文摘
介绍。Aerodigestive鳞状细胞癌(即ASCC)构成全球癌症死亡的主要原因。患者通常表现为先进,不治之症,所以新方法检测早期疾病是一个研究重点。代谢物定量是适合即时分析和可以执行在呼吸和唾液等为代理人。这个系统综述的目的是总结进展为代谢组学研究中,重点是方法学质量的关键评估和报告。方法。系统在线文献检索进行了识别研究报告为代谢生物标记。本文是按照建议进行Cochrane图书馆和驼鹿指南。结果。三十个研究包括2117名患者包括在审查中。大酒店所有出版物为代表的生物标志物的发现研究,没有验证他们的发现在一个独立的群体。有异质性研究设计和方法和报告质量。敏感性和特异性较高的食管和头颈部鳞状细胞癌相比在肺鳞状细胞癌。这些癌症的代谢表型相似,就像代谢物组的动力学相比血液、组织、和呼吸/唾液浓度。放松管制的氨基酸代谢最常报道的主题。结论。代谢物分析表明承诺诊断性能,尤其是对食管和头颈为亚型,表型相似。然而,在研究设计缺陷导致研究之间的矛盾。最终以支持未来的研究和临床应用,这些局限性进行了讨论。
1。介绍
aerodigestive呼吸道鳞状细胞癌(即ASCC)构成一个主要全球卫生负担,每年大约有430万新发病例和260万人死亡(1]。穷人生存与为反映了他们经常推迟医疗专家表示,这样的治疗,许多患者不适合治疗(2- - - - - -5]。虽然在早期诊断为配合的能力是与改善长期生存,目前战略诊断性能不足和不推荐在国家的指导方针。还有一个未满足的临床需要开发可靠的无创性和具有成本效益的方法为配合的早期检测。
为配合来自nonkeratinising复层鳞状上皮衬里上消化道(嘴唇降低食管)和呼吸道。这个方便的位置显示为适合非侵入性测试使用呼吸和唾液。利用蛋白质组学和基因组学历来在诊断研究的前沿。然而,这些技术提供单主题的信息和不太适合即时技术所需的大型应用程序(6]。代谢物可能更有吸引力,因为他们是适合的采样和可翻译现场即时分析工具(7]。例如,在上消化道腺癌(其他主要为亚型),呼出代谢物展示了前景检测治疗的疾病阶段(8- - - - - -10]。然而,进步在这个领域一直受到标准化不足、不一致的质量保证,和演进分析技术(11- - - - - -14]。
这个系统综述的目的是总结进展为代谢组学研究。具体目标是(我)评估方法学质量,(2)总结了歧视性的性能提出代谢生物标记,和(3)来描述新兴代谢这些癌症的主题。
2。材料和方法
2.1。文献检索
本文着手识别所有测量的研究之间的差异代谢物为患者和相关的控制。依法进行了系统的文献检索建议Cochrane图书馆和驼鹿指南(15]。以下数据库搜索:通过OvidSP Medline(1946年至今),奥维德Embase (1947 - 18th2019年1月),Cochrane图书馆。三个字符串使用以下搜索条件:使用生物标志物;代谢组学;代谢分析;挥发性有机化合物;核磁共振光谱学;质谱;和鳞状细胞癌。所有的拼写的变化包括使用通配符字符截断搜索词和“相关文章”功能和布尔操作符或结合使用。详细的搜索策略是提供一个补充文件。 The reference lists of identified articles were also searched to identify other potentially relevant studies.
