振动光谱结合化学计量学实现胃癌生物流体分子指纹的无创精准诊断

本研究针对胃癌(GC)早期诊断难题，开发了基于中红外光谱(mid-IR)与化学计量学(PCA/SIMCA/LDA/HCA)的创新检测技术。研究人员通过分析血清、血浆、唾液等生物流体中脂质、蛋白质、核酸等分子的振动特征(4000-650 cm-1)，发现癌症组生物分子合成显著改变。线性判别分析(LDA)实现100%准确区分，为胃癌无创筛查提供了高灵敏度新策略。

　　

在消化道肿瘤领域，胃癌(GC)长期位居癌症相关死亡率前列。尽管内镜等传统诊断手段不断进步，但依然面临操作侵入性强、依赖病理专家判读等瓶颈。更棘手的是，基因检测虽前景广阔，却受限于表达谱的高度异质性。如何开发快速、精准且非侵入性的早期诊断方法，成为临床亟待突破的关键问题。

土耳其卡拉曼奥卢·穆罕默德贝伊大学(Karamanoglu Mehmetbey University)化学系联合多家医院开展了一项创新研究。团队将中红外光谱(ATR-FTIR)与多变量分析相结合，首次系统评估了血液、唾液等生物流体在4000-650 cm^-1范围内的分子指纹特征。这项发表于《Scientific Reports》的研究揭示，癌细胞代谢重编程导致的生物分子变化，可通过振动光谱实现精准捕获。

研究采用四大关键技术：1) 冻干法处理血清/血浆等4类生物流体样本(n=200)；2) ATR-FTIR光谱采集(3351次扫描)；3) 化学计量学建模(PCA/LDA/SIMCA/HCA)；4) 生物分子定量分析(酰胺I/II比值、脂质/蛋白比等)。通过比较30例GC与20例对照的谱图特征，发现1745-1680 cm^-1(C=O)、1595-1490 cm^-1(酰胺II)等区域存在显著差异。

【Mid-IR spectra of biofluids】

在功能基团区(4000-1800 cm^-1)，GC组显示：

• 血清脂质/蛋白比降低(能量需求增加)

• 唾液核酸/蛋白比升高(肿瘤增殖标志)

• 1745 cm^-1处胆固醇酯振动增强

  指纹区(1800-650 cm^-1)的PO₂^-振动(1270-1210 cm^-1)和Z型DNA特征(930 cm^-1)成为新型生物标志物。

【Chemometrics based on mid-IR spectra】

多变量分析显示：

• PCA在血浆样本中区分度达99%(图3)

• LDA对所有生物流体实现100%分类(图4)

• SIMCA的Cooman图显示完美分组(图5)

• 仅内镜冲洗液分类效果欠佳(特异性46.5%)

这项研究开创性地证实，中红外光谱可捕捉胃癌特有的"代谢指纹"：癌细胞通过上调脂质合成(血清A₁₇₄₅/A₁₅₅₆比值变化3.2倍)和核酸代谢(唾液vs(PO₂^-)位移8 cm^-1)满足增殖需求。该技术突破为开发诊所即时检测设备奠定基础，其非破坏性、低成本(单次检测约5美元)的优势尤其适合大规模筛查。未来通过优化内镜液体检测方案，或将实现胃癌诊断的"光谱病理学(SHP)"范式变革。