基于代谢组学的唇腭裂研究现状

【摘要】唇腭裂是最常见的出生缺陷之一，这种疾病可影响到除视力以外所有口腔颌面器官的形态和功能，严重影响患儿的身心健康及家庭的生活质量，治疗过程复杂且周期长，给社会带来极大负担。代谢组学主要利用高分辨率的核磁共振（ Nuclear magnet ic resonance，NMR） 技术测定生物液体样本[1] ， 通过模式识别（ Pat tern recog nit ion） 和主成分分析（ Principalcomponentanalysis， PCA） 确定生物体由外源性物质刺激及自身遗传变异而致畸的内源性小分子代谢物组成分的变化， 对代谢物组谱进行动态追踪， 并将这些代谢信息与病理生理过程中的生物学事件关联起来， 从而揭示生命活动的代谢本质。通过代谢组学可以对唇腭裂这种先天性疾病的发病机制以及药物使用做更深入和快速的研究。本文主要综述对唇腭裂患者与非唇腭裂者代谢物质差异的研究现状以给现代唇腭裂治疗提供理论参考。

【关键词】唇腭裂，代谢组学，差异研究

【Abstract】 cleft lip and palate is one of the most common birth defects， the disease can affect all the oral and maxillofacial organs except vision of form and function， the serious influence children"s physical and mental health and family"s quality of life， the treatment process is complex and cycle is long， a great burden to society. Metabonomics mainly using high resolution Nuclear magnetic resonance （Nuclear all IC resonance， NMR） technology [1]， the determination of liquid sample by pattern recognition （Pat tern recog nit ion） and principal component analysis （Principalcomponentanalysis， PCA） to determine the biology was deformed by exogenous substances stimulation and genetic variation and the change of endogenous small molecule metabolites of points， to carry on the dynamic tracking， the metabolites of spectrum and pathological physiological and metabolic information in the process of biological events， thus revealing the essence of life activity metabolism. Of this kind of congenital cleft lip and palate through metabonomics can disease pathogenesis and drug use to do more in-depth studies and fast. This article mainly reviews the metabolism of patients with cleft lip and palate and cleft lip and palate group differences of research to provide theoretical reference to modern treatment of cleft lip and palate.

【key words 】 cleft lip and palate， metabolomics， differences in research

【中图分类号】R782.2+2

【文献标识码】B

【文章编号】1004-4949（2014）12-0743-01

1唇腭裂综合症发病病理

1.1唇腭裂综合症的发病与基因的关联

A.R. Vieira[2]的研究显示：基因缺陷是牙齿发育不全的主要和重要原因。在家族遗传中，孟德尔分离可以导致牙齿发育不全，但是异构和多个基因组合也可以导致牙齿发育不全，人类牙齿发育不全可能是由几个独立的有缺陷的基因，单独行动或结合其他基因，导致一个特定的表型模式。而唇腭裂综合症正是牙齿发育不全的典型模型。Neus Martinez-Abadias等[3]的研究是从基因缺陷导致细胞按基因指导正常凋亡而形成唇腭裂的表形现象方面研究的，这联系到了FGF和FGFR两个片段。

1.2 药物作用

1.2.1致畸药物

Ernest F. Zimmermant等[4]的研究表明糖皮质素，去炎松等药物可以通过抑制RNA合成，导致唇腭裂倾向。而糖皮质激素（ Glucocorticoid） 是生物体主要的内源性激素， 对生长发育有重要作用， 也是临床治疗中的常用药。但糖皮质激素有致畸性， 近年来， 利用动物模型研究唇腭裂机制的发现表明， 糖皮质激素可以干扰上述信号通路的作用而诱导先天性唇腭裂的发生[5]。傅予川等[6]的研究表示：糖皮质激素致腭裂畸形的机理可能与① 使ACTH增加；② 抑制前列腺素产物；③ 作用于糖皮质激素受体；.④ 敏感性基因突变；⑤干扰酸性糖多糖合成等因素有关。对药物作用机制的相关研究表明： 地塞米松可以通过与受体特异性结合， 启动或抑制靶基因表达，影响多种RNA 的转录与蛋白的合成， 最终导致其代谢物组的改变。这些改变大致可分为两部分： （1）与致畸过程不相关的代谢产物； （2） 与致畸过程相关的代谢产物， 包括药物通过各种复杂信号通路生成的间接致畸物、终致畸物， 致畸过程中的代谢物以及各种相关酶类， 它们可能通过血循被转运至肝脏并在致畸结束后仍残留其中。例如， 地塞米松具抑制磷脂酶A2 （ Phospho lipase A2 ， PLA2） 合成的药理作用， 导致肝脏磷脂分解产物的减少。而有研究发现磷脂酶A2 的抑制会干扰细胞的增殖活动， 从而影响腭胚突的正常发育[7] 。