两个独立的评论者(YMG PB)筛选所有的标题和摘要的研究确定的主要电子搜索。潜在的相关文章的全文检索为包含评估资格。纳入研究的特征是那些代谢组学技术识别生物标记为进行首次治疗人类主题。研究被排除在外,如果他们报道混合癌症亚型,结果分别为无法确定。研究没有报告命名为生物标志物,动物和体外研究,研究发表在英语和评论文章和会议摘要也排除在外。第三个审稿人(SA)咨询的分歧。
2.2。定义
代谢组学的定义是“全球和无偏的定义补充biofluids小分子的组织,器官,或生物”(16]。被定义为一种天然的生物标记物分子,明显不同的疾病状态。为配合包括肿瘤影响口腔鳞状上皮,口咽,肺和食管。
2.3。结果测量
提取下列数据项包括出版物:出版,原产国,研究设计,招聘时间,总数量的参与者,肿瘤的起源、生物标志物阶段,肿瘤分期、分析平台使用,样品类型,确定数量的化合物,化合物指出增加/减少的癌症,统计分析,预测模型使用,敏感性和特异性,接受者操作特征(ROC)曲线下的面积由诊断模型。
2.4。统计分析
统计分析了使用R(3.2.1版本,统计计算的R项目,http://www.r-project.org)。使用的敏感性、特异性和ROC曲线下的面积由个人发布模型,进行了二元荟萃分析创建汇集点估计的层次结构的总结ROC曲线VOC分析按照之前验证方法(17]。
2.5。代谢物的分析
所有代谢物鉴定分类根据京都基因和基因组的百科全书(KEGG)途径,使用路径分析和统计分析模块在MetaboAnalyst version 4.0。代谢物决定明显增加或减少在每个研究选择。数据预处理包括人类代谢组数据库名称核对(HMDB),数据检查和缺失值。参数用于分析这些数据的超几何检验群体分析和relative-betweenness中心测试路径拓扑分析基于KEGG通路图书馆(18- - - - - -20.]。正常化使用加权的方法确定代谢物进行增加/减少的鳞状细胞癌(SCC)每个样本类型。每个化合物的平均比例确定被分析化合物的总数的比例确定每代谢物类研究中,除以总数量的化合物中确定总在每个网站鳞状细胞癌亚型,乘以总数的研究;这种化合物被发现在图1。
2.6。质量评估
研究质量评估了三种工具:第一,质量评估的诊断准确性研究了(QUADAS-2)清单21)来评估方法论的偏见。第二,诊断精度研究的报告标准(标准)清单22,23)是用来评估综合报告临床诊断工具的质量。第三,化学分析工作小组- (CAWG)代谢组学标准倡议(MSI)标准被用来作为这个集中在代谢组学研究的元数据质量报告(14]。CAWG-MSI代谢物鉴定水平被用来概括研究的识别严谨:1级(最自信,至少两个正交分析数据类型,例如,保留时间,同位素标签),2级(一个数据类型、光谱相似商业库),三级(一个数据类型相关的光谱或化学性质)。
3所示。结果
系统文献检索标识共有30个研究组成的共2117例1144年诊断为(图2)。表中提供包括研究的细节1。所有研究阶段我发现生物标志物的研究。30包括的研究中,有18个是来自亚洲和远东地区(8,9,11- - - - - -26从欧洲),727- - - - - -33从北美),三34- - - - - -36),和两个从中东(37,38]。为肿瘤的网站确定头部和颈部( ),食管( ),和肺( )。大多数的研究癌症患者相比正常对照组和或温和的条件16,25,26,28,29日,34,38- - - - - -43]。
液相色谱质谱分析(质)是最常用的分析平台( )其次是气相色谱质谱(gc - ms), )。这些研究中使用的样本类型组织( ),唾液( ),等离子体( ),尿液( ),和呼吸( )。几项研究使用一个以上的分析平台(34,35,38,40和/或样本类型进行分析34,35)(表1)。八个研究使用有针对性的方法,和22个研究的诸多方法。所有使用没有针对性的研究方法一般覆盖大范围的确定代谢物,包括小脂肪酸较大的醣脂类和碳水化合物的代谢产物。只有五个研究发现挥发性化合物(26,30.,36- - - - - -38]。
3.1。质量
评估结果的偏差和适用性进行分析与QUADAS-2(表1)。QUADAS-2分为风险的偏见:病人选择、诊断测试,参考标准,病人流和时机。此外,这个测试调查病人选择的适用性,诊断测试和系统评价参考标准。有一个整体的低风险的偏见这些诊断测试和高适用性的研究审查的问题。在这个QUADAS-2分析,病人流的性质和时间的样本分析至少报道研究综述( )(16,28- - - - - -30.,33,36,39,40,44]。
