核磁共振（NMR）圖譜技術(shù)在對流行性傳染病研究中的應(yīng)用

 

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(dāng)大數(shù)量的人口正處于與HCV相關(guān)的慢性肝病的風(fēng)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(jìn)步。與此同時，各類“組學(xué)”技術(shù)的發(fā)展也為新療法的研究做出了重大貢獻(xiàn)。代謝組學(xué)是“組學(xué)”技術(shù)中的最新技術(shù)，通過檢測體液、細(xì)胞或組織中小分子代謝物的集合，利用其化學(xué)性質(zhì)和相對豐度作為表征個體生理病理狀態(tài)的指標(biāo)。質(zhì)子核磁共振（NMR）技術(shù)是代謝組學(xué)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(xué)指紋圖譜。

在HCV感染期間（基線），持續(xù)病毒學(xué)應(yīng)答后12周（SVR12）、24周（SVR24）三個不同的時間點(diǎn)，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(diǎn)）、SVR12（黃色正方形）、SVR24（綠色菱形）三個不同時間點(diǎn)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(jié)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(jié)果令人滿意（兩種模型的預(yù)測準(zhǔn)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(yīng)改變，對31種指定代謝物進(jìn)行成對單變量分析，結(jié)果說明HCV感染的血清樣品中存在病理狀態(tài)生物標(biāo)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(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ�；（b）CPMG實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/span>
 

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(yàn)證的總體準(zhǔn)確性分別為77%和74%。該結(jié)果有助于建立僅使用單個血清NMR光譜即可準(zhǔn)確預(yù)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(jìn)行比較，并與健康對照（HC）組進(jìn)行比較�？蛇M(jìn)一步對統(tǒng)計學(xué)上顯著改變的代謝物進(jìn)行途徑分析。
 

應(yīng)用代謝組學(xué)的研究手段，可將各代謝產(chǎn)物的化學(xué)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(yù)測研究對象特定感染和健康狀態(tài)的最佳技術(shù)。樣本的采集與低溫存儲、核磁共振技術(shù)的應(yīng)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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