-L1通路[117]。然而，超過(guò)半數(shù)的晚期疾病患者在此類(lèi)治療中未顯示出臨床獲益[118]。因此，有必要找到可以預(yù)測(cè)對(duì)免疫治療反應(yīng)的標(biāo)志物。

至于炎癥，免疫系統(tǒng)和腸道微生物組之間存在相互干擾[119，120]。這種關(guān)系導(dǎo)致微生物群和/或其代謝物可能影響免疫檢查點(diǎn)抑制劑的療效[121，122，123，124]。Hatae等人的工作證明，當(dāng)預(yù)測(cè)非小細(xì)胞肺癌患者的高反應(yīng)時(shí)，來(lái)自微生物組的馬糞酸鹽和其他三種代謝物非常有價(jià)值[125]。雖然沒(méi)有關(guān)于這個(gè)主題的研究，但BC患者的尿水平可能在未來(lái)用于預(yù)測(cè)他們對(duì)免疫治療的反應(yīng)。

一些小組強(qiáng)調(diào)了乳酸作為癌癥患者免疫抑制劑的作用。乳酸水平升高是腫瘤微環(huán)境酸中毒的主要因素。細(xì)胞外環(huán)境中pH值降低會(huì)損害CD8+和CD4+淋巴細(xì)胞的功能（活化、細(xì)胞毒性、趨化性、運(yùn)動(dòng)性和增殖）[126，127]。Brand等人已經(jīng)描述了在免疫抑制中調(diào)節(jié)乳酸介導(dǎo)的活性的機(jī)制：乳酸產(chǎn)生和隨后的酸中毒抑制活化T細(xì)胞（NFAT）的核因子，激活CD8 + T細(xì)胞和NK細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄因子。因此，IFNg的產(chǎn)生減少，IFNg是一種在先天性和適應(yīng)性免疫活性中起關(guān)鍵作用的細(xì)胞因子[128，129]。

高血壓：馬尿酸鹽，檸檬酸鹽，琥珀酸鹽

一項(xiàng)使用國(guó)家健康保險(xiǎn)研究數(shù)據(jù)集的全國(guó)性基于人群的隊(duì)列研究確定高血壓與BC次級(jí)發(fā)展之間存在正相關(guān)關(guān)系[130]。高血壓可減少馬尿酸鹽排泄，正如來(lái)自中國(guó)、日本、英國(guó)和美國(guó)的人群樣本中關(guān)于尿液代謝物表型的研究所證實(shí)的那樣[131]。通過(guò)自發(fā)觀察高血壓大鼠的尿液代謝組，已經(jīng)建立了馬尿排泄與血壓之間的進(jìn)一步關(guān)聯(lián)[132]。

檸檬酸鹽和琥珀酸鹽是三羧酸循環(huán)（TCA）的中間體，它們?cè)贐C患者尿液中的水平降低通常被解釋為腫瘤細(xì)胞中糖酵解與OxPhos的相對(duì)權(quán)重的變化[43，44，50，51，52，56，60，61，62].然而，它們?cè)谌泶x中的作用超出了它們?cè)赥CA中的功能。在血管、心肌細(xì)胞和腎上皮中發(fā)現(xiàn)了琥珀酸鹽特異性G蛋白偶聯(lián)受體[133，134]，表明琥珀酸鹽可以作為細(xì)胞外信號(hào)分子。尿檸檬酸鹽螯合物游離Ca2+，從而防止鈣2+草酸鹽結(jié)晶和腎和膀胱結(jié)石的形成。腎結(jié)石的形成與發(fā)生高血壓的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[135]，Khamaysi等人認(rèn)為這兩種疾病狀態(tài)之間存在分子聯(lián)系，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)復(fù)合物介導(dǎo)并調(diào)節(jié)檸檬酸鹽和琥珀酸鹽的轉(zhuǎn)運(yùn)，第一種與腎結(jié)石形成有關(guān)，第二種與高血壓有關(guān)[136]].此外，在接受根治性膀胱切除術(shù)（RC）和隨后的尿液轉(zhuǎn)移的患者中，尿枸櫞酸鹽濃度可以改變，這在膀胱內(nèi)治療失敗后常規(guī)用于治療高危NMIBC或治療MIBC[137]。在此類(lèi)手術(shù)患者中，腎結(jié)石形成的發(fā)生率相對(duì)較高，導(dǎo)致尿枸櫞酸鹽水平下降[137]。綜上所述，這些結(jié)果表明，TCA以外的全身通路嚴(yán)重影響這兩種代謝物的尿濃度。

