neuroaids的生物標(biāo)記代謝組學(xué)的逐漸拓寬的領(lǐng)域

1、NeuroAIDS的生物標(biāo)記：代謝組學(xué)逐漸拓寬的領(lǐng)域,摘要,“Metabolomics”即代謝組學(xué)，是測(cè)量細(xì)胞系統(tǒng)中各種代謝物濃度和不斷變化的一門新興的科學(xué)，具有巨大的潛力和許多獨(dú)一無(wú)二的特性。這個(gè)領(lǐng)域目前主要用于毒理學(xué)的特性和生物標(biāo)記的研究中。這篇關(guān)于代謝組學(xué)研究綜述的重點(diǎn)是對(duì)可靠生物標(biāo)記的鑒定，尤其是neuro-AIDS的生物標(biāo)記。這種對(duì)可能的標(biāo)記物的鑒定將有助于追蹤HIV/CNS疾病的進(jìn)展，得到抗反轉(zhuǎn)錄病毒治療的最大好處，并且對(duì)神

2、經(jīng)病的相關(guān)發(fā)病機(jī)制提供新的見(jiàn)解。,關(guān)鍵詞,neuroAIDS （神經(jīng)元愛(ài)滋?。?biomarkers （生物標(biāo)記） metabolomics （代謝組學(xué)） CNS （中樞神經(jīng)系統(tǒng)） HIV （人類免疫缺陷病毒） SIV （獼猴免疫缺陷病毒） mass

3、spectrometry（質(zhì)譜）,背景知識(shí),神經(jīng)精神病是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）功能障礙引起的認(rèn)知和行為的變化，進(jìn)一步發(fā)展下去就成為AIDS病人殘疾和死亡的主要原因。HIV進(jìn)入宿主后，很快就會(huì)轉(zhuǎn)移到CNS，并且在整個(gè)感染過(guò)程中都可以在CNS中檢測(cè)到。盡管HIV并不感染神經(jīng)元，它卻可以攻擊單核細(xì)胞系，即巨嗜細(xì)胞和小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。因此， HIV感染的神經(jīng)毒性是一種間接機(jī)制，可能包含了病毒蛋白或激活的巨嗜細(xì)胞、小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞和大腦對(duì)此病毒的適應(yīng)

4、免疫反應(yīng)所產(chǎn)生的炎癥調(diào)節(jié)物，結(jié)果就導(dǎo)致病人的神經(jīng)、行動(dòng)和認(rèn)知的損傷，即形成“neuroAIDS”。 neuroAIDS研究中的最關(guān)鍵的一步就是鑒定能夠顯示神經(jīng)病理機(jī)制的可靠的生物標(biāo)記。因?yàn)樯飿?biāo)記能夠客觀的追蹤、定量、指示病理和診斷過(guò)程中的生理變化，使得它不僅在臨床上具有無(wú)限的價(jià)值，在藥學(xué)發(fā)展和醫(yī)學(xué)研究中也發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。,代謝組學(xué)：新的應(yīng)用，新的前景 類比于基因組學(xué)，代謝組學(xué)是

5、用于定量描述特定細(xì)胞、組織、生物流質(zhì)中的所有低分子質(zhì)量的代謝物。這個(gè)“omics”的分支在生物樣品的模式識(shí)別分析中可能超越了其他的后基因組學(xué)技術(shù)。目前這個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用主要是在毒理學(xué)和生物標(biāo)記的研究中，并且越來(lái)越多的數(shù)據(jù)顯示代謝組學(xué)能夠?yàn)檠芯考?xì)胞或機(jī)體的實(shí)際生化狀態(tài)提供真實(shí)的窗口。 早期利用基因微列陣的方法從大腦的轉(zhuǎn)錄方面研究neuroAIDS已經(jīng)獲得了很大的成功，我們現(xiàn)在相信運(yùn)用代謝組學(xué)能夠更好的完成這個(gè)任務(wù)。,代

