垂体腺瘤是鞍区病变常见类型之一，占鞍区病变的83%，尸检中发现率高达20%~30%。部分垂体腺瘤可表现出侵袭性，容易导致术后复发。分泌型垂体腺瘤分泌过量激素，可导致情绪障碍、性功能障碍、不孕、肥胖、面容改变、高血压、糖尿病和心脏病，还有部分垂体卒中患者可突然出现严重头痛、视力快速下降、呕吐、垂体功能减退。而发生率更高隐匿的亚临床卒中，缺乏典型的临床症状，无功能型早期症状不明显，加上缺乏特异性高的检测标志物，易被忽视及误诊。到临床症状明显时，人体内分泌代谢早已紊乱。而通过代谢组学这种新方法对生物体内小分子代谢复合物进行分析鉴定，不仅能进行差异代谢物的鉴定，寻找疾病的潜在生物标记物，还能了解内源性代谢途径和病理过程，建立垂体腺瘤完整生物信息库。本文就代谢组学技术在垂体腺瘤中的应用现状进行综述。

　　一、代谢组学的概念

　　（一）代谢组学概念的由来

　　代谢组学最初由Nicholson等提出。早期不同领域的人们对代谢组学有不同理解，主要表现在代谢物组学和代谢组学之分。

　　代谢物组学是指运用高通量的分析方法对全部的小分子代谢物进行的定量测定，其研究对象是静态的代谢物，主要描述样本代谢物的整体特征。代谢组学是指对生命体系因环境刺激、病理生理扰动、基因改变等引起的体现为所有代谢物动态应答的系统性测量，目的主要是在实验组与对照组间寻找差异的代谢物。虽然两者间有细微的差别，但目前两者在实践中经常交替使用，目前运用最多的代谢组学是指定量测量生物体正常情况下、受环境影响、受病理生理刺激、基因修饰后等所产生的与时间相关的小分子代谢产物的一门科学，具有动态性、实时性、整体性。其主要研究对象是各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物，代谢物是指生命过程中所产生的低分子量（一般指低于2000000）反应产物或中间体。代谢组是对一个处于特定生理和发育状态的细胞中所有低分子量代谢物（分子量通常<1000000）的定量补充。代谢组学研究的样本主要是尿液、血浆或血清、唾液、腹水、脑脊液、前列腺分泌物、细胞和组织的提取液等。研究步骤包括样品制备、代谢物分离、检测与鉴定、数据分析与模型建立，其中代谢物的检测、分析与鉴定是其技术的核心部分。

　　（二）代谢组学的分类

　　根据不同研究目的，代谢组学研究策略可以分为非靶向代谢组学和靶向代谢组学。靶向代谢组学即对感兴趣的代谢物进行定量分析，需要设定分析标准，利用稳定同位素作为内标来检测相关微量代谢物是目前常用的方法之一，而非靶向代谢组学不针对特定的代谢物，其研究对象为生物样本中所有内源性代谢物，不具备检测微量代谢物的灵敏度，仅提供代谢物的相对水平。根据研究层次，Fiehn把代谢组学分为代谢物靶标分析、代谢轮廓谱分析、代谢指纹分析、代谢物组学4个层次，代谢物靶标分析是为了直接研究任何改变（比如基因突变）后的主要效应，对特定的底物和相应编码酶直接产物进行分析的方法，其主要目的是用于筛选；代谢轮廓谱分析是指对代谢组中的混合物进行定量和定性分析；临床上有时不必要对所有的代谢物水平进行分析，而只需要根据他们起源和生物学意义进行分类，这种过程称为代谢指纹分析。

　　二、代谢组学实验技术

　　目前常用的代谢组学分析工具包括质子核磁共振（protonnuclearmagneticresonance，1HNMR）、气相色谱质谱联用（gaschromatography-massspectrometry，GC-MS）、液相色谱质谱联用（liquidchromatography-massspectrometry，LC-MS）。其他的还有如毛细管电泳质谱（capillaryelectrochromatography-massspectrometry，CE-MS）和超临界流体色谱法（supercriticalfluidchromatography，SFC）等。质谱分析的基本原理是使样品中各组分电离生成离子束，进入质量分析器聚焦而得到质谱图像，从而确定其质量。在进行质谱分析之前色谱分离技术必不可少，这不仅可提高电离和离子化效率，并且能定量和提高分辨率。每种分离技术有其独特的优点，但也存在着不足之处。1HNMR是早期整体代谢分析中运用占主导地位的分析工具，凭借其对样品无破坏性、样品制备简单、无偏向性、能定性和定量等优点，早期广泛运用在各个领域，并取得了辉煌的成果，但也存在着灵敏度较低，动态线性范围有限的缺陷。随着分析技术的进步，目前新出现的色谱分离技术中运用最广泛是GC-MS和LC-MS，其优点在于高分辨率、高灵敏度和高选择性的特点。