腎功能受損：苯乙酰谷氨酰胺，?；撬岷屠野彼?/p>

高達(dá)40%的膀胱癌患者也存在腎功能損害[138]。與腎功能正常的受試者相比，在嚴(yán)重腎功能損害中，苯乙酰谷氨酰胺（PAGN）腎清除率降低了5倍[139]。PAGN濃度與腎功能不全之間的聯(lián)系是基于這樣一個(gè)事實(shí)，即在人類(lèi)中，苯乙酸（PAA）和谷氨酰胺結(jié)合形成PAGN從血漿中的45%增加到尿液中的90%。這些數(shù)值表明，50%的尿液PAGN來(lái)自游離血漿PAA的腎臟偶聯(lián)和/或腎臟對(duì)偶聯(lián)PAA的優(yōu)先濾過(guò)[140]?？紤]到這些數(shù)據(jù)，在不同的BC尿代謝組學(xué)研究中觀察到的尿PAGN降低[46，49，60，63]可能與這種合并癥部分相關(guān)。

?；撬崾堑谝环N作為BC生物標(biāo)志物提出的代謝物[44]。其他研究證實(shí)，該化合物在BC患者[78，89，99，100]和PCa患者的尿液中增加[69]，這排除了其作為特異性BC生物標(biāo)志物的定義。一項(xiàng)關(guān)于急性心力衰竭患者的尿液代謝組學(xué)分析的研究發(fā)現(xiàn)，牛磺酸是檢測(cè)早期腎損傷的最重要變量[141]。需要更多的證據(jù)來(lái)分離?；撬崤判怪杏捎贐C和腎功能損害引起的協(xié)變，以確定其尿液紊亂的原因。

在3項(xiàng)研究中，觀察到BC患者尿液中酪氨酸增加，1項(xiàng)研究中酪氨酸減少[47，56，60，63]。在正常男性和女性的尿液中，酪氨酸和苯丙氨酸均少量排泄，但在晚期腎功能衰竭患者中，這兩種氨基酸的清除率與腎小球?yàn)V過(guò)率的比率增加[142]。這種效應(yīng)可以部分歸因于在尿酪氨酸水平中觀察到的變化。

正如Van等人已經(jīng)指出的那樣，這些例子表明，在定義BC引起的尿代謝特征時(shí)，消除腎臟疾病和其他尿路合并癥的影響的重要性[143]。

血栓形成網(wǎng)路：檸檬酸鹽、纈氨酸

至少20%的癌癥患者在一生中會(huì)經(jīng)歷血栓形成事件，血栓栓塞被認(rèn)為是門(mén)診化療患者死亡的主要原因[144]。事實(shí)上，靜脈血栓栓塞（VTE）可能是本應(yīng)被視為健康的個(gè)體隱匿性腫瘤的首發(fā)表現(xiàn)[145]。癌癥和血栓形成之間的相互聯(lián)系已經(jīng)存在了一個(gè)多世紀(jì)，這取決于這樣一個(gè)事實(shí)，即一方面，癌細(xì)胞支持凝塊的形成，另一方面，凝血蛋白促進(jìn)癌癥的生長(zhǎng)和擴(kuò)散[145]。惡性腫瘤誘導(dǎo)高凝狀態(tài)的主要機(jī)制涉及跨膜糖蛋白組織因子（TF），其通過(guò)與細(xì)胞表面凝血因子VII/VIIa的相互作用激活凝血級(jí)聯(lián)反應(yīng)[146]。

BC患者VTE的風(fēng)險(xiǎn)特別高，轉(zhuǎn)移性疾病患者的發(fā)病率為每100例患者年7.9例[147]。接受RC治療并存在TF陽(yáng)性腫瘤的患者死于疾病的風(fēng)險(xiǎn)是TF陰性患者的3倍[148]。

幾項(xiàng)代謝組學(xué)研究試圖闡明血栓形成的分子基礎(chǔ)[149]。最常顯示水平改變的代謝物是乙酸鹽，檸檬酸鹽，葡萄糖，苯丙氨酸，纈氨酸和3-羥基丁酸鹽。與上述分析的病例一樣，至少有兩種代謝物屬于BC共識(shí)清單表 2，檸檬酸鹽和纈氨酸，也作為這種全身效應(yīng)的生物標(biāo)志物的候選者出現(xiàn)。