一般报告临床诊断工具的质量评估标准清单(表1)。报道研究标准分数范围从21岁到37岁平均为29.4(±4.76南达科他州),得分最高的是41岁。超过75%的研究报道纳入和排除标准,描述了参考测试和标准,和潜在的偏见报道和分析的诊断准确性。然而,超过三分之二的研究未能清楚地证明病人招聘协议,具体来说,患者如何识别和招聘,招聘的性质,例如,连续或随机系列(22,37,40,41,45- - - - - -47)样本量估计(35,42,48),参与者流(24,31日,35,39,49,50,不良反应结果的诊断工具。
报告的临床人口并没有一致的在每一个研究。30的研究中,只有10充分报道所有临床统计(28,30.,34,35,38,41,43,47,49,51),13日报道至少病人年龄、性别、和临床阶段(16,25,26,31日,36,39,40,42,45,46,48,52,53]。七个研究没有报道的差异代谢物轮廓在不同肿瘤阶段(24,27,29日,32,36,37,46]。在这七个研究中,四个癌症和癌之间相比差异代谢剖面军团(24,27,32,37]。
控制不同大多数正常组织样本的定义分析,在张等人指定控制相邻正常组织样本至少5厘米的肿瘤网站(54)与其他五个组织研究,使用相邻的正常对照组(26,29日,45,46,53没有展示适当的组织间隙)。所有30个研究综述中,只有Shoffel-Havakuk等人良性患者组织学用作控制(37]。没有组织研究使用正常患者样本内腔病理,也就是相关的代谢领域的影响存在于endolumens [55]。各种排除标准给出了控制捐赠者的特征,包括过去一周内使用非甾体类抗炎药物,抗生素治疗和消费的具体食品、粘膜疾病的历史,长期的和/或系统性疾病如糖尿病、自体免疫疾病,心脏疾病,感染,和肝脏疾病。26研究涉及biofluids或呼吸健康志愿者控制使用,另外一个使用良性疾病患者(24,25,27,28,30.- - - - - -43,46- - - - - -49,51,52,56,57]。健康志愿者的定义是基于历史研究(6)或内腔(18研究)的研究。
报告在代谢组学数据集的元数据评估使用CAWG-MSI [14)(补充表2)。最低的摘要报告元数据列于表1。20 30的研究包括在这个系统回顾使用相对量化的化合物(16,24,25,28,29日,31日,33- - - - - -38,40- - - - - -43,45,48,49,5210],同时包括提供绝对量化研究的化合物(27,30.,32,39,46,47,51- - - - - -53,56]。尽管报告的可用性指南代谢组学分析,只有三个研究报道大于50%的CAWG-MSI标准(34,39,52]。总体而言,研究报告样品制备,实验分析和仪器性能好。然而,绝大多数(80%)没有提供方法验证数据(16,24,25,27,28,30.- - - - - -38,40- - - - - -42,45- - - - - -49,51,52,54,56]。13个研究分析代谢物的相对量化确定使用内部标准或正常结果,以便仪器变化(16,24,25,29日,33- - - - - -36,40- - - - - -42,45,49]。六的10个研究使用绝对量化不报告的准确性或精密仪器的验证数据的方法(30.,44,46,47,51,56)在两个10个研究报告量化和检测方法的限制(39,52]。在30个研究中,只有12个声明的证据数据预处理(25,29日,33,34,36,37,40,41,43,45,48,49]。水平一,二,三代谢物鉴定报告在925,27,30.,32,36,39,40,46,52),15 (16,24,26,29日,33,34,37,42,43,45,47,49,51,56,58),6 (28,31日,35,38,41,48)的研究,分别。只有两个30项研究报告的统计方面建议的CAWG-MSI指南(59]。
3.2。歧视性的特点
最高灵敏度的食管鳞状细胞癌(OSCC)诊断报告的张等人在97.4%与95%的特异性和AUC 0.988 (44]。金等人报道最高的特异性为96.67%,敏感性为90%,AUC 0.964 (42]。最高的敏感性和特异性肺鳞状细胞癌(LSCC)贫穷与翰达岛等人报道的最高灵敏度97.4%28)和Sanchez-Rodriguez等人报告最高的68%,特异性的AUC 0.7 [30.]。最高的灵敏度、特异性和AUC报道了头颈部鳞状细胞癌(HNSCC): 100%, 96.7%,分别和0.997(表1)。但是,没有组织随后验证独立军团的初步结果。6研究的报道 ,高风险的偏见不是现在和CAWG-MSI代谢物鉴定1级或2。
