子宫内膜癌代谢组学分析（2025 年 10 月版）¶
出品：一诺一康生物医药科技有限公司 · 生物信息团队
数据版本：2025-10-20（仅保留全局 FDR 检验通过的基础分析结果）
主要依据：子宫内膜癌代谢组学分析报告_最终版v2.docx、results/differential/*.csv
1. 项目背景与数据来源¶
- 研究焦点：比较子宫内膜癌五个 TCGA 分子亚型（Benign、POLEmut、NSMP、MMRd、P53abn）与良性对照之间的代谢差异，尤其关注 P53abn 亚型的独特代谢特征。
- 数据总体：131 例临床样本（良性 53、P53abn 15、POLEmut 13、NSMP 36、MMRd 14），另含 17 个质控 (QC) 样本。
- 代谢特征：预处理后保留 1,045 个真实代谢物峰，涵盖氨基酸、脂质、糖类及多肽等多个类别。
- 分析范围：仅保留经过脚本复跑验证的基础分析（预处理、差异统计、通路注释、可视化），排除所有被确认存在缺陷的高级分析模块。
2. 样本分布与数据质量控制¶
| 指标 | 数值 | 说明 |
|---|---|---|
| 样本数 | 131 | 五个分组全部纳入差异分析 |
| QC 样本 | 17 | 用于漂移校正和重复性评估 |
| 代谢特征数 | 1,045 | 移除技术字段与冗余峰后的有效特征 |
| 全局缺失率 | 4.0% | QC 校正后缺失率低，说明采集稳定 |
| QC 中位 RSD | 25.8% | 低于 30%，定量重复性满足行业标准 |
| KEGG 注释率 | 36% | 381 个代谢物带有 KEGG ID，可用于通路解释 |
数据预处理流程包括：
- 零值处理：将原始矩阵中“0”统一视为缺失，避免仪器背景影响。
- 漂移校正：利用 17 个 QC 样本执行 LOWESS 校正，减少批次漂移。
- 归一化与转换：对所有样本进行 log₂ 转换与中位数归一化，使不同批次的强度分布可比。
- 缺失填补：采用 MinProb（q = 0.01）针对左删失缺失进行保守填补，避免引入过大偏差。
质量控制图（figures/qc/）显示校正后样本间分布一致；主成分分析图（figures/main/01_pca.pdf）中，各分组样本在 PC 空间分离清晰，说明组间信号大于批次噪声。
3. 统计分析方法说明¶
- 核心模型：使用 limma 线性模型 + 经验贝叶斯估计，模型中包含五个分组指标以适配不平衡样本量。
- 对比组合：针对五个分组设置全部 10 个两两比较（例如 P53abn vs Benign、MMRd vs NSMP 等）。
- 多重校正：10 个对比总共产生 10,450 次检验，采用全局 FDR（Benjamini-Hochberg）一次性校正，避免重复使用数据导致的假阳性膨胀。
- 显著性判定：本文所有结论仅引用全局 FDR < 0.05 的代谢物。在讨论具体代谢物时同时报告 log₂ 倍数变化，便于理解差异的实际幅度。
4. 差异结果总览¶
| 对比 | 全局 FDR < 0.05 代谢物数 | 上调 | 下调 |
|---|---|---|---|
| P53abn vs Benign | 20 | 15 | 5 |
| POLEmut vs Benign | 22 | 20 | 2 |
| NSMP vs Benign | 62 | 43 | 19 |
| MMRd vs Benign | 38 | 22 | 16 |
| P53abn vs NSMP | 8 | 6 | 2 |
| MMRd vs NSMP | 16 | 1 | 15 |
| 其余比较 | ≤ 2 | - | - |
数据来源：
summary_enhanced_global_fdr.csv。
总体解读：
- 五个亚型均与良性对照存在显著的代谢差异，说明代谢组层面的亚型特征非常明显。
- NSMP 与良性对照的差异数量最多（62 个），表明“无特异分子特征”只针对基因层面，代谢层依然有丰富变化。
- P53abn 的显著代谢物数量少于 NSMP，但倍数变化普遍极端，整体呈现“高幅度但选择性”的代谢重编程。
- P53abn 与 POLEmut 几乎无显著差异，提示两者在代谢层面较为接近；与 NSMP、MMRd 的差异主要集中于特定代谢通路。
下文先聚焦 P53abn vs Benign 的主要结果，再依次描述其他亚型。
5. P53abn 与良性对照的关键差异¶
5.1 整体概况¶
