[发明专利]作为癌症标志的甲基乙二醛

说明书

本发明公开了用于人或动物受试者中癌症的新的、可靠的、灵敏的和便利的操作诊断和预后试验。发明人在本文中首次证实，具有癌症的受试者的生物样品中甲基乙二醛(methylglyoxal)(MG)的水平增加与具有代谢活性的癌细胞发育和进展高度正相关。这一结果强调，癌细胞产生和释放显著高于肿瘤和生物体细胞外液中正常细胞的MG的量，因此，能够从独特的血样中获得癌症的可靠和灵敏的诊断和预后试验。本发明由此涉及用于早期检测和诊断癌症以及用于在具有癌症的受试者中预后评价、监测和作出治疗决定的体外方法；其通过测量MG的存在来进行。

背景技术

随着在全世界被诊断为癌症病例数量的逐步增长和因该疾病晚期发现导致的死亡数量持续增高，鉴定用于早期检测和靶向治疗干预的新生物标志(biomarker)被广泛接受为对癌症预防和经治疗的癌症患者中的更好结果是决定性的。癌症是全世界第二位死亡率最高的原因，其中肺癌、结肠癌、乳腺癌(女性)、胰腺癌和前列腺癌(男性)最常见。

目前，最常用的癌症诊断和预后指示剂基于肿瘤的形态和组织学特征，因为没有可利用的具有足够用于诊断的灵敏度和特异性的血液生物标志；且仅存在少量生物标志用于癌症的治疗监测和预后评价。

美国食品与药品监督管理局(FDA)已经将生物标志定义为分子特征，它被客观测量和评价并且指示正常生物过程、致病过程或对治疗干预的药理学响应。这样的生物标志可以由肿瘤自身或身体对正常细胞转化成癌性的恶性压力作出响应而产生。根据美国国立癌症研究所(NCI)，生物标志可以用于癌症筛查、风险度评价、疾病的早期诊断、监测、预后评价、作出治疗决定和预测对疗法的响应。

然而，限制这种肿瘤学生物标志潜力的主要挑战在于，癌症发生和加速增长和肿瘤发展是复杂的过程，其涉及各种异常遗传和外遗传的分子事件和细胞相互作用。

恶性转化导致特异性和非特异性表型细胞特征(signature)改变，由此导致生物体中癌细胞的克隆选择和进展。此外，癌症可以因暴露于多种和不同环境致癌剂，例如化学物质、辐射和/或微生物中导致；尤其是在易感宿主中(Belpomme等人,Environ Res 2007；Irigaray和Belpomme,Carcinogenesis 2010)。

作为致癌过程的如此复杂性的结果，肿瘤在病因学和发病机制中广泛改变，因此，癌症由超过200种侵害超过60种人体器官的不同的疾病组成。这种复杂性也是为什么尽管许多生物测定寻找临床肿瘤终点与生物标志之间的相关性，但是仍然几乎没有临床有用的生物标志(这些生物标志有助于肿瘤科医生作出决定和患者护理)的原因，和无关键的可利用的可以检测所有甚至许多类型癌症的单一生物标志的原因。本发明通过提供新的单一生物标志协调了许多这些局限，所述生物标志允许通过在患者/受试者的生物样品中进行简单测量来检测许多类型的癌症。这种测量非常具有再现性；以便检测癌症，甚至在早期阶段。

本发明基本上在于测量代谢副产物甲基乙二醛(MG)的产生水平，其通过检测和定量来自受试者的生物样品中这种分子的量来进行。

图1是显示真核细胞中糖酵解代谢过程和甲基乙二醛(MG)形成的示意图。

能量的完整糖酵解途径是厌氧的(不使用氧)。需氧条件中的正常细胞进入Krebs三羧酸(TCA)循环而产生腺苷三磷酸(ATP)；而仍然在需氧条件下，Warburg效应引导许多癌细胞而不是进入Krebs TCA，从而增加糖酵解(即“需氧糖酵解”)。在糖酵解过程中，MG途径绕过传统的糖酵解恩布顿-迈耶霍夫-帕纳斯途径并且是代谢盲路(cul-de-sac)；因此，这种途径导致作为废物终产物/副产物的MG和D-乳酸盐形成，而糖酵解恩布顿-迈耶霍夫-帕纳斯途径导致丙酮酸盐形成，然后在需氧条件中导致Krebs TCA或在厌氧条件中由丙酮酸盐形成L-乳酸盐。作为在许多癌细胞中的情况，Krebs TCA或呼吸链中的任何缺陷通过二羟丙酮磷酸盐形成增加来增加糖酵解以补偿ATP产生和随后的MG形成。

图1bis显示人癌细胞系(HCT16)的培养基中MG的产生取决于在培养基中存在低或高葡萄糖浓度。通过使用液相色谱法-串联质谱法(LC-MS/MS)分析对条件培养基(CM)进行MG定量。相对于在低葡萄糖条件而言，在高葡萄糖条件下，癌细胞产生10倍更高的MG，发现如下启示，癌细胞的MG合成和释放直接取决于葡萄糖消耗和代谢。