楊紅霞 龐小峰*

（電子科技大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 成都 610054）

癌癥是目前對(duì)人類危害最大的頑疾之一，其死亡率高居各種疾病之首。而且隨著全球環(huán)境污染的日益加劇，癌癥的發(fā)病率正逐年提高。從60年代至今，我國一些醫(yī)務(wù)人員和科研人員在不同的癌癥高發(fā)區(qū)、高危人群中展開了癌癥的初篩、普查普治，發(fā)現(xiàn)了許多早期病人，早期癌癥病人約占普查發(fā)現(xiàn)癌癥總數(shù)的30%~70%。早期癌癥病人正規(guī)治療后的5年生存率高達(dá)70%~95%。因此找到一種方便、經(jīng)濟(jì)、有效的早期診斷方法的意義是十分重大的。

隨著光譜技術(shù)與生物譜學(xué)研究的發(fā)展，光譜方法應(yīng)用于腫瘤檢測的研究逐漸成為國內(nèi)外的熱點(diǎn)課題[1~6]。九十年代以來，世界上一些研究小組用FTIR方法研究了各種癌細(xì)胞和正常細(xì)胞之間的差別[7,8]，發(fā)現(xiàn)在正常細(xì)胞和癌細(xì)胞的FTIR光譜之間，很多譜帶的峰位、峰強(qiáng)、相對(duì)峰強(qiáng)以及峰面積等存在差別，說明FTIR光譜可以在一定程度上區(qū)分正常細(xì)胞和癌細(xì)胞。翁詩甫等人從上個(gè)世紀(jì)九十年代中期開始對(duì)各種組織的FTIR光譜進(jìn)行研究[9~14]。但是細(xì)胞培養(yǎng)周期長、組織取樣麻煩，而且檢測起來操作復(fù)雜。而血清相對(duì)來說取樣方便，對(duì)患者傷害小，檢測起來也很簡便、快速，而且還不需要任何試劑。因此，本文利用紅外光譜對(duì)血清進(jìn)行檢測，試圖找到一種可以區(qū)分癌癥和正常人的檢測手段，從而為癌癥的早期診斷服務(wù)。經(jīng)分析，癌癥病人和正常人在整個(gè)中紅外波段的吸收強(qiáng)度上有明顯的差異，因此，在醫(yī)學(xué)上可以用血清紅外檢測作為一種癌癥早期診斷的輔助手段。

1 實(shí)驗(yàn)樣品、測試條件及方法

1.1 實(shí)驗(yàn)樣品

正常人血清來自電子科技大學(xué)校醫(yī)院，癌癥病人血清來自成都市第三人民醫(yī)院腫瘤科。

1.2 測試條件

儀器：NICOLET NEXUS 670紅外光譜儀；光源:紅外光源；檢測器:DTGS CsI ； 波數(shù)范圍：4 000~400 cm-1； 分束器:KBr；采樣間隔:2.0000； 動(dòng)鏡速度: 0.6329； 光闌:100.00； 樣品增益:2.0； 高通濾波: 200.0000； 低通濾波: 11000.0000； 樣品掃描次數(shù): 32； 分辨率:4.000； 切趾函數(shù): Happ-Genzel；相校正: Mertz

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

把血清放進(jìn)離心管中，在4℃、12000r/min下離心十分鐘，離心后吸取上層血清，在上述實(shí)驗(yàn)條件下測試，實(shí)驗(yàn)是在室溫條件下操作，并且從取血清到實(shí)驗(yàn)的測試在一天內(nèi)完成。并采用OMNIC 32軟件對(duì)光譜進(jìn)行自動(dòng)基線校正，消除基線漂移，然后進(jìn)行自動(dòng)平滑，消除噪聲干擾。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 本實(shí)驗(yàn)測試了10例正常人和8例不同類型癌癥的血清（其中包括卵巢癌、肺癌、宮頸癌、直腸癌、喉癌和食管癌）。而癌癥及正常人圖譜比較10例正常人的紅外吸收?qǐng)D譜從峰形上看差別不是太明顯。但是吸收強(qiáng)度有些差別，在1000cm-1~2000cm-1左右波段內(nèi)，正常人的吸收明顯大于癌癥患者的，而在2000cm-1~4000cm-1波段內(nèi)，癌癥患者的吸收略大于正常人的。由于血清成分復(fù)雜，各種基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)相互疊加在一起，由圖可以看出血清的吸收以3000cm-1~4000cm-1和1000cm-1~1800cm-1的兩大波段為主要吸收區(qū)域，如圖1所示。

經(jīng)過大量文獻(xiàn)查閱，發(fā)現(xiàn)主要差別的波段在1500cm-1~1000cm-1，因此，對(duì)該波段進(jìn)行單獨(dú)顯示，如圖2所示。

