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代谢组学在口腔医学研究中的应用现状文章

来源:临床口腔医学杂志 / 日期:03-06 / 阅读量:495次

代谢组是指生物体内源性代谢物质的动态整体,代谢组学是研究代谢组的一门学科,研究对象多为相对分子质量在1000以内的小分子物质。代谢组学研究目的是通过检测代谢物水平的整体和动态变化,提取相关的生物代谢标志物群体或标志物簇,在此基础上寻找所受影响的相关代谢途径,确立代谢网络调控机制。目前,代谢组学已被应用于功能基因组学、毒理学、临床医学、中医药学和环境科学等领域。近年来,代谢组学在口腔疾病病因和防治机制方面的应用研究正成为口腔医学领域的关注热点,本文旨在对代谢组学在口腔医学中的研究进展进行综述。

1.代谢组学在牙周疾病方面研究中的应用

牙周炎是以牙菌斑生物膜为始动因子,多因素联合作用,发生于牙齿周围支持组织的慢性炎症性破坏疾病。最终可导致牙齿脱落,影响生活质量,但牙周炎通常在晚期才被诊断。因此,迫切需要一种简便的方法来检测早期阶段的疾病活动,以便在疾病进展之前进行干预。Aimetti等使用核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR)方法对牙周病患者唾液进行分析,发现代谢产物中醋酸、γ-氨基丁酸、琥珀酸等水平均升高;采用相同技术,Huang等报道正十二烷酸和豆蔻酸在牙周炎组中明显下降,但花生四烯酸无明显差异。Barnes等通过双平台技术(LC/MS和GC/MS)比较了牙周炎患者和健康人群唾液代谢成分,发现单糖、低聚糖、半胱氨酸等在牙周病患者中均有所升高,提示牙周炎症与氧化应激、组织降解和细菌代谢等有一定联系。

Kuboniwa等提出使用唾液代谢组学和牙周炎症表面积(PISA)组合作为牙周炎症严重程度的预测模型,该模型可定量描述牙周炎症程度。该学者们还通过去除龈上菌斑和结石以最大程度减小背景代谢物,发现唾液代谢物中有潜在的能反映牙周炎症的严重程度标志物,尤其在中度牙周炎。随后其扩大样本量,尤其是患有严重牙周炎的患者,以便寻找可用于快速筛查牙周炎的生物标志物。基于多变量分析预清创唾液代谢组学数据,发现与较高PISA相关的代谢物包括尸胺和氢化肉桂酸酯,而尿酸和乙醇胺与较低的PISA有关。其对牙周炎病情的评估至关重要。

王辉等用基于氢谱核磁共振(1H-NMR)的代谢组学方法,对牙周炎患者和健康个体的唾液进行检测,发现牙周炎患者的图谱与健康个体的图谱比较在δ3.0~4.0和δ2.0~2.6区域以及δ1.0附近的波峰有明显变化,这些变化均说明牙周炎患者和健康个体的代谢存在差异。通过主成分分析和偏最小二乘判别分析显示健康个体和牙周炎患者均有良好的聚类效果,此方法可很好地区别健康个体和牙周炎患者。Barnesl等运用超高液相色谱法、串联质谱法对健康人和牙周炎的唾液进行代谢分析,发现牙周炎患者唾液里的溶血脂类水平、单酰甘油水平、脂肪酸水平、甘油磷脂产物水平、三酰甘油降解水平均升高,可能与牙周炎患者的脂肪酶上调有关,其或可以作为牙周炎代谢物标志。

2.代谢组学在口腔恶性肿瘤方面研究的应用

恶性肿瘤的发生会导致人体内代谢变化,若能在人类体液中成功找到口腔癌的代谢标记物,就能及早发现病情、及时治疗。对于早期癌症的诊断探索,代谢组学是一种良好的途径,已经有很多学者沿这个方向研究寻找早期口腔口腔癌特殊的代谢标记物,试图挖掘出一种灵敏准确快速的诊断方法。Sugimoto等用毛细血管电泳质谱分析法鉴别出口腔鳞癌患者唾液中可区别于健康受试者的生物标记物,即胆碱、甜菜碱、派可林酸和肉毒碱。而Wang等首次用亲水作用色谱法形式高效液相色谱-质谱对其结果进行验证,发现口腔鳞状细胞癌患者唾液中胆碱、甜菜碱和派可林酸水平升高,而L-肉毒碱水平降低。对于肉毒碱水平不一致可能和受试者的差异有关。