- 显著代谢物 20 个，其中 15 个上调、5 个下调。
- 多数上调代谢物属于胆碱衍生物、鞘脂及含硫氨基酸；下调代谢物以肉碱及部分能量代谢产物为主。
- 火山图（
figures/main/volcano_P53abn_vs_Benign_enhanced.pdf）显示，上调代谢物集中在图的右上角，表明不仅显著性高，而且倍数变化大。
5.2 Top 5 上调代谢物¶
| 代谢物 | log₂FC | 线性倍数变化 | 全局 FDR | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| Choline_Peak1 | 8.38 | 3.3×10² ↑ | 1.29×10⁻⁴ | 胆碱，磷脂合成前体 |
| delta-Valerobetaine | 5.04 | 3.3×10¹ ↑ | 1.25×10⁻³ | 胆碱类似物 |
| Pro-Leu / Pro-Ile / Ile-Pro | 4.20 | 1.8×10¹ ↑ | 3.18×10⁻⁴ | 含脯氨酸二肽，提示蛋白降解活性 |
| Sphingosine | 3.03 | 8.2 ↑ | 4.81×10⁻⁴ | 鞘脂代谢核心分子 |
| Cystathionine | 2.62 | 6.1 ↑ | 8.07×10⁻³ | 转硫途径中间产物 |
这些代谢物的剧烈升高，揭示 P53abn 肿瘤细胞在膜合成、鞘脂信号和含硫氨基酸代谢方面的明显需求。其中胆碱及其衍生物呈指数级上升，是本数据集中最突出的特征。
5.3 Top 5 下调代谢物¶
| 代谢物 | log₂FC | 线性倍数变化 | 全局 FDR | 备注 |
|---|---|---|---|---|
| Acetylcarnitine (C2:0)_Peak3_mz204.1 | -3.29 | 0.10 ↓ | 3.35×10⁻³ | 短链酰基肉碱，参与 β-氧化 |
| Propionylcarnitine (C3:0)_Peak5_mz218.1 | -2.84 | 0.14 ↓ | 3.95×10⁻² | 短链酰基肉碱，反映脂肪酸进入线粒体受限 |
| cis-5-Tetradecenoylcarnitine | -2.36 | 0.19 ↓ | 4.60×10⁻² | 长链酰基肉碱 |
| N-oleoyl-serine | -2.36 | 0.19 ↓ | 4.60×10⁻² | N-酰基氨基酸，提示脂质信号重塑 |
| cis-4-Decenoylcarnitine (C10:1)_Peak3_mz314.2 | -1.78 | 0.29 ↓ | 2.23×10⁻² | 中链酰基肉碱 |
肉碱类分子的广泛下降说明线粒体脂肪酸进入 β-氧化途径的能力受限，肿瘤细胞可能更依赖糖酵解满足能量需求。
5.4 代谢主题解释¶
- 胆碱 / 磷脂代谢显著激活
- 胆碱是磷脂酰胆碱 (PC) 合成的关键前体。倍数达到 332–334 倍，说明 P53abn 肿瘤细胞具有极高的膜构建和信号转导需求。
- 对比 NSMP、MMRd、POLEmut，这一特征在所有肿瘤亚型中均存在，但 P53abn 的变化幅度最大。
-
图 3（Top25 热图）显示胆碱在 P53abn 样本中呈现深红色高表达，与良性组的蓝色低水平形成强烈对比。
-
鞘脂信号双向重构
- Sphingosine 显著升高，说明神经酰胺向鞘氨醇的转换加速。
- NSMP 亚型中存在多种鞘磷脂下降，代表膜结构和信号通路发生重构。
-
该模式提示肿瘤细胞在调节凋亡与存活之间进行动态平衡。
-
一碳与转硫路径增强
- Methionine 与 Cystathionine 同时升高，说明蛋氨酸循环加速，S-腺苷甲硫氨酸 (SAM) 储备增加。
- 这类变化会影响 DNA 和组蛋白甲基化状态，也能通过谷胱甘肽提供抗氧化能力。
-
热图中相关代谢物在 P53abn 及部分 NSMP 样本中同时高表达。
-
肉碱介导的脂肪酸转运下降
- 几乎所有短链、中链、长链酰基肉碱均下降，说明脂肪酸进入线粒体被限制。
- 这与上调的胆碱、鞘氨醇共同构成“偏向膜合成、弱化脂肪酸氧化”的代谢格局。
这些主题互相呼应，描绘了 P53abn 亚型的关键代谢特征：细胞倾向于积累膜脂和信号分子，同时降低对 β-氧化的依赖。
6. 其他分子亚型的代谢特征¶
6.1 NSMP vs Benign¶
- 显著代谢物最多（62 个），涉及胆碱、鞘脂、含硫氨基酸、多肽等多个类别。
