恶性肿瘤组织光谱细胞信息研究与进展(1)

1、恶性肿瘤组织光谱细胞信息研究与进展(1)【摘要】 20世纪80年代以来，生物组织的光谱研究发展迅速，特别是在肿瘤学的基础研究、早期诊断、临床治疗等方面显示出巨大的发展前景。随着肿瘤光谱的深入研究，肿瘤学研究从分子学水平进入到原子、电子水平研究，并取得了较好的进展。【关键词】 恶性肿瘤 光谱 诊断 每一种物质都有其特征性光谱。对人体组织、细胞的光谱测定主要针对构成这些物质的蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物的振动、构型、构象特征，它能精确的反映出生物组织的重要信息和微细变化。它在肿瘤的形成研究中提供了重要的研究途径；在肿瘤的早期诊断上提供了无损伤、准确的良好解决方案；同时为肿瘤的治疗提供了一条全新、

2、有效、无损伤、无毒副反应的可行方法。现综述如下。 1 肿瘤光谱信息研究历史 1905年爱因斯坦提出了著名的光电效应，认为紫外线在照射物体表面时，会将能量传给表面电子，使之摆脱原子核的束缚，从表面释放出来，因此爱因斯坦将光解释成为一种能量的集合-光子。1943年薛定谔1在讲演中提到“生命是什么”，引进了“负熵”概念，企图用物理学上的概念解释生物能量代谢与生命相关方面的关系；威纳关于生物控制论的论点，认为生物的正、负调控及其他的重要调控方式，是由信息的接收、变换、贮存和处理四部分组成。他们由此奠定了生物物理学的基础，同时也开创了生物学和物理学广泛联系的先河。1962年B.Pullman2指出电子活

3、动性在生物上的重要意义，认为辅酶在很大程度上是由这种共轭体系所构成的；1976年，A.Szent3提出电子生物学与癌，认为生命的精确调控是由电子决定的；1984年，VaWade4提出的细胞功能网络关系的整体本质是细胞信息的网络调节。近10年来，以电子生物学为基础的肿瘤光谱与细胞信息的研究快速发展。在生命体时、空、量的多维体系中，通过进行生物物质的光谱信息的研究，了解正常组织与肿瘤组织或细胞的定性、定量关系及了解其间结构与构象的唯一性，指出了肿瘤诊断和治疗的新途径。2004年李显勇4等人提出了恶性肿瘤投影学说，认为癌症是一种细胞病，一种信息功能障碍性疾病，其功能障碍能用光谱理论进行有效的解释，并

4、运用光谱理论建立了新的治疗方法，指出了治疗恶性肿瘤的新途径。 2 光谱细胞信息在肿瘤诊断的作用 用于人体组织细胞结构与构象观察的主要方法有傅立叶变换拉曼光谱、红外光谱技术（NIRS）及激光光谱，它们的共同特征是对构成细胞的蛋白质、脂类、碳水化合物和核酸等主要物质的空间结构、构象和组成情况进行微观分析，如：对骨架磷酸基因脱氧核糖碱基的破坏及氢键断裂测定，DNA单链和双链断裂测定，RNA的构像测定等的测定方法简单、灵敏和准确。 正常组织和细胞与癌变的组织和细胞的差异性在于构成细胞的化学物质的结构、构象和数量发生了变化，而用光谱分析方法能反映出这些早期微小变化，这是因为漫反射光子自身包含了生物组织本

5、身的重要信息。 国内细胞光谱信息对癌症的诊断研究尚处于探索阶段。在国内，李维红5等人首次利用傅立叶变换拉曼光谱测定了正常腮腺和腮腺恶性肿瘤组织的傅立叶变换拉曼光谱，结果表明正常组织在7200cm-13000cm-1之间具有较强的C-H伸缩振动谱带，而肿瘤组织则相对较弱。现将各系统肿瘤组织拉曼光谱研究归纳如下。 2.1 消化系统肿瘤 张京伟6等人应用拉曼光谱对20例胃癌和胃正常黏膜组织切片进行对比，发现正常胃黏膜组织拉曼光谱存在1642 （cm-1） 、1662 （cm-1） 蛋白质的酰氨I振动双峰,而胃癌组织中仅存在位于1668 （cm-1）处的酰氨I振动单峰，并且拉曼光谱数据与病理结果相符，