惡病質(zhì)和肌肉減少癥：乙酰肉堿，肉堿，檸檬酸鹽，肌酸，谷氨酰胺，乳酸，琥珀酸鹽，?；撬?，酪氨酸，尿苷和纈氨酸

癌細(xì)胞表現(xiàn)出改變的新陳代謝，特別適合獲得足夠的能量和高代謝更新率。這種高能量來(lái)自腫瘤生化途徑，但在整個(gè)生物體上也建立了"代謝獨(dú)裁"，以應(yīng)對(duì)對(duì)底物的需求[150]。通過(guò)這種方式，在不同的組織，腫瘤，肌肉和脂肪以及器官（包括肝臟，胰腺，大腦和腸道）之間建立網(wǎng)絡(luò)[151]。該網(wǎng)絡(luò)配置了一種稱(chēng)為惡病質(zhì)的全局綜合征，該綜合征在癌癥患者中發(fā)病率較高，并且與炎癥直接相關(guān)：細(xì)胞因子如IL-6，TNF-α，IL-1β和TGF-β誘導(dǎo)炎癥和脂肪組織消耗[152，153]。

與肝臟和脂肪量減少但瘦體重不瘦的饑餓不同，癌癥惡病質(zhì)的特征是瘦體重（肌肉減少癥）的喪失，伴或不伴脂肪量損失[154]。肌肉減少癥在BC省的預(yù)后作用是近年來(lái)幾項(xiàng)研究的主題。一般而言，觀察到肌肉減少癥與接受RC或晚期BC無(wú)法手術(shù)的患者預(yù)后不良有關(guān)[155，156]。代謝方面，肌肉減少癥與葡萄糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝有關(guān)[157]。實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明，這些代謝改變?cè)从谀[瘤誘導(dǎo)的宿主代謝變化，而不是腫瘤本身的代謝活動(dòng)[101]。

Yang等人分析了癌癥惡病質(zhì)、預(yù)惡病質(zhì)（體重減輕<5%）、體重穩(wěn)定型癌癥和健康對(duì)照組患者的血清和尿液代謝特征，發(fā)現(xiàn)45種代謝物是導(dǎo)致所有這些組間差異的原因[158]。9種代謝物的指示表 2因?yàn)锽C的生物標(biāo)志物與Yang等人在研究中列出的生物標(biāo)志物一致：肉堿，檸檬酸鹽，肌酸，谷氨酰胺，乳酸，琥珀酸鹽，酪氨酸，尿苷和纈氨酸。例如，測(cè)試組之間的乳酸水平不同：體重穩(wěn)定的癌癥組相對(duì)于健康和癌癥惡病質(zhì)組，乳酸水平均升高，但低于惡病質(zhì)前組[158]。事實(shí)上，乳酸濃度顯示出這些變化，使其成為一種非常不特異性的標(biāo)志物，并且在體重穩(wěn)定性或體重減輕方面高度依賴(lài)于BC組的組成。

在另一項(xiàng)研究中，Stretch等人使用代謝組學(xué)來(lái)預(yù)測(cè)晚期癌癥患者的骨骼肌和脂肪量變化[159]。他們列出了一系列對(duì)照組，以將癌癥特異性代謝判別因素與與瘦肉和脂肪質(zhì)量變異相關(guān)的代謝差異區(qū)分開(kāi)來(lái)。受試者必須進(jìn)入禁食狀態(tài)，對(duì)蛋白質(zhì)攝入量進(jìn)行分層，或在測(cè)量前提供標(biāo)準(zhǔn)化的蛋白質(zhì)攝入量，并分為預(yù)定義的瘦肉和脂肪量[159]。正如Yang等人的研究一樣，許多代謝物來(lái)自表 2被發(fā)現(xiàn)與體重的變化有關(guān)，包括乙酰肉堿，牛磺酸，肌酸，琥珀酸鹽，乳酸和酪氨酸。

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6. 結(jié)語(yǔ)

盡管人們非常期待使用尿液作為發(fā)現(xiàn)BC標(biāo)志物的特別受歡迎的生物流液，但尚未發(fā)現(xiàn)該生物體液中擬改變的代謝物或代謝物組具有足夠的敏感性和特異性來(lái)替代膀胱鏡檢查進(jìn)行BC診斷[160，161，162]。盡管與其他疾病的研究相比，研究的數(shù)量仍然很低，但這并不是唯一的缺點(diǎn)。本綜述討論了這種失敗背后的一些問(wèn)題。必須注意標(biāo)準(zhǔn)化組的組成，其地理來(lái)源和飲食，考慮的腫瘤類(lèi)型，并精細(xì)調(diào)整技術(shù)細(xì)節(jié)。關(guān)于實(shí)施NMR和基于MS的代謝組學(xué)的一系列方法學(xué)建議可以在Dinges等人的綜述中找到[113]。