此外,Wang等运用了高效液相色谱-电泳离子化-质谱分析法鉴定出早期口腔鳞状细胞癌患者唾液里特定的标记物L-苯基丙氨酸和L-亮氨酸。这两种氨基酸对比健康组后发现浓度降低。早期它们以组合存在,其中,L-亮氨酸更能反映口腔鳞状细胞癌早期I和II阶段,而L-苯基丙氨酸可能可以用于筛选出口腔鳞状细胞癌早期III和IV阶段。并且L-苯基丙氨酸和L-亮氨酸这一组标记物对早期口腔鳞状细胞癌的诊断灵敏性和特异性更高。Ma等用基质辅助激光解析串联飞行时间质谱仪方法研究了口腔鳞状细胞癌和健康人的血液中的谷胱甘肽s转移酶pi,发现口腔癌患者血液里的谷胱甘肽s转移酶pi浓度降低。

Gupta等运用1HNMR方法评估健康人群、口腔白斑和口腔鳞状细胞癌患者血液的代谢标记物,结果发现口腔白斑和口腔鳞状细胞癌受试者中谷氨酰胺、丙酮、醋酸和胆碱不同。由于癌细胞需要大量氨基酸进行无限繁殖,因此其认为谷氨酰胺水平降低可能是区别OSCC和OLK的关键,胆碱极其胆碱衍生物是细胞膜磷脂代谢所必需的物质基础,OSCC胆碱水平的变化可能和细胞的凋亡有关,所以胆碱水平会是区别OSCC与OLK的关键。

3.代谢组学在龋病研究的应用

龋病是口腔最常见的疾病,是一种由细菌引起的慢性进行性的牙体组织破坏,但是早期龋极其不易被发现。目前普遍认为龋病的发生和变形链球菌有关,发展与乳酸杆菌相关。因此龋病可以从细菌这一因素来预防。Zhang等为寻找出快速简单鉴定出乳酸杆菌的方法,使用基质辅助激光解析/离子化渡越时间质谱分析来鉴定成人龋病患者唾液中的乳酸杆菌。检测出乳酸杆菌的正确率是90.2%,此外,还鉴定出植物乳杆菌、发酵乳杆菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳酸杆菌。尽管此方法还存在不足,但是这一新的代谢组学分析方法在寻找细菌与龋病之间的关系上起到一定的作用。Hertel等对和龋病有关联的3种细菌(变形链球菌、乳酸杆菌和丙酸杆菌)的挥发性产物进行气相色谱分析和质谱分析,发现变形链球菌、乳酸杆菌和丙酸杆菌分别有18种、3种和5种特殊的挥发性有机化合物,试图通过这种方式来探索出可以通过呼吸实验就能评价出患龋风险以及检测早期龋坏的一种方法。

4.代谢组学在口腔黏膜病研究的应用

关键等运用气相与质谱联用技术(Gas Chromatography-Mass Spectrometry,GC-MS)技术,对口腔扁平苔藓患者和健康人的唾液样本进行代谢组学研究,成功找到7种口腔扁平苔藓的相关代谢标志物,为口腔扁平苔藓的临床诊断及发病机制的探索提供重要信息。Yang等应用超高效液相色谱-高分辨飞行时间质谱技术检测了糜烂型口腔扁平苔藓患者血浆代谢物情况,发现10种代谢物变化;随后又检测此类患者尿液代谢物,有12种物质发生改变。

口腔微生物在唾液乙醛的产生中有一定作用,而乙醛可能会引起基因突变,念珠菌已经被证实可以通过氧化乙醇以及糖发酵产生乙醛,Gainza-Cirauqui等基于以上发现,通过气相色谱分析检测乙醇。该学者从有口腔病损的病人中分离出念珠菌,发现在相同条件培育下白斑组产生的乙醛最多,其次口腔扁平苔藓组,最后是苔藓样反应组。其还发现吸烟人群中独立出来的念珠菌产乙醛能力高于不吸烟的人群,从既吸烟又喝酒人群中独立出来的念珠菌产生的乙醛含量最高。这些都有可能说明念珠菌和抽烟喝酒与疾病的恶化有关系。

邹斌等使用代谢组学方法成功区分了口腔白色念珠菌。李兵等用同样的方法检测分析不同种类念珠菌的培养液,且找到4种念珠菌共同及各异的代谢产物,发现念珠菌的生物被膜形成与部分代谢产物有关,认为可针对此类物质开发用于治疗念珠菌病的靶点药物。李淼等用此法也成功区分了几种与口腔黏膜病相关的假丝酵母菌。

5.小结

总之,代谢组学虽然在口腔医学中的应用越来越广泛也初有成效,但尚需大量的实验和临床验证,及很多未涉及到的口腔领域。当然,代谢组学作为一种新兴技术发展至今无论是现有的分析仪器和分析技术还是数据处理技术和挖掘方法都需要进一步的发展,同时生物体系的复杂性是一个巨大挑战,有效识别代谢产物,确定代谢产物的功能等等都需要进一步的研究探讨。


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