為什么都是多組學(xué)發(fā)的高分文章，我只想做代謝組學(xué)可以發(fā)高分嗎？
答案當(dāng)然是 Yes。接下來Lavender就為大家分享由大連物化所許國旺老師課題組發(fā)表在HEPATOLOGY上面的一篇文章。
百趣代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，文章的題目為：A Large-Scale,Multicenter Serum Metabolite Biomarker Identification Study for the Early Detection of Hepatocellular Carcinoma。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—摘要
HCC（肝細(xì)胞癌）是全球較致命的惡性腫瘤之一，全球約有50％的新病例和死亡相關(guān)的肝癌發(fā)生在中國。目前HCC在高危人群中的早期診斷仍然具有挑戰(zhàn)性，所以發(fā)現(xiàn)新型標(biāo)志物是一個迫切的需求。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享， 該實驗通過納入1448名受試者，采用LC-MS分析技術(shù)，鑒定并驗證到了一組新型的肝癌組合代謝標(biāo)志物：甘氨酸膽酸、苯丙酰色氨酸。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—實驗設(shè)計
圖1 實驗設(shè)計NC：正常對照；Cir：肝硬化；CHB：慢性乙型肝炎；HCC：肝細(xì)胞癌；S-HCC：小肝細(xì)胞癌； GSC：胃癌；ICC：肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌
①訓(xùn)練集包含108個樣本，用來發(fā)現(xiàn)候選biomarker。
②測試集包含684個樣本，用來測試候選biomarker，找到潛在biomarker；其中S-HCC樣本用來評估早期肝癌的代謝標(biāo)志物。
③ 驗證集中572個樣本組成的隊列1用來建立代謝物組合回歸模型，并分別評價他們的診斷性能。隊列2是一個巢式病例對照研究，將建立好的組合回歸模型應(yīng)用到cohort2隊列中，再次評估這個生物標(biāo)志物組合對于HCC的預(yù)測能力。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—研究方法
血清樣本收集
禁食過夜后，6:00-8:00 am收集臨床血清樣本
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—檢測平臺
訓(xùn)練集，測試集：ACQUITY UPLCTM + Q-Trap 5500
驗證集：LC (Nexera x2)-MS (TQ8050)
數(shù)據(jù)庫：home-developed database(>2000) , HMDB, metlin
By the way，這里的訓(xùn)練集和測試集檢測用到了擬靶向的方法。
圖2 擬靶向檢測原理（Shili Chen,Guowang Xu,et al. Pseudotargeted Metabolomics Method and Its Application in Serum Biomarker Discovery for Hepatocellular Carcinoma Based on Ultra High-Performance Liquid Chromatography/Triple Quadrupole Mass Spectrometry,analytical chemistry）
之前Biotree也曾推出擬靶向檢測的案例分享，大家感興趣的話可進(jìn)鏈接深度閱讀（文獻(xiàn)分享 | 從SWATH到MRM：一種新型高覆蓋度靶向代謝組學(xué)技術(shù)）
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—數(shù)據(jù)分析
SIMCA-P：PCA，PLS-DA
Multi Experiment Viewer: Wilcoxon Mann-Whitney test，Benjamini-Hochberg-based false discovery rate
SPSS：Binary logistic regression，correlation analysis
Metaboanalyst：pathway analysis
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—研究結(jié)果
訓(xùn)練集篩選差異代謝物
圖3 (A)訓(xùn)練集的total PCA (B)多元變量統(tǒng)計結(jié)果 (C)單變量統(tǒng)計分析結(jié)果
