【分析】南京大学刘震教授团队Chem. Sci.：机器学习助力的顺式二羟基类代谢物指纹图谱描绘实现原发性肝癌精准诊断

来源：南京大学刘震教授课题组

原发性肝癌是我国常见的恶性肿瘤之一，临床上对其进行早期诊断的方法多基于甲胎蛋白这一疾病标志物，可是较低的诊断特异性和对价格高昂的抗体的需求始终制约着这类方法的发展。顺式二羟基类代谢物是包括核苷在内的一类重要小分子物质，其参与调控生命体中许多基础且重要的生理学过程。原发性肝癌的发生与转移均伴随着剧烈的顺式二羟基类代谢物重编程过程。对血清中顺式二羟基类代谢物进行深度指纹图谱鉴定并探索其作为原发性肝癌早期诊断标志物的潜力具有重大临床应用价值。然而，由于体内顺式二羟基类代谢物的低丰度和高结构异质性、生物样本严重的基质干扰以及现有方法对靶向代谢组学信息挖掘的有限覆盖度等因素，对血清中顺式二羟基类代谢物进行深入分析并探索其作为疾病标志物的潜力仍然具有挑战性。

鉴于此，南京大学刘震教授团队在前期开发硼酸亲和材料 (Chem. Soc. Rev., 2015, 44, 8097– 8123. Acc. Chem. Res., 2017, 50, 2185–2193.) 的基础上构建了硼酸固相亲和微萃取-溶剂挥发辅助富集-纳升喷雾电离质谱平台，可以高覆盖度的对微量血清样本进行顺式二羟基类代谢物指纹图谱测定。同时，借助机器学习算法对获得的顺式二羟基类代谢物进行统计筛选，可以有效提取用于原发性肝癌精准诊断的特征信息并开发相应的诊断模型（图1）。可以预见的是，机器学习助力的集成质谱平台将为面向精准医学的重要靶标发现与新颖诊断方法开发提供坚实支撑。

图1. 硼酸亲和萃取-溶剂挥发辅助富集-纳升喷雾电离质谱法以及机器学习辅助的诊断方法开发示意图

通过相应质谱方法的开发，作者对不同来源（原发性肝癌患者，甲、乙、丙型肝炎患者和健康人）的血清样本进行了顺式二羟基代谢物指纹图谱测定。根据不同顺式二羟基类代谢物的p值和差异倍数关系，结合偏最小二乘回归分析等算法，构建了诊断特异性和灵敏性均优于传统甲胎蛋白标志物的新诊断模型（图2）。

图2. 对不同来源（原发性肝癌患者，甲、乙、丙型肝炎患者和健康人）样本进行血清顺式二羟基代谢物指纹图谱测定结果以及相应肝癌早期诊断模型的开发

该研究成果近期在线发表在Chemical Science 杂志上，刘震教授为本文的通讯作者，博士研究生李鹏飞为文章的第一作者。该研究得到了国家科技部重点研发项目、国家自然科学基金委重点项目以及南京大学卓越计划的经费资助。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Machine learning-empowered cis-diol metabolic fingerprinting enables precise diagnosis of primary liver cancer

Pengfei Li, Shuxin Xu, Yanjie Han, Hui He and Zhen Liu*

Chem. Sci., 2023, DOI: 10.1039/d2sc05541d

通讯作者介绍

刘震教授南京大学

南京大学特聘教授，博士生导师，国家杰出青年基金获得者，英国皇家化学会会士。1998年于中国科学院大连化学物理研究所获博士学位。2000-2002年，日本兵库大学日本学术振兴会（JSPS）特别研究员；2002-2005年，加拿大滑铁卢大学博士后。2005年获聘南京大学教授，2006年起任博士生导师，2008年入选教育部“新世纪优秀人才”， 2011年-2014年任加拿大滑铁卢大学工程学院兼职教授，2014年获国家杰出青年科学基金，2016年入选江苏省“333高层次人才”。英国皇家化学会会士、中国化学会高级会员、美国化学会会员，兼任国际分子印迹学会理事会理事、中国质谱学会常务理事、中国化学会色谱专业委员会委员、中国化学会质谱专业委员会委员、中国生物化学与分子生物学会蛋白质组学专业委员会委员、《Analytica Methods》和《Encyclopedia of Analytical Chemistry》副主编、《Electrophoresis》、《Separation Science Plus》、《Journal of Chromatography Open》、《分析化学》、《质谱学报》和《色谱》等杂志编委。主要从事分子识别、亲和分离、疾病诊断、单细胞分析和癌症纳米治疗等研究，主持国家重大科研仪器项目和基金委重点项目等国家级科研项目10余项，已在Chemical Society Review，Accounts of Chemical Research，Angewandte Chemie International Edition，Nature Protocols，Adcanced Science, ACS Nano和Chemical Science等期刊上发表论文180余篇，目前h因子54，主编及合著著作2部，出版专章7章，获授权专利15项。2011年和2017年先后获中国分析测试协会科学技术奖一等奖共2次，2016年获Phenomenex & Analytical Scientist联合颁发的科学人文奖银奖。2020年荣获美国化学会测量科学进展讲座奖。

https://www.x-mol.com/university/faculty/67633

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