由圖2我們可以看出雖然正常人和癌癥病人的血清內(nèi)的主要基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)峰差別不明顯，但是正常人和癌癥病人的吸光度有明顯的差別，正常人的吸收在該波段的每一波數(shù)處都明顯比癌癥病人強(qiáng)很多。

2.2 紅外的吸收峰都是由分子內(nèi)基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，而組織內(nèi)主要基團(tuán)及其吸收峰的峰位如表1[7,8]所示。而各種癌癥及正常人的每個(gè)吸收峰的峰位處的紅外吸收強(qiáng)度如表2所示。通過典型振動(dòng)峰位處的強(qiáng)度比較，發(fā)現(xiàn)癌癥病人在波數(shù)為1000cm-1~2000cm-1波段內(nèi)的峰位處的吸光度強(qiáng)度明顯低于正常人，1240cm-1和1082cm-1附近的峰說明癌癥血清內(nèi)核酸中的磷酸二酯鍵的反對(duì)稱和對(duì)稱振動(dòng)減弱；1162cm-1附近的峰說明癌癥血清內(nèi)蛋白質(zhì)中幾個(gè)帶有羥基的氨基酸(蘇氨酸、亮氨酸和酪氨酸)的C—O伸縮振動(dòng)峰減弱；1458cm-1附近的峰說明癌癥血清內(nèi)CH3和CH2的變角振動(dòng)減弱；1745cm-1附近的峰說明癌癥血清內(nèi)脂羰基的伸縮振動(dòng)峰減弱；1643cm-1和1549cm-1附近的峰說明癌癥血清內(nèi)蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶振動(dòng)減弱。而在2000cm-1~4000cm-1波段內(nèi)峰位處的吸光度卻高于正常人，在該波段主要是CH3、CH2的對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)。由上可以說明癌癥血清內(nèi)核酸、蛋白質(zhì)的含量增加，而脂類物質(zhì)的含量減少，這與組織和細(xì)胞得到的結(jié)論相反[15-17]，而且與理論也相逆。這可能是血清中水的吸收引起的。因此，本文在相同條件下做了水的吸收，如圖3所示。由圖3可知，在3300cm-1附近是水的羥基伸縮振動(dòng)，1640cm-1是水的變角振動(dòng)。因此，這種與理論的相悖是由于水的吸收造成的。但是不考慮水的話，單從峰位處的強(qiáng)度也能區(qū)分出正常和癌癥病人，因?yàn)楦髯缘奈諒?qiáng)度有明顯的差別，并呈一定的規(guī)律。

2.3 由于不同峰之間的強(qiáng)度比值可以為我們提供分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息，并代表不同的生物意義，如表3所示。為了進(jìn)一步的比較正常血清和癌癥血清紅外吸收的差異，從而從分子內(nèi)部分析其變化。所測的對(duì)應(yīng)的不同癌癥血清及正常血清的比值如表4所示。

由表3、表4可以看出最明顯的是癌癥血清中蛋白質(zhì)的酰胺Ⅱ的振動(dòng)比核酸內(nèi)磷酸二脂鍵的對(duì)稱振動(dòng)強(qiáng)的多，約是它的七倍多，而在正常血清中，只是它的2.6倍左右；其次是癌癥血清中核酸內(nèi)磷酸二脂鍵的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)明顯強(qiáng)于對(duì)稱伸縮振動(dòng)，在正常血清中差別不大，說明癌癥血清內(nèi)核酸結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化；再次，癌癥血清內(nèi)蛋白、核酸和脂的相對(duì)含量也發(fā)生了明顯的變化；最后CH3的變角振動(dòng)、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化。通過這些變化，我們可以從血液中分子結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化來初步診斷是否患了癌癥。

3 結(jié)論

通過對(duì)各種癌癥及正常人的血清紅外光譜、各個(gè)峰位處紅外吸收強(qiáng)度及其不同峰位強(qiáng)度的比值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)癌癥病人和正常人有明顯的差別，即癌癥血清內(nèi)核酸中的磷酸二酯鍵的反對(duì)稱和對(duì)稱振動(dòng)減弱、蛋白質(zhì)中幾個(gè)帶有羥基的氨基酸(蘇氨酸、亮氨酸和酪氨酸)的C—O伸縮振動(dòng)峰也減弱、CH3和CH2的變角振動(dòng)也減弱、脂羰基的伸縮振動(dòng)峰也減弱、蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶振動(dòng)減弱，而CH3、CH2的對(duì)稱和反對(duì)稱伸縮振動(dòng)卻增強(qiáng)；并且核酸的結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，血清內(nèi)蛋白、核酸及脂的相對(duì)含量也發(fā)生了很大的變化。雖然血清內(nèi)主要成分是水，而且水的吸收對(duì)血清影響很大，但是沒有影響判斷結(jié)果，而且區(qū)分度很大。因此，在不考慮水的影響下，可以通過對(duì)血清進(jìn)行紅外測試，來初步診斷是否患了癌癥。

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