6、由此认为应用拉曼光谱检测胃癌具有较大的潜力。 在此之前，Kendall7、Ling8、Molckovsky9等人也分别应用拉曼光谱对Barrett食管、胃癌、结肠增生性息肉、腺瘤性息肉进行研究。Kendall7等人的研究结果发现，对Barrett食管上皮类瘤变的区分和分级拉曼光谱具有较好的特异性和敏感性；Ling8等人通过分析20例患者正常胃黏膜和病变黏膜的光谱，发现光谱中的谱带可以用来区分胃癌组织和正常组织，这与张京伟等人的研究有一致性；而Molckovsky9等人则第一次证实了拉曼光谱在区分增生性息肉和腺瘤性息肉的潜在价值。 Andrade10等采用LT-Raman法，选取49例患者的正常

7、结肠组织进行研究，以评价和建立结肠组织的特征拉曼光谱，认为其有进一步研究的价值。 2.2 呼吸系统恶性肿瘤 刘燕楠11等采用共焦显微拉曼光谱对肺正常组织与癌变组织的表面增强拉曼光谱测试，发现相比肺正常组织, 癌变组织蛋白质主链中酰胺和酰胺谱带的有序构象明显减少,癌组织中蛋白质二级结构改变; DNA 的骨架磷酸基团、脱氧核糖、磷酸-脱氧核糖和碱基的含量总体呈增加趋势;磷脂的链内纵向有序性参数明显下降等。笔者认为用表面增强拉曼光谱研究肺部组织, 从分子水平上分析了肺正常组织和肺癌组织的特点与区别, 对阐明肺癌发生的分子机制、肺癌的诊断和治疗等都具有积极的指导意义。 Huang12等人在早些时候的试

8、验结果显示肺癌和正常组织的光谱有着显著不同，在1445cm-1和1655cm-1的拉曼强度能很好地区别正常组织和癌组织，并能用于良恶性肿瘤的鉴别。同时Yamazaki13等通过构建近红外多通道拉曼系统检测210例肺癌组织和正常肺组织拉曼光谱，结果显示对肺癌预测敏感性可达91%，特异性达97%，他们认为该方法是一个有效的诊断方法。 姚辉璐14等人研究了单个鼻咽癌细胞和正常鼻咽部细胞之间的拉曼光谱差异，结果显示正常细胞和癌细胞的平均拉曼光谱差异有显著性，也认为拉曼光谱可以成为区别正常鼻咽细胞和鼻咽癌细胞的有效手段。Lau15等也通过对鼻咽癌拉曼光谱的分析也证实鼻咽癌组织和正常组织存在差异。 2.3

9、 泌尿生殖系统肿瘤 Crow16等在其研究中采用近红外拉曼光谱对膀胱癌和前列腺癌组织进行检测结果证实，临床拉曼系统是一种准确和客观的诊断膀胱癌和前列腺癌的方法，为将来的研究铺起了道路。 2.4 乳腺癌 目前乳腺癌发病率已上升为女性恶性肿瘤的第一位，因此如何有效的早期发现、诊断乳腺癌对控制女性恶性肿瘤的发病率有着重要的意义。通过对拉曼光谱的研究，得出了令人兴奋的结果。 赵元黎17等人采用纤维共焦拉曼光谱对40 例手术切除乳腺肿瘤周边组织进行了测量，结果显示不同乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱差异有显著性，因此认为乳腺肿瘤周边组织的拉曼光谱对乳腺肿瘤诊断具有重要的价值。于舸18等人研究了人类正常乳腺组织与癌变乳腺组织的显微拉曼光谱特性，结果显示癌变组织中的蛋白、核酸、脂质等物质的拉曼光谱特性均有明显改变，说明显