1.2.2维生素B12的作用

维生素B12（vitamin B 12， 简称B 12）是维持人体正常代谢和机能不可缺少的一种微量营养素。研究[8]发现，B12缺乏与出生缺陷、巨幼红细胞性贫血、神经管畸形等不良妊娠结局的发生有关，并严重影响到器官生长发育，尤其对未出生的胎儿。吴晓华等[9]的研究在地塞米松引起小鼠胚胎致畸过程中，维生素类药物B12在对母鼠血浆内代谢物组成的影响，研究唇腭裂的机制和预防方法，并为孕期服用维生素预防唇腭裂等方面的原理开辟新途径。对药物作用机制的相关研究表明，B12作为一种辅酶，影响DNA的表达，多种脂类和蛋白质的合成，最终导致代谢物组的改变。动物实验[10]表明，妊娠的9～11 d期间加入反代谢物后引起的叶酸缺乏导致90%大鼠唇裂；另有动物研究[11]表明，叶酸和B6、B12复合维生素的加入可降低单独的唇裂或腭裂。B12的加入可能促进了叶酸的产生和代谢，从而促进了腭胚突的正常发育，真正起到保护剂的作用。

2.基于核磁共振的代谢组学在唇腭裂方面的相关研究

2.1基于核磁共振的代谢组学研究方法

2.1.1步骤，总体技术

刘昌孝[12]提出代谢组学依靠核磁共振的绘图技术，以便于采集的代谢物为研究对象，通过快速简单的操作，能达到定量定性的分析结果，是年轻但成熟的研究方法。卢红梅等[13]详细介绍了代谢组学分析技术及数据处理技术，主要包括NMR、FT—IR、MS及其与色谱等联用。这些分析手段正在使代谢组学产生海量数据。处理、分析和管理这些数据需要专门的数学、统计和信息学知识和工具。王伟[14]给代谢组学研究提出了明确的四个步骤：1.给与生物体一定的刺激。2.代谢组数据的采集。3.建立表征代谢特征的时空模型。（其中最常用的建模方法是主成分分析，PCA）4.建立代谢物时空变化与生物体特性的关系，达到从不同层次和水平上阐述生物体对相应刺激的响应的目的。赵剑宇[15]总结了基于核磁共振的代谢组学的研究进展，主要探讨了其与病理生理现象的联系应用，在毒理学方面的研究价值，功能基因组学方面的代谢组学以及应用于新药研发方面的代谢组学等。焦宏[16]详细分析了核磁共振技术在代谢组学中的应用。具体分析了核磁共振技术的优缺点，总结了基于核磁共振的代谢组学的研究步骤。

2.1.2小鼠模型中的母鼠实验研究

目前，国内外的研究对于作为胚胎发育的载体——母体的研究已经成为研究的热点。有研究表明，小鼠母体环境改变后，胎儿腭裂发生率发生显著变化[5]。母体是遗传和环境因素决定腭裂发生、发展的关键环节。哺乳动物腭胚突的发育十分相似，分为延伸、生长、上抬、接触和融合几个环节，其中任何一个环节受到干扰均可影响腭胚突的发育，从而导致腭裂的发生。而近交系小鼠是研究腭胚突发育和融合的理想模型，近交系小鼠具有基因型差异减小，在相同的环境因子作用下具有相同的表现型和遗传稳定性的特点。而且，小鼠和人的胚胎口面复合体的发育非常相似，可以最大程度模拟人的发育情况。观察唇腭裂易感A系小鼠和非易感C系小鼠在生理状态和致畸剂处理状态下的整体代谢水平，可以了解在腭胚突发育过程中母体对外界刺激所产生的保护性及非保护性的一系列代谢变化。