3.3。代谢的主题
总共有181种代谢物鉴定与浓度的增加或减少患者为正常对照组相比,他们(补充表3)。这些化合物被确定的样本类型包括组织、血浆、尿液、唾液和呼吸。大多数是氨基酸、羧酸或脂肪酸,这些组织通常会发现,唾液,和血浆样本。最常见的代谢产物鉴定是维生素、含氮和硫的化合物(补充图1)。六十八种化合物,改变为在多个研究报告。这些代谢物选择基于代谢物被识别癌症中增加或减少在不同的研究。其中,27个化合物被发现参与氨基酸和脂质代谢(补充表4)。所有生物标志物显示一致的增加或减少在样例类型在不同的研究(见补充表3和4)。
一个特别管制途径是支链氨基酸代谢(BCAAs,见图3和4和补充表3)。有36个显著差异BCAA的浓度,下游或其代谢产物,在12个研究[25,28,34- - - - - -36,39- - - - - -41,43,45,46,49]。偏见的QUADAS-2风险很低九这些研究[34- - - - - -36,40,41,45- - - - - -47,49]。五这些研究是质量好,公平的质量评估的标准清单。一项研究报告所需的最小元数据从CAWG-MSI清单39]。这12个研究中,两个一级代谢物鉴定报告(35,39),7个级别2(报道25,28,36,41,43,45,60),和三个三级代谢物鉴定报告(34,40,46]。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。解剖位置对代谢的影响主题
LSCC ( )最低数量的代谢物类OSCC相比( )或HNSCC ( )(图3)。常见的代谢物被识别为网站都是氨基酸、脂肪酸、碳水化合物、含氮化合物和有机酸。OSCC和HNSCC似乎证明相似的代谢而LSCC(见图3和4)。主要代谢途径一般管制在OSCC和HNSCC有关氨基酸动员,吸收,和聚合;脂质合成;和替代能源。所有12个研究表明BCAA放松管制是OSCC或HNSCC。这些化合物是增加在组织和唾液减少癌症患者的血浆。BCAA的分解产物,alpha-ketoisocaproic酸(KIC) alpha-ketoisovaleric酸(KIV)和alpha-ketomethylvaleric酸(KMV)三个代谢组学研究中被报道35,42,48与OSCC和HNSCC有关。然而,设计和报告异质性意味着这些位点专一的结果应该被谨慎地靠近,并进一步详细分析并没有执行。
3.5。Biosample类型对代谢的影响主题
有一个总体积极的偏转代谢物的比例存在于组织,为患者的唾液、尿、呼吸和负偏差在等离子体(图3)。这对氨基酸尤为明显。代谢物在为唾液样本比等离子体更类似于组织。特别是,增加BCAAs被确定为患者的组织和唾液。相比之下,等离子体BCAAs在为降低血浆和尿液中不确定或呼吸。这一趋势也指出在其他氨基酸。BCKAs减少为等离子体的病人,但脂肪酸的比例增加和减少类似的组织样本。然而,设计和报告异质性意味着这些sample-specific结果应该被谨慎地靠近,并进一步详细分析并没有执行。
4所示。讨论
本系统评价概述进展为代谢生物标记研究。本文的主要结果是(我)有利OSCC诊断代谢生物标记物的性能检测和HNSCC但不是LSCC汇集分析、(2)共享OSCC的代谢特征和HNSCC,和(3)建议KEGG一致的作用的氨基酸代谢途径为配合。此外,比较样本类型表明代谢物经常枯竭的循环和富集在肿瘤组织和细胞腔的代理人,暗示为生物标志物动力学模型。从设计的角度来看,合理的临床方法和报告质量标准,但分析方法和报告的质量通常是一个贫穷的标准,也没有研究在这两个方面表现异常。
为配合都有高死亡率由于晚期疾病检测。目前,没有任何子类型的筛选策略支持政治支持足够的精度和质量。汇集分析确定研究的检测为给曲线下面积(AUC) 0.927灵敏度为85.7% (95% CI 78.9 - -92%),分别为。这个诊断性能为多现有筛查项目如粪便隐血检测结直肠癌和颈细胞学筛选试验,目前相关敏感性和特异性较低(61年,62年]。虽然一个探索性的研究通常是自然没有广泛的验证,这些结果是令人鼓舞的,表明代谢生物标记为可以提供新颖的识别高危人群筛查工具,这些努力可以发展高质量验证研究提供了适当的权力。发现六项研究报告最高的AUC值有很好的临床设计和使用有针对性的代谢组学方法表明方法论的严谨和假说驱动的代谢组学产生最好的结果。