關(guān)于BC引起的尿液代謝特征變化的最終原因，我們強(qiáng)調(diào)了"癌變"身體的全身反應(yīng)。該分析補(bǔ)充了大多數(shù)代謝組學(xué)BC論文的解釋?zhuān)饕谥苯臃从吃谀蛞褐械哪[瘤生化失衡。雖然腫瘤和尿液之間代謝物交換的貢獻(xiàn)可以對(duì)低濃度化合物起重要作用，但近年來(lái)觀察到的代謝水平變化的大小和對(duì)癌癥的大量緊密關(guān)聯(lián)的全身反應(yīng)增加了全身反應(yīng)的可能性。當(dāng)追求對(duì)癌癥代謝途徑的生物學(xué)理解時(shí)，必須同時(shí)考慮腫瘤代謝和全身反應(yīng)，以合理化觀察到的代謝變異。然而，這可能還不夠，將結(jié)果與其他組學(xué)領(lǐng)域（如基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)）以及不同類(lèi)型的樣品（如組織和血清）相結(jié)合可能至關(guān)重要。

尋找特定代謝物，其改變代表腫瘤細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的事情將需要將注意力集中在濃度較低和特異性較高的化合物上。事實(shí)上，使用尿液作為液體活檢的概念主要是指檢測(cè)無(wú)細(xì)胞腫瘤核酸和其他腫瘤衍生物質(zhì)[163]。另一種方法是使用含有miRNA和IncRNA的尿細(xì)胞外囊泡，這有望獲得診斷性生物標(biāo)志物[164]。在這種情況下，代謝組學(xué)的作用還有待發(fā)現(xiàn)。

Quandt等人回顧了使用腫瘤活檢與外周生物標(biāo)志物在癌癥免疫治療臨床決策中的應(yīng)用中的大多數(shù)"利弊"[165]。它們非常適合評(píng)估使用尿液發(fā)現(xiàn)BC生物標(biāo)志物的潛力和缺點(diǎn)。組織活檢是黃金標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗鼈冊(cè)试S對(duì)感興趣的原發(fā)部位進(jìn)行原位分析，并提供腫瘤微環(huán)境的空間分辨率。相反，該方法是高度侵入性的;患者通常不適合進(jìn)行必要的外科手術(shù);需要進(jìn)行連續(xù)評(píng)估，結(jié)果嚴(yán)重依賴(lài)于腫瘤異質(zhì)性。外周生物流體，如血清或尿液，可以通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)提供標(biāo)志物;連續(xù)評(píng)估很容易;它們可以在整個(gè)生命周期內(nèi)受到監(jiān)控;樣品以較低的成本制備，并且患者和健康志愿者可以輕松獲得材料。它們反映的系統(tǒng)特征可以緩解腫瘤異質(zhì)性，因?yàn)槿址磻?yīng)可以是同質(zhì)化特征。有許多缺點(diǎn)，包括缺乏空間分辨率，缺乏對(duì)生物流體反映宿主 - 腫瘤相互作用或全局系統(tǒng)后果的程度以及它們是否真正代表腫瘤異質(zhì)性的知識(shí)。最后一個(gè)約束可能是根據(jù)BC患者的代謝特征為其尋找最佳治療方法時(shí)的限制。

通過(guò)將非侵入性生物標(biāo)志物引入NMIBC治療和隨訪的常規(guī)臨床實(shí)踐中，可以預(yù)見(jiàn)到疾病管理的新范式。它包括改善早期診斷、預(yù)后、選擇有效治療和在整個(gè)生命周期內(nèi)的隨訪（方案 2).主要的好處將是降低治療和隨訪的成本，并且由于這些標(biāo)志物的非侵入性特征，對(duì)患者的生活質(zhì)量產(chǎn)生積極影響?？紤]到COVID-19大流行導(dǎo)致的實(shí)際緊急情況，納入這些藥物具有更大的意義，這導(dǎo)致膀胱鏡檢查的等待時(shí)間大幅增加，延誤了診斷并降低了監(jiān)測(cè)質(zhì)量[166]。因此，有人提出，尿液生物標(biāo)志物在診斷和預(yù)后中的作用必須擴(kuò)大其在疾病管理中的作用[167]。對(duì)于從事代謝組學(xué)工作的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)可以取代當(dāng)前金標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試或提高其選擇性的尿液代謝標(biāo)志物仍然是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。除其他障礙外，彌合基礎(chǔ)研究與臨床實(shí)踐之間的差距仍然是一個(gè)需要克服的巨大障礙，這是加倍努力的最重要的方向。

在單獨(dú)的窗口中打開(kāi)

方案 2

一種新的NMIBC管理范式，利用非侵入性代謝生物標(biāo)志物作為當(dāng)前臨床實(shí)踐指南的補(bǔ)充[168]。縮寫(xiě)：BCG：Bacillus Calmette-Guèrin，TURBT：膀胱腫瘤的經(jīng)尿道切除術(shù)。

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作者貢獻(xiàn)

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