结直肠癌细胞模型代谢异质性的比较代谢组学解析：脂质代谢与辅酶A合成的通路特异性重塑

《Hormones & Cancer》：Comparative metabolomics reveals specific metabolic signatures in colorectal cancer cell line models

　　本研究针对结直肠癌（CRC）细胞模型存在的代谢异质性难题，通过非靶向代谢组学技术（UHPLC-MS/MS）系统对比HT-29、Caco-2和SW480三株常用细胞系的代谢特征。研究发现三类细胞在细胞内及胞外代谢物组成上存在显著差异，筛选出25个关键差异代谢物，并揭示甘油磷脂代谢、醚脂代谢及泛酸与CoA生物合成三条通路为核心紊乱通路。该研究为CRC代谢异质性提供了分子层面的证据，强调多细胞模型验证在机制研究与转化应用中的必要性，对优化临床前实验设计具有重要指导意义。

　　

结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）作为全球第三大高发恶性肿瘤，其晚期患者五年生存率长期处于低位，肿瘤异质性被认为是导致治疗抵抗与预后差异的核心因素之一。近年来，代谢重编程（metabolic reprogramming）被确立为癌症的新标志之一，在CRC的发生、发展与治疗抵抗中扮演关键角色。尤其值得注意的是，CRC展现出复杂的代谢异质性——不仅存在于不同分子分型（如CMS1-CMS4）之间，甚至在相同分型的肿瘤细胞内也可能出现显著代谢差异。这种异质性直接影响肿瘤对治疗的响应，特别是针对代谢通路的靶向治疗策略。

在基础研究中，体外细胞系模型因操作便捷、可重复性强而成为不可或缺的工具。HT-29、Caco-2和SW480是三株广泛使用的CRC细胞系，然而它们在代谢特征上的内在差异常被忽视。例如，Caco-2细胞具有肠上皮细胞分化特性，而SW480在三维培养中表现出更强的糖酵解通量。这些差异不仅反映细胞系的生物学特性，还可能影响药物敏感性测试等实验结果的可靠性。尽管代谢组学技术已成为揭示癌症代谢特征的有力手段，但针对常用CRC细胞模型的系统性代谢对比研究仍较为缺乏。

为解决上述问题，李满山等人发表在《Discover Oncology》的研究开展了针对HT-29、Caco-2和SW480三株细胞的非靶向代谢组学分析。该研究采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）技术平台，结合多变量统计分析（主成分分析PCA、偏最小二乘判别分析PLS-DA），从细胞内和胞外代谢物两个层面系统比较了三类细胞的代谢谱差异。

关键技术方法包括：通过80%甲醇/水溶液提取细胞内代谢物，冷甲醇沉淀法处理细胞上清液；利用UHPLC-MS/MS在正负离子模式下分别检测代谢物，色谱分离采用HILIC XP和BEH Amide柱；通过MetaboAnalyst 6.0进行数据预处理、多元统计分析和通路富集分析；代谢物鉴定基于mzCloud、HMDB数据库的MS/MS谱匹配。

代谢指纹图谱的特征

研究首先通过PCA分析评估了三类细胞系在正负离子模式下的代谢谱分离情况。正离子模式下，细胞内和上清样本的PCA模型均能清晰区分三类细胞（PC1+PC2>88%），且组内样本聚集紧密，表明代谢谱具有高度可重复性。负离子模式下虽仍能区分细胞系，但SW480细胞的样本分布较为分散，提示不同检测模式可互补反映代谢特征。

差异代谢物的筛选

PLS-DA模型进一步验证了三类细胞系的代谢差异。所有模型的拟合优度（R²>0.999）和预测能力（Q²>0.87）均表现优异，且置换检验p值<0.05，表明模型未过拟合。通过火山图分析（p<0.05, VIP>1）结合二级质谱鉴定，共筛选出25个差异代谢物（16个细胞内、9个胞外）。

差异代谢物的趋势分析

热图和箱线图显示，三类细胞系在代谢物积累模式上存在显著异质性。HT-29细胞中长链酰基肉碱（如棕榈酰肉碱）和磷脂类（如溶血磷脂酰胆碱LysoPC(O-18:0/0:0)）显著富集；SW480细胞特异性积累甘油磷脂LPG(16:0)和脱磷酸辅酶A（Dephospho-CoA）；Caco-2细胞则上调氨基酸衍生物（如甲基缬氨酸）和核苷相关代谢物（如胞苷-5'-二磷酸胆碱CDP-choline）。胞外代谢物中，HT-29分泌大量GDP-葡萄糖和胆碱，而Caco-2独特积累精氨琥珀酸和三高蛋氨酸。

代谢通路分析

通路富集分析识别出11条显著紊乱的代谢通路，其中甘油磷脂代谢（p=0.0004）、醚脂代谢和泛酸与CoA生物合成通路（影响值>0.05）为核心差异通路。可视化网络图显示，HT-29细胞中磷脂代谢节点（如PE O-36:6）活跃，SW480细胞富集CoA合成前体，Caco-2细胞则偏向胆碱磷脂合成路径。

讨论与结论

本研究通过代谢组学揭示了CRC细胞模型的内在异质性，发现差异代谢物与细胞系的遗传背景密切相关。例如，HT-29（CMS3型、BRAF突变）呈现脂代谢亢进特征，而Caco-2和SW480（均为CMS4型）虽同属间质亚型，但SW480的KRAS突变可能驱动其CoA通路活化以增强抗氧化应激能力。这些差异可能解释为何相同化疗方案（如奥沙利铂+西妥昔单抗）在不同细胞系中疗效迥异。

研究强调，基于单细胞系的实验结论可能存在局限性，在机制研究和药物开发中需采用多模型验证策略。未来可进一步探索特定代谢通路（如CoA合成）与表型（如放疗抵抗）的关联，为靶向代谢异质性的治疗提供新方向。该研究建立的CRC细胞代谢特征数据库，将提升临床前实验数据的可比性与可重复性，对推进精准医学研究具有重要意义。