目的:探讨新疆哈萨克族食管鳞状细胞癌(ESCC)血清、组织的代谢组学特点,寻找ESCC相关的生物标志物,根据生物标志物绘制代谢网络图,并寻找潜在的ESCC代谢关键酶,进一步通过免疫组化方法对关键酶进行检测,从而验证代谢组学研究的结果;通过一系列研究,为重新认识ESCC的代谢特点提供新的思路和方法,并为寻找ESCC早期诊断的方法和靶向治疗的位点奠定理论基础。方法:1)利用液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)对来自同一族群(哈萨克族)、同一病理类型(鳞状细胞癌)的食管癌血清样本及正常人群(哈萨克族)血清样本进行代谢组学分析。综合使用单变量数据分析和多变量数据分析手段,筛选潜在的ESCC血清生物标志物;并分析生物标志物在不同临床病理特征人群中的变化趋势和规律;2)在ESCC血清代谢组学研究的基础上,以LC-MS为技术平台,以单一族群(哈萨克族)、单一病理类型(鳞状细胞癌)的食管癌组织标本为研究对象,进行代谢组学研究。应用单变量和多变量数据分析,寻找与食管癌代谢相关的生物标志物;同时结合标本的临床病理信息,分析不同癌肿浸润深度、不同淋巴结转移情况、不同分化程度、不同TNM分期、不同术后生存期患者的组织标本中代谢物的差异及变化规律;3)综合分析ESCC组织和血液代谢组学研究的结果,结合代谢网络图,查找ESCC代谢关键酶,利用免疫组化技术对ESCC组织切片进行关键酶检测,并与正常食管癌组织切片进行对比分析,观察关键酶在ESCC和正常对照之间的表达差异。结果:1)第一部分:利用LC-MS平台对41例ESCC血清样本及25例健康对照血清样本进行了分析;利用单变量数据分析和多变量数据分析手段,筛选出23个在肿瘤患者和健康对照间有显著差异的代谢物。最后焦谷氨酸、乳酸、丙酮醛、谷氨酸、门冬氨酸、胆碱和牛磺酸等7个代谢物由于出色的ESCC鉴别能力(ROC曲线下面积大于0.8)被筛选作为ESCC相关生物标志物;这些代谢物直接或者间接的参与了肿瘤的能量代谢,并可以很好的将ESCC血清和正常对照血清区分开来;2)第二部分:利用LC-MS平台,对40对ESCC组织和正常对照组织进行了代谢轮廓分析,结果发现两组样本间有显著的代谢差异,并根据此鉴定出20个在ESCC组和对照组之间存在显著差异的代谢物,这些代谢物涉及氨基酸代谢、谷氨酰胺代谢、脂类代谢、嘌呤嘧啶代谢等;结合ESCC患者的临床病理信息对此20个代谢物的进一步分析发现,9个代谢物随着一定病理特征的改变(例如肿瘤浸润深度、淋巴结转移状态以及术后生存期等)而发生显著的连续性变化;其中谷氨酸与ESCC肿瘤浸润深度密切相关,油酸、LysoPC(15:0)、尿嘧啶、次黄嘌呤核苷、胆碱与淋巴结转移相关,而谷氨酰胺、犬尿氨酸、丝氨酸、尿嘧啶则与患者的术后生存期相关;因此这9个代谢物被认定为食管癌相关的生物标志物;由此9个标志物联合而成的诊断组合可以很好的区分ESCC和正常组织;综合分析ESCC血清、组织代谢组学研究结果,以及本研究团队前期的ESCC尿液代谢组学研究结果后发现,谷氨酸是本研究发现的所有ESCC相关生物标志物中最为稳定的标志物。结合相关代谢网络,推断ESCC可能存在显著的谷氨酰胺代谢紊乱。3)第三部分:应用免疫组化技术检测了谷氨酰胺酶1(GLS1,谷氨酰胺代谢的关键酶)和溶质载体家族1成员5(SLC1A5,谷氨酰胺进入细胞的转运体)在哈萨克族食管鳞癌组织切片当中的表达,结果发现GLS1在ESCC组织中的表达高于正常食管组织,并且与不同的TNM分期、淋巴结转移状态以及分化程度有关,TNM分期较晚的样本、淋巴结发生转移的样本、以及中低分化的样本中GLS1呈现高表达;而SLC1A5在癌症组织中的表达也明显高于正常对照,并且与肿瘤分化程度有关,中低分化样本中的SLC1A5呈现高表达。结论:哈萨克族食管鳞状细胞癌存在明显的代谢紊乱,利用ESCC相关代谢标志物,可以很好的将ESCC样本和正常对照区分开来。谷氨酰胺代谢增强是ESCC显著的代谢特征之一,GLS1和SLC1A5在ESCC组织中表达增多,可能在肿瘤的发生发展中发挥一定作用,可为未来ESCC的筛查和个体化靶向治疗提供新的思路和方向。