　　GC-MS主要针对的是热稳定性和易挥发性极性低的代谢物，需要在高温下汽化分离分子进行检测，而大多数代谢产物极性强挥发性低如氨基酸和糖类物质，因此需要进行衍生化处理使其易挥发而易于检测。

　　LC-MS，特别是高效液相色谱（highperformanceliquidchromatography，HPLC）和超高相色谱技术（ultraperformanceliquidchromatography，UPLC）能更大范围内分离小分子，其覆盖范围广，已成为研究小分子物质不可缺少的工具。液相色谱不需要对样本进行衍生化处理，特别适合极性强难挥发的样本。

　　CE-MS主要运用在靶向代谢组学中，特别适合极性离子化的分子，CE在代谢组学上的运用正逐步扩大，因其在信息技术上未达到稳定性，在非靶向代谢组学还未被广泛采用。

　　无论什么样的分离技术都是必不可少的，如果不采用色谱分离，直接输注进行MS，可能得出未知的分子数、浓度和性质，并且电离和离子化效率差，受到广泛的离子抑制而无法鉴别同种分子的异构体。

　　三、代谢组学与基因组学、蛋白组学的关系

　　代谢组学是组学技术中的新方法，是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后的又一重要发展。随着分析化学的发展，代谢组学技术逐渐被重视，其在肿瘤和神经系统疾病中越来越体现出运用价值。

　　基因到代谢是逐步放大的过程，传统的研究着眼于由上而下（基因型-表型）的研究方法。但由于机体的生理功能错综复杂，不同的基因产物间还存在千丝万缕的相互作用，重建生物信息网络，还需要对能直接影响疾病表型的小分子代谢物进行研究。随着基因组规模的人类代谢网络研究的出现，现阶段系统生物学已经向从小分子代谢物着手的由底向上（表型-基因型）研究方向转变。其中蛋白质组学与代谢组学不仅理念相同，还具有许多相同的研究方法。蛋白质是基因编码的产物，对机体生理功能有着重要的作用，可以在不同代谢路径上降解为多种中间体和底物。由于基因到蛋白质过程中存在翻译后修饰等处理，部分蛋白质的变化不能意味着细胞内该蛋白活性的改变，还存在蛋白通路间相互作用，靶点难以定位等缺点，不同蛋白可产生相同的代谢物，某个蛋白的变化，对代谢流和表现型影响很小。目前对垂体腺瘤基因和蛋白质已经做了大量深入的研究，但是仅凭单一组学平台的研究是不完整的，只有相互结合才能完整的说明疾病的发病机制，找到潜在的生物学标志物。

　　四、代谢组学技术在垂体腺瘤中的运用

　　（一）激素尿液代谢物的检测

　　Lee等运用GC-MS对27例女性催乳素瘤患者和31例正常对照组的21种雄激素、肾上腺皮质类脂醇、20种雌激素的尿液代谢物进行了分析，实验组中的尿17-酮类固醇和所有雌激素代谢物浓度增高，△5/△4-类固醇与5β/5a-氢类固醇之比较对照组增高，而和雌激素相关的前体代谢物和代谢产率无差异，结果表明催乳素水平的增加可以直接影响尿液类固醇的分泌和代谢，这可能是由于泌乳素水平增高而降低了5a-还原酶和3b-羟类固醇脱氢酶的活性，5a-还原酶和3b-羟类固醇脱氢酶参与类固醇激素代谢和转化。Tomlinson等对缺乏典型临床表现的1例20岁库欣病患者的尿液中的皮质醇代谢产物，使用GC-MS进行分析检测，结果发现四氢皮质醇+allo-四氢皮质醇/四氢皮质酮之比（THF+allo-THF/THE）下降，表明11β羟基类固醇脱氢酶1型（11β-HydroxysteroiddehydrogenaseType1，11β-HSD1）存在缺陷，这种酶能将非活性的糖皮质激素转化为有活性的皮质醇，从而不表现出库欣疾病的典型临床表现。对缺乏典型临床症状的库欣病患者应警惕11β-HSD1可能存在缺陷。代谢组学技术可鉴定未知代谢物，发现潜在生物标志物，Suzuki等年对库欣综合征患者与对照组的尿液分别用色谱分析鉴定17酮类固醇含量，发现库欣综合征患者出现了明显的未知高峰，用毛细管气相色谱法对其分析发现其位置位于11β-羟基雄甾之前，进一步使用气相串联质谱分析法仍不能区分，通过对其分子式的推断并合成其物质，再用气相色谱和气相色谱质谱鉴定，确定这种未知峰为3a、11β-DH-A。虽然这种新发现的代谢物质是否是库欣综合征的标志物需要进一步的深入研究，但是，这为人们对疾病的认识和发现新的可靠的生物标志物提供了新思路。

