NeuroAIDS的生物标记代谢组学的逐渐拓宽的领域.ppt

1、NeuroAIDS的生物标记：代谢组学逐渐拓宽的领域,摘要,“Metabolomics”即代谢组学，是测量细胞系统中各种代谢物浓度和不断变化的一门新兴的科学，具有巨大的潜力和许多独一无二的特性。这个领域目前主要用于毒理学的特性和生物标记的研究中。这篇关于代谢组学研究综述的重点是对可靠生物标记的鉴定，尤其是neuro-AIDS的生物标记。这种对可能的标记物的鉴定将有助于追踪HIV/CNS疾病的进展，得到抗反转录病毒治疗的最大好处，并且对神经病的相关发病机制提供新的见解。,关键词,neuroAIDS （神经元爱滋病） biomarkers （生物标记） metabolomics （代谢组学） CN

2、S （中枢神经系统） HIV （人类免疫缺陷病毒） SIV （猕猴免疫缺陷病毒） mass spectrometry（质谱）,背景知识,神经精神病是中枢神经系统（CNS）功能障碍引起的认知和行为的变化，进一步发展下去就成为AIDS病人残疾和死亡的主要原因。HIV进入宿主后，很快就会转移到CNS，并且在整个感染过程中都可以在CNS中检测到。尽管HIV并不感染神经元，它却可以攻击单核细胞系，即巨嗜细胞和小神经胶质细胞。因此， HIV感染的神经毒性是一种间接机制，可能包含了病毒蛋白或激活的巨嗜细胞、小神经胶质细胞和大脑对此病毒的适应免疫反应所产生的炎症调节物，结果就导致病人的神经、行动和认知的损伤，

3、即形成“neuroAIDS”。 neuroAIDS研究中的最关键的一步就是鉴定能够显示神经病理机制的可靠的生物标记。因为生物标记能够客观的追踪、定量、指示病理和诊断过程中的生理变化，使得它不仅在临床上具有无限的价值，在药学发展和医学研究中也发挥了越来越重要的作用。,代谢组学：新的应用，新的前景 类比于基因组学，代谢组学是用于定量描述特定细胞、组织、生物流质中的所有低分子质量的代谢物。这个“omics”的分支在生物样品的模式识别分析中可能超越了其他的后基因组学技术。目前这个领域的应用主要是在毒理学和生物标记的研究中，并且越来越多的数据显示代谢组学能够为研究细胞或机体的实际生化状态提供真实的窗口。

4、 早期利用基因微列阵的方法从大脑的转录方面研究neuroAIDS已经获得了很大的成功，我们现在相信运用代谢组学能够更好的完成这个任务。,代谢组学的技术,传统的代谢组学研究技术 NMR （核磁共振） MS （质谱） GC/MS（气象色谱/质谱） LC/MS （液相色谱/质谱）,改进技术 LC-NMR-MS(液相色谱-核磁共振-质谱) 将NMR和MS与LC合并用于代谢组学的研究。这个技术容许从NMR和MS得到的数据由一个LC柱来收集，这样提供的互补信息就可以很好的分离鉴定已知与未知化合物的数据。 UPLC/MS（超高效液相层析/质谱） UPLC柱填充的是很小的颗粒(1.41.7m)，因此大大提高了

5、它的分辨率。通过使用这种方法能将分析时间缩短到1min。此外， UPLC产生较窄的色谱峰，能够增加峰的容量、降低离子阻抑、增加信噪比从而增强敏感性。,ESI-MS/MS(电喷射离子化-串联质谱) ESI不需要分离技术就可以有效的进行离子化，能够在更短的时间获得更多的数据。,NanoLC/ESI-MS(纳米液相色谱/电喷射电离-质谱) 流速低(200 nL/min)，能更有效的将离子转移到质谱中去，并且对复杂的混合物有更高的耐受性。,FI-NMR（流动注射-核磁共振） 一天可以分析数百个样品，使这个技术使用于代谢组学的研究。此外，新的NMR探针，如冷冻探针的使用，导致电子噪音降低、增加了敏感性达