歧视性的性能和代谢主题、HNSCC和OSCC集群远离LSCC,暗示这些癌症的潜在生物学更适合代谢生物标记研究。HNSCC和OSCC通常来自于居民鳞状细胞,而LSCC源自化生的鳞状细胞,也许解释LSCCs的相对代谢异质性。此外,基因组研究表明LSCC有别于HNSCC和OSCC [63年- - - - - -65年]。尽管如此,相对较低的量化代谢物LSCC表明这癌症需要进一步研究,可能使用类似的分析方法从最好的OSCC / HNSCC研究。
尽管没有针对性使用权重占多重性方法,研究设计的异构性和质量,和缺乏独立验证,综合生物投机性的解释观察到的代谢差异。一个例外是BCAA的新陈代谢,这是一个一致的主题为亚型。有36个显著差异BCAA下游或其代谢物浓度,在12个研究[25,26,28,34- - - - - -36,41- - - - - -43,46,56,66年]。这是远远超过任何其他代谢物组。为组织样本中增加BCAAs观察四个研究[26,36,45,53],减少BCAA水平cancer-blood样本中观察到的两项研究[42,56]。这些差异通常是显而易见的。这表明吸收BCAAs为反对浓度梯度。BCAAs构成人类蛋白质的35 - 40%,因此必需氨基酸快速分裂细胞中蛋白质合成所必需的(67年]。他们也有额外的proproliferative效果。例如,亮氨酸强有力地激活了哺乳动物雷帕霉素靶复杂1 (60,68年- - - - - -70年)和BCAA脱氨基作用是谷氨酰胺对替代能源的主要来源68年,71年]。因此,BCAA代谢正成为转型的关键调解人和治疗在许多恶性肿瘤包括其他鳞状上皮癌72年,73年),目前在为找到一致的BCAA的重组需要进一步有针对性的研究。
代谢组学生物标志物分析在过去的15年里,已经有相当大的演进,进步是反映在设计包括研究的异质性。分析设计的关键评估使用CAWG-MSI通常显示一个低标准。相比之下,只有6个研究包括在本文展示了可怜的标准/ QUADAS-2成绩(分数小于25),指示一个合理的临床设计和质量报告(补充表1)。代谢组学研究的一个关键问题是代谢组学之间的妥协覆盖率和明确的化合物鉴定。几项研究使用的诸多方法(16,25,26,28,29日,31日,33- - - - - -38,40- - - - - -43,45,47- - - - - -49,51,53)或多个平台(3,8,9,12增加代谢组报道,虽然没有使用超高覆盖技术,如傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR)。没有研究没有达到他们的目标,或夸大了他们的结论;然而,这表明为代谢物尚未探索的重要方面。六项研究,进行有针对性的方法达到1级识别感兴趣的化合物(27,30.,32,39,46,52),和两个只有商用光谱库用于进一步的研究确认他们感兴趣的化合物(24,56]。
此外,我们的评论强调以下复发的缺点在当前为代谢组学文学:(i)缺乏一个清晰的样本容量计算;(2)病人的描述招聘的不足和临床的元数据描述;(3)可怜的描述方法验证;(iv)不一致的质量保证,尤其是复制分析;(v)生物标志物性能经常报道多变量模型而非临床指标;和(vi)缺乏模型验证数据,使用内部交叉验证,或独立验证组或研究。使用CAWG-MSI清单在研究设计将有助于减轻这些问题[14]。
一个潜在的限制,更多的病人包括综述晚期疾病( )而不是早期疾病( ),通常只是报道的病例组合而不是亚组分析。通常,临床的工作动机是早期癌症检测,这似乎与测试数量丰富的晚期疾病,没有亚组分析。然而,大多数这些研究在三级中心进行设置,这意味着病人通常有治疗途径。因此,观察到的代谢差异可以检测治疗的疾病,为进一步的研究提供了一个平台动力检测真正早期疾病。还应该指出的是,超过半数的文章进行了综述在中国和日本,不得适用于西方人群。
5。结论
本文总结使用代谢物鉴定为患者进展。在方法和质量有显著的异质性;然而,尤其是对OSCC HNSCC,代谢物为微创诊断带来希望。这两个为亚型有相似的代谢表型,放松管制的氨基酸代谢特别明显。比较分析不同样品类型建议endolumen氨基酸的动力学模型。帮助未来的研究的发展和最终临床翻译,总结复发性方法论的缺陷必须加以解决,尤其是对分析设计。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这个项目是由英国医学研究理事会,英国。资金/ S022112/1先生参考号码是。
补充材料
补充信息补充图1:不同biosamples确定化合物类的比例。补充表1:摘要的质量评估。补充表2:基于CAWG-MSI代谢元数据的质量评估准则。补充表3:所有代谢物的完整列表,化学类,研究发现他们在biosamples增加或减少。补充表4:总结补充表中列出代谢物明显不同3。(补充材料)