乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，严重影响女性的身心健康甚至危及生命。早期发现的五年生存率达到99%，而晚期五年生存率仅有25%。所以对乳腺癌的早期诊断和治疗显得尤为重要。基因变异是乳腺癌的主要特点，但是基因组下游的代谢改变目前尚不清楚。

上海市第六人民医院转化医学中心团队与美国著名癌症机构City of Hope 癌症中心合作，利用代谢组学技术开展了乳腺癌疾病的代谢特征分析，发现所有乳腺癌患者血清天冬氨酸水平呈现显著下降的一个代谢变化，该研究成果可能为临床乳腺癌的诊断和治疗提供重要的生物标志物。

研究首先对一批70名包含有白种人、黑种人以及亚洲人在内的乳腺癌患者和健康对照者进行了血浆代谢标志物的筛查，发现乳腺癌患者与健康对照相比，有225种代谢物的代谢表达是不同的，其中有31种代谢物可以将乳腺癌患者和健康对照明显区分开。这些代谢物分别涉及到三羧酸循环、氨基酸、脂质和核苷酸代谢等代谢途径。其中氨基酸代谢途径变化最为显著，尤其是天冬氨酸，与乳腺癌具有较强的相关性。天冬氨酸不仅可以区分乳腺癌和健康对照，还可以有效区分I-II期的早期乳腺癌和健康对照，将它作为乳腺癌诊断标志物的灵敏度和精确度均趋于100%。这一结果进一步在另外428例包含了白种人、黑种人以及亚洲人等不同种族的包括乳腺癌和健康对照的样本中都得到了验证。将血清天冬氨酸作为诊断标志物在其他种类的癌症（超过100例的结直肠癌和胃癌）中进行验证，其诊断灵敏度为0，提示天冬氨酸下降在乳腺癌中具有明显的特异性。而在乳腺癌组织中，天冬氨酸及其相关代谢物（天冬酰胺和核苷）的水平明显高于非肿瘤组织，乳腺癌细胞中亦显示天冬氨酸的代谢水平比正常乳腺细胞显著增高，同时天冬氨酸转氨酶（AST）的活性明显改变。这一研究结果提示乳腺肿瘤细胞的代谢需要从血液中吸收天冬氨酸，致使血清天冬氨酸水平的下降以及肿瘤组织中天冬氨酸水平的上升成为它的一个重要代谢特征。

天冬氨酸通过草酰乙酸转氨后形成，在体内是一种非必需氨基酸，它参与尿素循环，有利于体内氨的清除。同时天冬氨酸也是嘧啶从头合成的重要底物，在NADH穿过线粒体内膜进行氧化磷酸化的过程中发挥着重要的作用。肿瘤的快速生长势必伴随着核酸生物合成的增加，所以肿瘤组织对天冬氨酸的利用也随之增加，导致血液中天冬氨酸和草酰乙酸水平的下降。而乳腺癌细胞中高水平的天冬氨酸与AST的活性实际上是密切相关的，AST可以将天冬氨酸的氨基转移给α-酮戊二酸形成草酰乙酸和谷氨酸，是乳腺上皮细胞转化和生长不可缺少的，因此，AST也成为了抗乳腺癌药物的靶点。此外，天冬氨酸的水平高低还受到天冬酰胺合成酶的调节。乳腺癌组织中，胰岛素样生长因子1和2（乳腺癌发展的重要调节因子）的过表达导致天冬酰胺合成酶表达的增加，进而引起天冬酰胺水平和天冬氨酸水平的改变。
该研究揭示了不同种族的乳腺癌患者血清天冬氨酸水平均明显下降，乳腺癌组织以及细胞中天冬氨酸的水平则明显升高。研究结果提示，作为一种特征性的代谢变异，天冬氨酸缺乏可能成为乳腺癌诊断的潜在的生物标志物。

原文出处：
Guoxiang Xie, Bingsen Zhou, Aihua Zhao, Yunping Qiu, Xueqing Zhao, Lana?Garmire, Yurii B. Shvetsov, Herbert Yu, Yun Yen, Wei Jia. Lowered circulating aspartate is a metabolic feature of human breast cancer. Oncotarget. 2015, 6(32): 33369.