HIV感染者口腔代謝組學的研究

 近年來，雖已經大量使用高效抗逆轉錄病毒療法（HAART），但是由各種病原體引發(fā)的HIV相關口腔損害仍在流行，因此，更好地了解口腔環(huán)境（如免疫）因素及其在口腔并發(fā)癥發(fā)病機制和HIV疾病進展監(jiān)測中的作用十分必要。隨著高通量技術的進步，研究人員開始采用代謝組學等系統生物學手段來認識HIV感染。存在于口腔的代謝產物由宿主和微生物產生，與機體健康和疾病關系密切。
1.代謝組學的概念及其優(yōu)點
代謝組學是通過相對生物體系（包括細胞、生物體或組織）在收到刺激或是一定條件干擾后，其代謝產物隨時間的變化，來研究生物體系的一門科學。蛋白質組學分析不能揭示細胞中所發(fā)生變化的整體情況，代謝組學研究能揭示生物體生理學的瞬間生命活動狀態(tài)，是繼基因組學和蛋白質組學之后的一種新技術。所謂代謝物，是基因的下游產物，也是生物體的終產物，涉及細胞或生物體代謝中化學過程的科學性研究維持生物體正常機能以及生長發(fā)育的各種小分子化合物的集合，相對分子質量在1000以下的內源性化合物。
與其他組學相比，代謝組學有以下優(yōu)勢：①相對于基因和蛋白質，其數量和種類較少，一般內源性小分子化合物的數量大約數千種，研究節(jié)省時間和花費；②生物體由于各種因素導致的變化，可以由它們的代謝產物變化表現出來，能夠評定各種因素對機體的影響，代謝組學是研究外源性物質刺激（如藥物或毒物）環(huán)境改變引起的機體所有代謝產物變化的有效手段，可以用來尋找疾病生物標志物；③基因和蛋白表達的微小變化會在代謝物水平得到放大，更易于檢測出，可以研究一些轉錄組學和基因組學所不能觀察到的內容。
2.HIV和HAART相關的代謝變化
口腔（口腔液或唾液）含有血液中發(fā)現的大多數化合物，因其標本與血清（血液）或是尿液相比易于采集和處理，是一種易獲得和信息量豐富的代謝組學研究關注的重要生物體液來源。目前，對口腔代謝組學的研究主要集中于惡性腫瘤、自身免疫性疾病和牙周病等方面，發(fā)現了一些潛在的新標志物，為認識疾病發(fā)病機制也提供了新的思路。在艾滋病研究的早期即識別到了HIV誘導的代謝變化，如鈣代謝產生代謝性骨疾病的變化和藥物毒性導致的肝臟疾病。
Hewer等證明基于血清的核磁共振（NMR）代謝特征發(fā)現脂質、葡萄糖和氨基酸所占比例有差異性，且可以來區(qū)分是否接受抗病毒治療的HIV感染者和HIV陰性對照人群。脂質和葡萄糖的改變是已知的與抗病毒治療的脂肪代謝障礙、高脂血癥和高血糖有關代謝變化。有研究顯示，與HIV陰性的男性相比較，接受抗病毒治療的HIV感染男性出現極低密度脂蛋白顆粒（VLDL-p）和（?。┑兔芏戎鞍最w粒增加，而（大）低密度脂蛋白顆粒（LDL-p）和高密度脂蛋白顆粒（HDL-p）卻是降低的。
未接受治療的HIV陽性男性（?。┖停ù螅┑兔芏戎鞍最w粒（LDL-p）和高密度脂蛋白顆粒（HDL-p）的濃度都較低。Swansonet等觀察了HIV感染組血脂的輪廓特征，發(fā)現包含蛋白酶抑制劑的治療方案與（?。┑兔芏戎鞍最w粒濃度的上升有關。這種相關性有助于對HIV感染者有患冠狀動脈心臟疾病的風險認識。Wikoff等利用質譜（MS）技術研究了受SIV感染的猴子在受感染前后腦脊液的代謝情況，發(fā)現肉堿、?；鈮A、脂肪酸和磷脂主要在SIV誘導腦炎后上升。Cassol等報告了接受HAART的HIV感染者的血液代謝組學檢測情況，發(fā)現碳水化合物、脂質和氨基酸的代謝發(fā)生了變化。在HIV感染情況下一些細胞長期存活（如巨噬細胞），而另一些則不然（如CD4細胞）。Hollenbaugh等通過LC-MS/MS方法發(fā)現病毒誘導了這些細胞的代謝輪廓不同，隨著病毒代謝要求的提高，受影響的代謝途徑的數目增多。Cribbs等對HIV感染者支氣管肺泡灌洗液（BALF）進行了檢測（LC-FTMS法），發(fā)現BALF中代謝輪廓差異。