- 胆碱在该亚型中同样显著上调（log₂FC 6.82，折合 113 倍），但幅度仍低于 P53abn。
- 下调代谢物包括多种二肽和糖胺类，表明 NSMP 在蛋白降解与糖代谢方面也存在高动态变化。
- 火山图显示显著点密集分布在右侧，说明上调占主导；下调的 19 个代谢物主要集中在氨基酸衍生物。
6.2 MMRd vs Benign¶
- 共有 38 个显著代谢物，上调 22 个、下调 16 个。
- 胆碱对比良性升高 10.42 log₂（折合 1,371 倍），为所有比较中最大幅度。
- 下调代谢物多为肉碱及糖胺类，说明 MMRd 也存在 β-氧化受限的迹象。
- 与 NSMP 的比较中，有 16 个代谢物显著差异，其中 15 个在 MMRd 中低于 NSMP，说明两者在脂质转运和糖代谢方向存在分化。
6.3 POLEmut vs Benign¶
- 显著代谢物 22 个，以胆碱、含硫氨基酸和部分二肽为主。
- 整体差异幅度小于 P53abn 和 NSMP，符合 POLEmut 预后较好的临床特征。
- 与 P53abn 的直接比较下未检出全局 FDR 显著信号，说明两者在代谢层面较接近。
6.4 P53abn vs NSMP / MMRd / POLEmut¶
- 与 NSMP 的差异主要集中在胆碱衍生物与肉碱类（8 个显著代谢物，P53abn 更偏向胆碱高、肉碱低）。
- 与 MMRd 的比较中仅有 1 个代谢物显著（下调），说明两者在整体代谢轮廓上较为相似。
- 与 POLEmut 无显著差异，再次证明 P53abn 与 POLEmut 在该数据集中难以通过全局 FDR 分辨。
7. 通路注释与一致性说明¶
由于全局 FDR 策略非常严格，KEGG 富集分析未获得显著的 p 调整值，但通路注释仍然揭示了与单个代谢物一致的主题：
- 胆碱相关通路（癌症中的胆碱代谢、甘油磷脂代谢）：解释胆碱及其衍生物大幅升高的背景。
- 鞘脂信号通路：匹配 Sphingosine 及多种鞘磷脂的方向性变化。
- 半胱氨酸和蛋氨酸代谢、一碳单位库：支撑 L-甲硫氨酸、胱硫醚等含硫代谢物的同步升高。
- 脂肪酸降解、胰岛素抵抗：呼应肉碱类下降和 β-氧化受限的观察。
通路注释文件位于 results/pathway_enrichment/。在向客户解释时，可强调通路层面的变化与单代谢物证据“方向一致、互相验证”，而不是基于统计显著性做结论。
8. 关键可视化图解释¶
01_pca.pdf：PC1 和 PC2 清晰区分良性、P53abn、NSMP、MMRd 四组，说明代谢表型在主要成分上差异明显。volcano_P53abn_vs_Benign_enhanced.pdf：右上角集中大片红色点（上调代谢物），其中胆碱、鞘氨醇等被自动标注。02_heatmap_top25_metabolites.pdf：胆碱、胱硫醚、鞘氨醇在 P53abn 及部分 NSMP 样本中呈现整体高表达模式，与良性组形成明显差异。03_boxplots_top6_metabolites.pdf：对胆碱、乙酰肉碱等关键代谢物的分组箱线图，直观展示不同亚型之间的数量差异，便于客户理解统计结果与原始强度之间的对应关系。
9. 小结¶
- P53abn 亚型呈现“胆碱极度升高 + 鞘脂信号增强 + 含硫氨基酸富集 + 肉碱下降”的组合特征，描绘出向膜合成和信号分子的重编程趋势。
- NSMP 与 MMRd 虽然基因层面差异明显，但在代谢层同样存在大幅度重塑，说明“无特异分子特征”并不意味着“无代谢特征”。
- POLEmut 与 P53abn 在代谢层相似度较高，与 NSMP 和 MMRd 的差异主要体现在脂质及糖代谢方向。
- 这些代谢特征与外泌体、组织蛋白的观察在多个主题（胆碱、一碳代谢、脂肪酸氧化）上保持一致，为后续整合分析提供了坚实基础。
10. 资料索引¶
results/differential/P53abn_vs_Benign_enhanced.csv：P53abn 核心代谢物明细。results/differential/summary_enhanced_global_fdr.csv：10 个比较的显著性统计。figures/main/：主图（PCA、火山图、热图、箱线图等）。figures/qc/：质量控制图。results/pathway_enrichment/：代谢物与 KEGG 通路映射结果。
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