代謝組學在口腔醫學研究中的應用現狀
作者：杜飛，何睿，段開文，昆明醫科大學附屬延安醫院口腔科
代謝組是指生物體內源性代謝物質的動態整體，代謝組學是研究代謝組的一門學科，研究對象多為相對分子質量在1000以內的小分子物質。代謝組學研究目的是通過檢測代謝物水平的整體和動態變化，提取相關的生物代謝標誌物群體或標誌物簇，在此基礎上尋找所受影響的相關代謝途徑，確立代謝網路調控機制。目前，代謝組學已被應用於功能基因組學、毒理學、臨床醫學、中醫藥學和環境科學等領域。近年來，代謝組學在口腔疾病病因和防治機制方面的應用研究正成為口腔醫學領域的關注熱點，本文旨在對代謝組學在口腔醫學中的研究進展進行綜述。
1.代謝組學在牙周疾病方面研究中的應用
牙周炎是以牙菌斑生物膜為始動因子，多因素聯合作用，發生於牙齒周圍支持組織的慢性炎症性破壞疾病。最終可導致牙齒脫落，影響生活質量，但牙周炎通常在晚期才被診斷。因此，迫切需要一種簡便的方法來檢測早期階段的疾病活動，以便在疾病進展之前進行干預。Aimetti等使用核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）方法對牙周病患者唾液進行分析，發現代謝產物中醋酸、γ-氨基丁酸、琥珀酸等水平均升高;採用相同技術，Huang等報道正十二烷酸和豆蔻酸在牙周炎組中明顯下降，但花生四烯酸無明顯差異。Barnes等通過雙平台技術（LC/MS和GC/MS）比較了牙周炎患者和健康人群唾液代謝成分，發現單糖、低聚糖、半胱氨酸等在牙周病患者中均有所升高，提示牙周炎症與氧化應激、組織降解和細菌代謝等有一定聯繫。
Kuboniwa等提出使用唾液代謝組學和牙周炎症表面積（PISA）組合作為牙周炎症嚴重程度的預測模型，該模型可定量描述牙周炎症程度。該學者們還通過去除齦上菌斑和結石以最大程度減小背景代謝物，發現唾液代謝物中有潛在的能反映牙周炎症的嚴重程度標誌物，尤其在中度牙周炎。隨後其擴大樣本量，尤其是患有嚴重牙周炎的患者，以便尋找可用於快速篩查牙周炎的生物標誌物。基於多變數分析預清創唾液代謝組學數據，發現與較高PISA相關的代謝物包括屍胺和氫化肉桂酸酯，而尿酸和乙醇胺與較低的PISA有關。其對牙周炎病情的評估至關重要。
王輝等用基於氫譜核磁共振（1H-NMR）的代謝組學方法，對牙周炎患者和健康個體的唾液進行檢測，發現牙周炎患者的圖譜與健康個體的圖譜比較在δ3.0～4.0和δ2.0～2.6區域以及δ1.0附近的波峰有明顯變化，這些變化均說明牙周炎患者和健康個體的代謝存在差異。通過主成分分析和偏最小二乘判別分析顯示健康個體和牙周炎患者均有良好的聚類效果，此方法可很好地區別健康個體和牙周炎患者。Barnesl等運用超高液相色譜法、串聯質譜法對健康人和牙周炎的唾液進行代謝分析，發現牙周炎患者唾液里的溶血脂類水平、單醯甘油水平、脂肪酸水平、甘油磷脂產物水平、三醯甘油降解水平均升高，可能與牙周炎患者的脂肪酶上調有關，其或可以作為牙周炎代謝物標誌。
2.代謝組學在口腔惡性腫瘤方面研究的應用
惡性腫瘤的發生會導致人體內代謝變化，若能在人類體液中成功找到口腔癌的代謝標記物，就能及早發現病情、及時治療。對於早期癌症的診斷探索，代謝組學是一種良好的途徑，已經有很多學者沿這個方向研究尋找早期口腔口腔癌特殊的代謝標記物，試圖挖掘出一種靈敏準確快速的診斷方法。Sugimoto等用毛細血管電泳質譜分析法鑒別出口腔鱗癌患者唾液中可區別於健康受試者的生物標記物，即膽鹼、甜菜鹼、派可林酸和肉毒鹼。而Wang等首次用親水作用色譜法形式高效液相色譜-質譜對其結果進行驗證，發現口腔鱗狀細胞癌患者唾液中膽鹼、甜菜鹼和派可林酸水平升高，而L-肉毒鹼水平降低。對於肉毒鹼水平不一致可能和受試者的差異有關。