結(jié)合多變量統(tǒng)計分析和單變量統(tǒng)計分析，后來篩選到17個候選biomarker。
篩選驗證潛在biomarker
首先考察這17個差異代謝物在測試集HCC VS NC, HCC VS Cir, S-HCC VS NC, and S-HCC VS Cir這四組對比中眾有顯著差異，并且上下調(diào)趨勢是否與訓(xùn)練集一致，從而在17個代謝物中篩選到了8個差異化合物。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，最后再結(jié)合二元logistic回歸分析，篩選到一組標(biāo)志物組合：Phe-Trp, GCA。
圖4 血清代謝物組(2-Meta)、AFP和兩者聯(lián)合的ROC分析
在訓(xùn)練集和測試集中分別計算該標(biāo)志物組區(qū)分肝細(xì)胞癌和肝硬化的ROC，AUC值分別達(dá)到0.93.和0.892，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于AFP的診斷能力。而如果與甲胎蛋白聯(lián)用的話，則能表現(xiàn)出更高的診斷靈敏度。 代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，另外測試集的數(shù)據(jù)也顯示，在區(qū)分小肝細(xì)胞癌和肝硬化的時候，該標(biāo)志物組相對于AFP有較高的診斷敏感度和相似的診斷特異性。而肝硬化是患小肝細(xì)胞癌的高危人群，在臨床上很難鑒別，該標(biāo)志物組的發(fā)現(xiàn)對于早期肝癌的發(fā)現(xiàn)具有顯著意義。
驗證集數(shù)據(jù)也與訓(xùn)練集測試集的結(jié)果類似，相比AFP，該代謝物組表現(xiàn)出了較高的診斷能力。
圖5血清代謝物組（2-Meta），AFP和兩者聯(lián)合在HCC和S-HCC中的診斷性能比較
另外我們也可以看到，對于具有HCC和S-HCC的AFP假陰性（AFP <20ng / mL）的患者，該組的診斷準(zhǔn)確度能夠大幅度提升。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，基于這些結(jié)果逐步鑒定并驗證了HCC診斷的生物標(biāo)志物。
巢式隊列研究
圖6 血清代謝物組（2-Meta），AFP和兩者聯(lián)合在臨床診斷前預(yù)測HCC的表現(xiàn)
驗證隊列2收錄了84個樣本，進(jìn)一步評估代謝物組。標(biāo)志物組的敏感度能達(dá)到80%-70.3%，并且從3年前到1年前的數(shù)據(jù)可以看到，它對臨床前HCC的診斷的敏感性是持上升趨勢的。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，而與AFP結(jié)合使用的話，能夠大幅度提升它的診斷特異性。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—關(guān)聯(lián)分析
圖7 臨床指標(biāo)與代謝物的相關(guān)性分析
關(guān)聯(lián)分析的結(jié)果可以看出，幾種膽汁酸水平與天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶，丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶，總膽紅素，直接膽紅素和間接膽紅素水平呈正相關(guān)，與總蛋白和白蛋白水平呈負(fù)相關(guān)。代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，Phe-Trp，5-羥色胺，肌醇，膽堿，牛磺酸等的水平則顯示出相反的關(guān)系。而這些不同代謝物的水平與BMI，AFP水平，年齡和性別無關(guān)。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享—結(jié)果與討論
這項研究從多個中心招募了1448名受試者，對這些樣本進(jìn)行代謝組學(xué)LC-MS/MS檢測，并結(jié)合多變量和單變量的統(tǒng)計分析，鑒定驗證到了一組生物標(biāo)志物：phe-trp和GCA，能夠顯著提升HCC的診斷敏感度和特異性。并且該生物標(biāo)志物組可以識別AFP假陰性患者，并從高風(fēng)險人群中區(qū)分患有S-HCC的患者，其診斷性能優(yōu)于AFP。
代謝組學(xué)文獻(xiàn)分享，本研究另一個獨特的方面是巢式病例對照研究的驗證。該標(biāo)志物組隨時間表現(xiàn)出的診斷敏感度增加趨勢符合HCC的臨床進(jìn)展，并且敏感性和特異性與AFP互補(bǔ)，可在臨床診斷前篩查來自高危人群的臨床前HCC。