6、到四倍以上。LC/ESI-MS（液相色谱-电喷射电离-质谱） LC/ESI-MS是代谢组学研究的很好的工具，优点：通过LC的分离使得一次进入MS的分子减少，进而减少了ESI阻抑。使得敏感性很容易达到pg/ml的范围，并能够提供定量和结构上的信息。 在本篇的研究中主要是讨论MS以各种变化的方法来研究代谢组学，其中特别集中在LC-ESI-MS。,潜在生物标记的选择 代谢组学的研究产生了大的、复杂的数据集，这就要求有精练的软件去处理。很多仪器生产商都有仅仅针对特别仪器所得数据的处理软件。一些研究人员期望能够自由的修饰参数，比较不同仪器获得的数据，因此他们会自己开发一些软件，例如MZmine和XCMS

7、。 利用软件获得适当格式的数据，再利用多样的统计学进行分析(如主要成分分析和判别最小二乘分析) ，能够很好的辨别被分析的样品组和潜在的生物标记的峰值。,生物标记的定性 尽管一些被检测和鉴定了的代谢物在代谢组学的研究中可能已经很了解了，但通常潜在的生物标记是一个未知的化合物，需要准确的鉴定。由于代谢物的量是有限的，所以对于生物标记的研究可能就是代谢组学最大的挑战。好在目前已有完成了的数据库可用来比较未被鉴定的化合物，例如在KEGG和METLIN数据库中寻找可能的匹配。当将MS 中获得的片段数据再用Q-TOF和FTMS仪或直角加速Q-TOF/MS测定的准确质量进行比较可以在很大程度上减少潜在的匹配

8、数量。 然而，尽管从MS收集到了重要的信息，最终还是需要和很多的技术联合使用，例如高敏感的毛细血管NMR实验可以在微克的水平上提供代谢物的结构特性，化学修饰实验也通常用于鉴定未知的代谢物。,neuroAIDS生物标记 尽管代谢组学绝对可以研究人类，此次实验选用的是SIV-猴子模型，原因是：SIV是猴子免疫缺陷病毒，能够在一定猴子中产生像AIDS一样的疾病在这种模型系统中，AIDS的发育进展比人体HIV诱导的神经病理所需的时间要少很多此种模型在实验中更容易控制、操纵以发现潜在的neuroAIDS生物标记。 脑脊髓液（CSF）是neuroAIDS生物标记最理想的来源，因为CSF靠近大脑中神经病理的

9、发生位点，并且在一段时间内可以从类似个体中获得多个样品，进而可以对神经病理发生过程中的变化进行纵向的分子分析。 目前只有一个研究在CSF水平上发现了预测神经认知异常的标记，但是这个相关性会被抗病毒治疗所减弱。,实验中几个SIV系统感染导致了神经疾病。这些系统中两个最有潜力的系统或者包含了免疫缺陷抑制SIV库和猪尾巴猕猴感染的病毒性SIV分子克隆，或者使用了病原性SIV株系去感染急性感染状态下CD8细胞被去除了的猕猴。然而，大多数的这些动物都会因为与CNS相关的疾病而在3个月内就死亡了，使得潜在的生物标记的发现仍然存在问题。 尽管需要更长期的实验，但是对SIV-猴模型的更典型的疾病过程的检测，将

10、更利于人类neuroAIDS生物标记的鉴定。一个理想的模型应该包括以下几个状态： 病毒进入大脑时的急性感染；在大脑中病毒/免疫低水平相互作用时的慢性感染；用类似高活性抗反转录病毒疗法（HAART）治疗；CNS疾病的发生。 因为neuroAIDS生物标记的鉴定在诊断学和疾病发生学中非常有价值，相信近期代谢组学中应用LC/MS技术的发展能够达到这个目标。此外，近期研究也显示由LC/MS从-80储存的样品中获得的高质量的代谢组分析，极大的提高了寻找可能的生物标记的能力。,结论,尽管代谢组学比其它的一些后基因组 学技术有着更长的历史，对它的潜力的认 识却远远落后于对其它的高通量的方法的 认识。然而，这个渠道一定可以在人类生 理学中产生新的见解，并且提供深刻的发 现以增强、支持医疗科学。,谢谢！,