此外，Wang等運用了高效液相色譜-電泳離子化-質譜分析法鑒定出早期口腔鱗狀細胞癌患者唾液里特定的標記物L-苯基丙氨酸和L-亮氨酸。這兩種氨基酸對比健康組後發現濃度降低。早期它們以組合存在，其中，L-亮氨酸更能反映口腔鱗狀細胞癌早期I和II階段，而L-苯基丙氨酸可能可以用於篩選出口腔鱗狀細胞癌早期III和IV階段。並且L-苯基丙氨酸和L-亮氨酸這一組標記物對早期口腔鱗狀細胞癌的診斷靈敏性和特異性更高。Ma等用基質輔助激光解析串聯飛行時間質譜儀方法研究了口腔鱗狀細胞癌和健康人的血液中的谷胱甘肽s轉移酶pi，發現口腔癌患者血液里的谷胱甘肽s轉移酶pi濃度降低。
Gupta等運用1HNMR方法評估健康人群、口腔白斑和口腔鱗狀細胞癌患者血液的代謝標記物，結果發現口腔白斑和口腔鱗狀細胞癌受試者中谷氨醯胺、丙酮、醋酸和膽鹼不同。由於癌細胞需要大量氨基酸進行無限繁殖，因此其認為谷氨醯胺水平降低可能是區別OSCC和OLK的關鍵，膽鹼極其膽鹼衍生物是細胞膜磷脂代謝所必需的物質基礎，OSCC膽鹼水平的變化可能和細胞的凋亡有關，所以膽鹼水平會是區別OSCC與OLK的關鍵。
3.代謝組學在齲病研究的應用
齲病是口腔最常見的疾病，是一種由細菌引起的慢性進行性的牙體組織破壞，但是早期齲極其不易被發現。目前普遍認為齲病的發生和變形鏈球菌有關，發展與乳酸桿菌相關。因此齲病可以從細菌這一因素來預防。Zhang等為尋找出快速簡單鑒定出乳酸桿菌的方法，使用基質輔助激光解析/離子化渡越時間質譜分析來鑒定成人齲病患者唾液中的乳酸桿菌。檢測出乳酸桿菌的正確率是90.2%，此外，還鑒定出植物乳桿菌、發酵乳桿菌、乾酪乳桿菌、鼠李糖乳酸桿菌。儘管此方法還存在不足，但是這一新的代謝組學分析方法在尋找細菌與齲病之間的關係上起到一定的作用。Hertel等對和齲病有關聯的3種細菌（變形鏈球菌、乳酸桿菌和丙酸桿菌）的揮發性產物進行氣相色譜分析和質譜分析，發現變形鏈球菌、乳酸桿菌和丙酸桿菌分別有18種、3種和5種特殊的揮發性有機化合物，試圖通過這種方式來探索出可以通過呼吸實驗就能評價出患齲風險以及檢測早期齲壞的一種方法。
4.代謝組學在口腔黏膜病研究的應用
關鍵等運用氣相與質譜聯用技術（Gas Chromatography-Mass Spectrometry，GC-MS）技術，對口腔扁平苔蘚患者和健康人的唾液樣本進行代謝組學研究，成功找到7種口腔扁平苔蘚的相關代謝標誌物，為口腔扁平苔蘚的臨床診斷及發病機制的探索提供重要信息。Yang等應用超高效液相色譜-高分辨飛行時間質譜技術檢測了糜爛型口腔扁平苔蘚患者血漿代謝物情況，發現10種代謝物變化;隨後又檢測此類患者尿液代謝物，有12種物質發生改變。
口腔微生物在唾液乙醛的產生中有一定作用，而乙醛可能會引起基因突變，念珠菌已經被證實可以通過氧化乙醇以及糖發酵產生乙醛，Gainza-Cirauqui等基於以上發現，通過氣相色譜分析檢測乙醇。該學者從有口腔病損的病人中分離出念珠菌，發現在相同條件培育下白斑組產生的乙醛最多，其次口腔扁平苔蘚組，最後是苔蘚樣反應組。其還發現吸煙人群中獨立出來的念珠菌產乙醛能力高於不吸煙的人群，從既吸煙又喝酒人群中獨立出來的念珠菌產生的乙醛含量最高。這些都有可能說明念珠菌和抽煙喝酒與疾病的惡化有關係。
鄒斌等使用代謝組學方法成功區分了口腔白色念珠菌。李兵等用同樣的方法檢測分析不同種類念珠菌的培養液，且找到4種念珠菌共同及各異的代謝產物，發現念珠菌的生物被膜形成與部分代謝產物有關，認為可針對此類物質開發用於治療念珠菌病的靶點藥物。李淼等用此法也成功區分了幾種與口腔黏膜病相關的假絲酵母菌。
5.小結
總之，代謝組學雖然在口腔醫學中的應用越來越廣泛也初有成效，但尚需大量的實驗和臨床驗證，及很多未涉及到的口腔領域。當然，代謝組學作為一種新興技術發展至今無論是現有的分析儀器和分析技術還是數據處理技術和挖掘方法都需要進一步的發展，同時生物體系的複雜性是一個巨大挑戰，有效識別代謝產物，確定代謝產物的功能等等都需要進一步的研究探討。
來源：杜飛,何睿,段開文. 代謝組學在口腔醫學研究中的應用現狀[J]. 臨床口腔醫學雜誌,2017,(10):633-635.
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