3.國外有關HIV感染者口腔代謝組學研究的新進展
近年來，除了對HIV感染及其抗病毒治療過程中腦脊液、血液、尿液和支氣管肺泡灌洗液等開展的代謝組學研究外，口腔代謝組學特征研究在國外已開始受到關注。Ghannoum等研究認為代謝組學能夠揭示接受和不接受HAART的HIV感染者的口腔代謝組學特征，針對HIV感染形成了可區(qū)別的特定的代謝物產物。相對于健康對照組，來自HIV感染者的標本表現出對幾個分解代謝過程較活躍的證據，特別是與氨基酸代謝相關的產物，如酪胺和硫酸對甲酚（酪氨酸的兩種代謝產物）的水平升高。口腔硫酸對甲酚的存在表明這些病人可能有潛在的腎臟疾病。還觀察到尸胺和吲哚乳酸水平升高，尸胺是一種與口腔疾?。òㄑ乐懿『涂诔簦┘胺窝祖溓蚓l(fā)病相關的細菌產物。
此外，還發(fā)現未使用HAART的患者與使用HAART的患者相比，前者的肌氨酸和其他代謝物水平顯著增加。有學者認為肌氨酸可作為前列腺癌進展的一個潛在中間物，但HIV疾病的進展中這些代謝物的作用需進一步研究。在HIV感染過程中，氨基酸水平的變化可能會影響相關的機會性疾病。一些研究表明，色氨酸直接影響念珠菌生長（體外和體內）和形態(tài)。吲哚雙加氧酶將色氨酸轉化為吡啶甲酸，從而抑制酵母菌菌絲轉化。此外，色氨酸還可影響口腔環(huán)境中的部分組成重要微生物的細菌。上述研究者檢測到的代謝物的鑒別水平可能與研究人群口腔中念珠菌定植相關。然而，因為標本未進行培養(yǎng)，因此這種相關性未被證實。未來的研究將探查是否口腔代謝產物的變化與口腔念珠菌定植相關。
HIV感染者口腔色氨酸水平的變化及其調節(jié)子如IDO和PLA很可能與T細胞功能和細胞凋亡相關，但仍需進一步研究以探明這種潛在的相關性。Zangerle等研究發(fā)現血清中苯丙氨酸：酪氨酸比值（Phe：Tyr）可用于監(jiān)測癌癥和HIV感染患者的免疫激活情況。由于使用HAART的患者有低病毒載量，因此有可能通過代謝物水平的改變來觀察病毒復制。Ghannoum等的結果也支持這一點，他們發(fā)現未用HAART的HIV感染者的口腔沖洗標本中口腔苯丙氨酸與酪氨酸比值（Phe：Tyr）增加，但在使用HAART者則降低至健康受試者類似的水平。Munshi等用NMR分析了包括使用HAART在內的HIV感染者唾液等的代謝組學特征，發(fā)現唾液中可能與流行的HIV感染者機會性病原菌相關的丁酸、乳酸和乙醇三種代謝產物有顯著變化。丁酸是一種可導致牙周疾病的牙齦卟啉單胞菌和具核梭桿菌的產物，能引起組蛋白乙酰化從而誘導潛伏病毒再激活。研究結果還表明，即使在全身健康狀況已改善的使用HAART的患者中，產生丁酸的細菌仍可能停留在口腔內。
HIV感染者血液和唾液乳酸水平較高，與血液乳酸性酸中毒不同，后者可能是由于患者口腔存在乳酸產酸菌。另外，在HIV患者的唾液中乙醇濃度升高，使用HAART后下降。引起口咽念珠菌病的念珠菌，通過厭氧發(fā)酵產生乙醇，在HIV感染者中引起常見的機會性感染。由于酒精可使原代培養(yǎng)的口腔上皮細胞HIV感染顯著增加，故認為在口腔中的乙醇含量增加也會增加連續(xù)口腔再感染的危險。
4.小結

HIV感染者對照健康人群，和HIV感染者是否使用HAART，其代謝組都有不同的改變，如脂質、葡萄糖和氨基酸等代謝產物都有差異，這些代謝產物的差異，對于揭示HIV的致病機理和治療都將具有重要的影響意義。