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核磁共振(NMR)圖譜技術在對流行性傳染病研究中的應用

瀏覽次數(shù):1283 發(fā)布日期:2022-11-24  來源:本站 僅供參考,謝絕轉(zhuǎn)載,否則責任自負

 
當NCP肆虐的時候,情不自禁地會讓我們對每一種新技術和新方法產(chǎn)生聯(lián)想:是不是可以為NCP的深入研究做些什么?昨天,我們的團隊查閱了NMR圖譜技術在傳染病領域的應用文獻,做了一個小篇幅的簡述,以此對奮斗在防疫前線的所有醫(yī)務人員與科研人員表示敬意。

丙型肝炎病毒(HCV)在全球的患病率約為2%(1.8億人),因此有相當大數(shù)量的人口正處于與HCV相關的慢性肝病的風險中。近來,隨著新型抗病毒藥物(DAA)的引入,對HCV感染的治療取得了顯著進步。與此同時,各類“組學”技術的發(fā)展也為新療法的研究做出了重大貢獻。代謝組學是“組學”技術中的最新技術,通過檢測體液、細胞或組織中小分子代謝物的集合,利用其化學性質(zhì)和相對豐度作為表征個體生理病理狀態(tài)的指標。質(zhì)子核磁共振(NMR)技術是代謝組學中使用的主要分析工具之一,它可以同時定性和定量數(shù)百種小分子,創(chuàng)建特定疾病的代謝組學指紋圖譜。

利用基于NMR的代謝組學方法,意大利佛羅倫薩大學的研究團隊對一組HCV-陽性患者進行了評估,在患者接受DAA治療方案前后,使用NMR表征其血清指紋圖譜相對于乙型肝炎病毒(HBV)患者和健康受試者之間的區(qū)別,結果表明HCV患者的代謝組學特征具有顯著差異,存在幾種主要代謝途徑的改變。該研究同時證明了HCV和HBV兩種病毒對細胞代謝的不同作用,患者體內(nèi)的代謝紊亂可歸因于病毒感染的直接作用。此外,該研究還首次揭示了與HCV感染模型有關的代謝產(chǎn)物(2-氧戊二酸酯和3-羥基丁酸酯)的變化,并可以解釋與此相關的幾種肝外表現(xiàn)。

在HCV感染期間(基線),持續(xù)病毒學應答后12周(SVR12)、24周(SVR24)三個不同的時間點,分別采集測定67例HCV陽性患者的294份血清樣品的NMR圖譜,以及50名單純感染HBV的患者和43名健康對照組(HC)受試者的血清樣本。


圖1.HCV患者在基線(紅色圓點)、SVR12(黃色正方形)、SVR24(綠色菱形)三個不同時間點處的MPLS成對比較得分圖。(a)1D NOESY 光譜模型;(b)CPMG光譜模型。


表1.1D NOESY和CPMG光譜的MPLS分析結果。

1D NOESY和CPMG光譜均證明在區(qū)分基線與SVR12、SVR24受試者方面,結果令人滿意(兩種模型的預測準確度分別為64.5%和70%)。


表2. 基線(HCV),SVR12和SVR24的成對代謝物分析。

為了確定由治療引起的代謝物水平變化的相應改變,對31種指定代謝物進行成對單變量分析,結果說明HCV感染的血清樣品中存在病理狀態(tài)生物標志物(例如:2-氧戊二酸酯,3-羥基丁酸酯)。

圖3. HCV、HBV和HC受試者的NMR血清圖譜OPLS-DA評分圖。HCV、HBV和HC受試者分別以圓圈、三角形、倒三角形表示。(a)NOESY實驗模型;(b)CPMG實驗模型。
 

NOESY和CPMG兩種模型均能清楚地區(qū)分HCV、HBV以及HC樣本,其交叉驗證的總體準確性分別為77%和74%。該結果有助于建立僅使用單個血清NMR光譜即可準確預測特定受試者健康或病理狀態(tài)的統(tǒng)計模型。


圖4. HCV、HBV和HC血清樣品中代謝物發(fā)生顯著變化(P值<0.05)的差異倍數(shù)值(FC)箱線圖。

為表征HCV在代謝途徑中的直接作用,對HCV和HBV患者血清樣品中的每種代謝產(chǎn)物的水平進行比較,并與健康對照(HC)組進行比較。可進一步對統(tǒng)計學上顯著改變的代謝物進行途徑分析。

 

總結:

應用代謝組學的研究手段,可將各代謝產(chǎn)物的化學性質(zhì)和相對豐度作為表征個體生理病理狀態(tài)的指紋。因此,基于NMR的指紋圖譜有望成為預測研究對象特定感染和健康狀態(tài)的最佳技術。樣本的采集與低溫存儲、核磁共振技術的應用,光譜處理與統(tǒng)計分析軟件的開發(fā)均將在此過程中發(fā)揮重要作用。
 

文章信息:

Journal: Scientific Reports, 2019, 9(1):4128.

Authors: Gaia Meoni, Serena Lorini, Monica Monti, et al.

Title: The metabolic fingerprints of HCV and HBV infections studied by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Doi: 10.1038/s41598-019-40028-4

Link: https://www.nature.com/articles/s41598-019-40028-4

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