　　（二）垂体腺瘤血液样本中的代谢组检测

　　Oklu等对8例库欣病患者通过双边岩下窦采血方法得到16个血浆样本，确定存在垂体源性的作为实验组，把病变对侧非垂体源性作为对照组，分别用LC-MS进行代谢谱分析，评估了259种代谢产物，发现了3种具有显著变化的小分子复合物，分别是吡哆酸盐、脱氧胆酸、三甲基己二酸二甲酯。这些潜在的生物标志物对阐明肿瘤生物学起到一定的帮助，对垂体腺瘤的诊断和术后预后的判断也具有重要的意义。国内学者臧清策运用LC-MS技术的代谢组学方法，对临床溴隐亭耐药型和敏感型垂体泌乳素腺瘤患者的血浆开展了溴隐亭耐药性研究，发现了64个血浆代谢物的含量存在显著性差异，鉴定出其中21个差异性代谢物结构，进一步分析发现1-磷酸二氨销氨醇、C16鞘氨醇、1-脱氧C14二氨銷氨醇、1-脱氧二氢鞘氨醇等9个潜在耐药标志物具有较高的诊断准确性。

　　（三）腺垂体细胞代谢物检测

　　Kriz等使用GC-MS对颅内多种类型肿瘤的类固醇硫酸酯酶（steroidsulfatase，STS）和磺酰转移酶（sulfotransferase，SULT）活性进行了测定，发现STS活性在脑膜瘤和神经胶质母细胞瘤最高，而在垂体腺瘤中最低，而SULT在垂体腺瘤中的活性最高，垂体腺瘤中的SULT/STS较高的比率特征可能是脱氢表雄酮影响其促凋亡和抗增殖的能力。Takamori等运用二乙氨乙基-葡聚糖凝胶A-25和薄层色谱法技术调查了生长激素3细胞系中的神经节苷脂的成分，发现了其包含有两种不同的岩藻糖神经节苷脂FG1和FG2，并用快速原子轰击质谱光谱和质子核磁共振光谱法确定其结构，当分别用1nmol/L17β雌二醇、10nmol/L表皮细胞生长因子、300nmol/L胰岛素处理生长激素3，这种岩藻糖神经节苷脂表达增加并诱导生长激素3细胞向正常细胞分化。同时免疫细胞化学和流式细胞仪显示，这些神经节苷脂数量的变化是在细胞内而不是在细胞表面，结果也表明岩藻糖神经节苷脂细胞内部变化和生长激素细胞的分化密切相关，有助于认识腺垂体细胞分化和个体发育。Mcphail等使用高效液相色谱法对用血管阻断剂（5，6-dimethylxanthenone-4-aceticacid，DMXAA）处理生长激素3泌乳素瘤大鼠后的5-羟色胺代谢产物5-羟色胺酸进行测定，5-羟色胺酸作为抗血管作用的替代标志物，同时通过动态磁共振的Ktrans值和综合钆-时间曲线下面积评估肿瘤血管渗透性和血流量，结果发现在200mg/kg剂量的处理后，尽管5-羟色胺酸显著增加，而Ktrans值和增强曲线下初始面积没有任何下降，这值得研究者们关注动态MRI评估肿瘤对DMXAA的效用性问题。

　　（四）评估肿瘤增殖性

　　Stadlbauer等运用1HNMR结合组织病理学、外科手术中的发现对垂体大腺瘤的增殖和出血等进行了调查研究，结果发现未出血的大腺瘤中胆碱代谢物的浓度和细胞增值标记物（Ki-67）增殖指数之间具有强正线性相关，而出血的患者中的未抑制水峰半峰全宽值不同，可能是由于含铁血黄素影响磁场的均匀性，结果表明1HNMR作为无创检测技术对评估垂体腺瘤增殖性及出血情况具有一定临床意义。

　　五、展望

　　对所有技术平台而言，都不能单独覆盖生物体内的所有代谢产物。不同代谢组样本间（如尿液、血液、组织细胞等）的代谢物质也不尽相同，仅凭单一的样本分析整体生物学是不可靠和不完整的，对代谢组的研究价值有限。结合血液、组织细胞及分泌物、尿液等多样本平行研究，整合不同分析平台的代谢组学研究方法是代谢组学发展趋势。