6、謝組學(xué)的技術(shù),傳統(tǒng)的代謝組學(xué)研究技術(shù) ① NMR （核磁共振） ② MS （質(zhì)譜） ③ GC/MS（氣象色譜/質(zhì)譜） ④ LC/MS （液相色譜/質(zhì)譜）,改進(jìn)技術(shù) ①LC-NMR-MS(液相色譜-核磁共振-質(zhì)譜) 將NMR和MS與LC合并用于代謝組學(xué)的研究。這個(gè)技術(shù)容許從NMR和MS得到的數(shù)據(jù)由一個(gè)LC柱來(lái)收集，這樣提供的互補(bǔ)信息就可以

7、很好的分離鑒定已知與未知化合物的數(shù)據(jù)。 ②UPLC/MS（超高效液相層析/質(zhì)譜） UPLC柱填充的是很小的顆粒(1.4–1.7μm)，因此大大提高了它的分辨率。通過(guò)使用這種方法能將分析時(shí)間縮短到1min。此外， UPLC產(chǎn)生較窄的色譜峰，能夠增加峰的容量、降低離子阻抑、增加信噪比從而增強(qiáng)敏感性。,,③ESI-MS/MS(電噴射離子化-串聯(lián)質(zhì)譜) ESI不需要分離技術(shù)就可以有效的

8、進(jìn)行離子化，能夠在更短的時(shí)間獲得更多的數(shù)據(jù)。,,④NanoLC/ESI-MS(納米液相色譜/電噴射電離-質(zhì)譜) 流速低(～200 nL/min)，能更有效的將離子轉(zhuǎn)移到質(zhì)譜中去，并且對(duì)復(fù)雜的混合物有更高的耐受性。,,⑤FI-NMR（流動(dòng)注射-核磁共振） 一天可以分析數(shù)百個(gè)樣品，使這個(gè)技術(shù)使用于代謝組學(xué)的研究。此外，新的NMR探針，如冷凍探針的使用，導(dǎo)致電子噪音降低、增加了敏感性達(dá)到四倍以

9、上。⑥LC/ESI-MS（液相色譜-電噴射電離-質(zhì)譜） LC/ESI-MS是代謝組學(xué)研究的很好的工具，優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)LC的分離使得一次進(jìn)入MS的分子減少，進(jìn)而減少了ESI阻抑。使得敏感性很容易達(dá)到pg/ml的范圍，并能夠提供定量和結(jié)構(gòu)上的信息。 在本篇的研究中主要是討論MS以各種變化的方法來(lái)研究代謝組學(xué)，其中特別集中在LC-ESI-MS。,潛在生物標(biāo)記的選擇 代謝組學(xué)的

10、研究產(chǎn)生了大的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)集，這就要求有精練的軟件去處理。很多儀器生產(chǎn)商都有僅僅針對(duì)特別儀器所得數(shù)據(jù)的處理軟件。一些研究人員期望能夠自由的修飾參數(shù)，比較不同儀器獲得的數(shù)據(jù)，因此他們會(huì)自己開發(fā)一些軟件，例如MZmine和XCMS。 利用軟件獲得適當(dāng)格式的數(shù)據(jù)，再利用多樣的統(tǒng)計(jì)學(xué)進(jìn)行分析(如主要成分分析和判別最小二乘分析) ，能夠很好的辨別被分析的樣品組和潛在的生物標(biāo)記的峰值。,生物標(biāo)記的定性 盡管