Ernest F. Zimmermant等[4]利用唇腭裂小鼠模型研究糖皮质激素抑制RNA合成的机制得到很好的效果，其中亦是利用母鼠模型，通过注射致畸药物和多种料想中与其拮抗的药物作为对比试验，获得成效。周京琳[17]的研究在建立了地塞米松致畸小鼠（C57BL/6J）模型的基础上，采用基于1H-NMR的代谢组学分析方法对孕鼠血浆进行分析研究，通过对母体血液代谢产物的分析达到早期检测胚胎发育状况方法的可行性。其主要是通过对母鼠血浆代谢产物的NMR检测，结合化学计量学的模式识别技术，可以较好地反映胎鼠腭裂发生状态，该方法是可行的并且是敏感而有效的。肝脏是生物体进行代谢活动的重要器官，包含了多种代谢酶系统， 上千种物质在此转化或活化， 因而肝脏对于研究生物体代谢物组的变化具有十分重要的意义。徐滨等[18]的实验通过对孕鼠肝组织水溶性代谢物进行代谢组学的研究，根据实验结果， 发现正常和患病两组代谢产物存在显著差异。

2.2基于核磁共振的代谢组学研究成果现状

Estelle Martineau等[19]提出一种适用于基于核磁共振的代谢组学的细胞提取方法用于研究各种系统，这种方法也可用于其他母式，是可以评估其提取的稳定性和效率性的。在这种方法中，甲醇/ CHCl3 /水的的提取方法证明是最适用于哺乳动物细胞代谢提取物的基于核磁共振的代谢组学研究。提取方法表明：甲醇/ CHCl3 / H2O方法提取过程可再生的和导致更高的代谢物，这些代谢物可以揭示底层细胞系之间生理上的差异，而操作过程中至关重要的是核磁共振分析、样品制备和生物差异。钟麒等[20]利用代谢组学对男性高尿酸症患者的血浆进行了详细研究，对代谢物差异分析起到了很大作用。赵素敏等[21]在糖代谢异常的研究中详细讨论了液相色谱鱼质谱连用的代谢组学以及磷脂轮廓分析：首先从LC-MS采集到血浆中代谢组学分析及磷脂轮廓分析的原始谱图， 通过软件的峰匹配等步骤得到峰表， 之后利用多种统计分析方法进行数据分析， 通过正交校正的偏最小二乘法（OSC-PLS）对样品进行分型， 根据模型的变量重要因子（V-IP）、显著性差异检验结果等筛选出差异性代谢物。

3小结

代谢组学（metabonomics）作为近几年发展起来的一种新的“组学”技术，为整体研究母体代谢变化提供了有效手段。代谢组学是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学。作为系统生物学的一部分，它从代谢终产物的角度，进一步体现了基因、蛋白在机体内的作用过程，这种技术可以无伤害地观察机体生、病理状态，动态评价基因、蛋白及药物的作用效应，故又称为代谢指纹图。它是以物理学基本原理为基础的分析化学、以数学计算与建模为基础的化学计量学和以生物化学为基础的生命科学等学科交叉的学科。而针对目前影响口腔健康的较为重大的疾病——先天性唇腭裂，结合基于核磁共振的代谢组学（1H NMR-based metabonomic）技术，从机体代谢产物方面来分析研究疾病特征轮廓，描绘完整的疾病表征代谢图谱，应用化学计量学对庞大的代谢数据进行区分及甄别，尝试为唇腭裂疾病早期预防及诊断的新标准提供前期理论依据。

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