11、一些被檢測(cè)和鑒定了的代謝物在代謝組學(xué)的研究中可能已經(jīng)很了解了，但通常潛在的生物標(biāo)記是一個(gè)未知的化合物，需要準(zhǔn)確的鑒定。由于代謝物的量是有限的，所以對(duì)于生物標(biāo)記的研究可能就是代謝組學(xué)最大的挑戰(zhàn)。好在目前已有完成了的數(shù)據(jù)庫(kù)可用來(lái)比較未被鑒定的化合物，例如在KEGG和METLIN數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找可能的匹配。當(dāng)將MS 中獲得的片段數(shù)據(jù)再用Q-TOF和FTMS儀或直角加速Q(mào)-TOF/MS測(cè)定的準(zhǔn)確質(zhì)量進(jìn)行比較可以在很大程度上減少潛在的匹配數(shù)量。

12、 然而，盡管從MS收集到了重要的信息，最終還是需要和很多的技術(shù)聯(lián)合使用，例如高敏感的毛細(xì)血管NMR實(shí)驗(yàn)可以在微克的水平上提供代謝物的結(jié)構(gòu)特性，化學(xué)修飾實(shí)驗(yàn)也通常用于鑒定未知的代謝物。,neuroAIDS生物標(biāo)記 盡管代謝組學(xué)絕對(duì)可以研究人類，此次實(shí)驗(yàn)選用的是SIV-猴子模型，原因是：①SIV是猴子免疫缺陷病毒，能夠在一定猴子中產(chǎn)生像AIDS一樣的疾?、谠谶@種模型系統(tǒng)中，A

13、IDS的發(fā)育進(jìn)展比人體HIV誘導(dǎo)的神經(jīng)病理所需的時(shí)間要少很多③此種模型在實(shí)驗(yàn)中更容易控制、操縱以發(fā)現(xiàn)潛在的neuroAIDS生物標(biāo)記。 腦脊髓液（CSF）是neuroAIDS生物標(biāo)記最理想的來(lái)源，因?yàn)镃SF靠近大腦中神經(jīng)病理的發(fā)生位點(diǎn)，并且在一段時(shí)間內(nèi)可以從類似個(gè)體中獲得多個(gè)樣品，進(jìn)而可以對(duì)神經(jīng)病理發(fā)生過(guò)程中的變化進(jìn)行縱向的分子分析。 目前只有一個(gè)研究在CSF水平上發(fā)現(xiàn)了預(yù)測(cè)神經(jīng)認(rèn)知異常的

14、標(biāo)記，但是這個(gè)相關(guān)性會(huì)被抗病毒治療所減弱。,,,實(shí)驗(yàn)中幾個(gè)SIV系統(tǒng)感染導(dǎo)致了神經(jīng)疾病。這些系統(tǒng)中兩個(gè)最有潛力的系統(tǒng)或者包含了免疫缺陷抑制SIV庫(kù)和豬尾巴獼猴感染的病毒性SIV分子克隆，或者使用了病原性SIV株系去感染急性感染狀態(tài)下CD8細(xì)胞被去除了的獼猴。然而，大多數(shù)的這些動(dòng)物都會(huì)因?yàn)榕cCNS相關(guān)的疾病而在3個(gè)月內(nèi)就死亡了，使得潛在的生物標(biāo)記的發(fā)現(xiàn)仍然存在問(wèn)題。 盡管需要更長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)，但是對(duì)SIV-猴模型的更典型的疾病

15、過(guò)程的檢測(cè)，將更利于人類neuroAIDS生物標(biāo)記的鑒定。一個(gè)理想的模型應(yīng)該包括以下幾個(gè)狀態(tài)： ①病毒進(jìn)入大腦時(shí)的急性感染；②在大腦中病毒/免疫低水平相互作用時(shí)的慢性感染；③用類似高活性抗反轉(zhuǎn)錄病毒療法（HAART）治療；④CNS疾病的發(fā)生。 因?yàn)閚euroAIDS生物標(biāo)記的鑒定在診斷學(xué)和疾病發(fā)生學(xué)中非常有價(jià)值，相信近期代謝組學(xué)中應(yīng)用LC/MS技術(shù)的發(fā)展能夠達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。此外，近期研究也顯示由LC/MS從-80℃儲(chǔ)存的樣品