唾液组学在口腔癌诊断中的应用

>2019-05-16 16:04  来源:四川大学华西口腔医学院
作者:李倩 张平 陈娇 曾昕 冯云 阅读量:1665

    唾液作为一个弘大的生物标志物储存库,具有重要的研究价值。全唾液重要由唾液腺分泌,龈沟液、黏膜渗出液及微生物分泌物也介入其构成,此中含有丰富的脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid,RNA)、蛋白质、细胞因子,和大批微生物和其代谢产品等。Wong树立了唾液组学数据库(salivaomics knowledge base,SKB;http://www.skb.edu),体系性搜集唾液组学相干的数据资料。SKB也是目前唯一一个极力于唾液组学研究的网站,该网站存储了大批人类唾液生物学、蛋白质组学、基因组学等方面的信息。

    口腔癌作为最常见的恶性肿瘤之一,全体生计率仅约60%,而早期诊断和治疗则是提高其生计率的关键。因此,颠末过程唾液组学的研究,寻找高敏感、特异性的口腔癌相干生物学标记物成已为以后的热门。肿瘤在发生、睁开过程中发生的某些中介因子可使唾液内某些生物分子的表达谱发生特征性改变,这些改变的分子则可作为唾液生物靶标用于研究及临床诊治。在曩昔的几十年中,已有大批潜在的口腔癌生物标志物在唾液中被接踵报导。因此,本文就唾液组学与口腔癌的诊断停止综述。

    1. 唾液组学

    唾液组学重要涵盖了唾液的基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、微生物组学及微小RNA(microRNA,miRNA)等领域。此中,唾液基因组重要包含人类及口腔微生物的DNA,人类DNA约占70%。与血液、尿液DNA相比,唾液DNA的品德和产量更优,存储光阴相对较长,且与血液基因组DNA的基因中结果完全同等。故唾液可作为疾病诊断和预后判断靠得住的DNA来源。唾液转录组是一个复杂的RNA网络布局,包含了3 000~6 400种人类唾液信使RNA(messenger RNA,mRNA),约200种mRNA为分歧个别所共有,构成为了人类唾液转录组的中央。

    研究表明,唾液mRNA直达录本的3’区富含AU元件,可以或许或许与蛋白质稳固结合,是比较抱负的唾液标志物来源。唾液蛋白质组由2 000余中使分歧生物功效的蛋白质和肽构成,此中近40%的蛋白质可作为癌症、心血管疾病和中风等疾病的候选标记物。另外,唾液中存在大批的低丰度蛋白质,使之较血液蛋白质组具有显著优势。唾液代谢组学利用高通量技术体系地研究唾液中的小分子量物质(包含中央代谢产品、激素和某些信号分子等),这些代谢产品是分子通路的下流产品,可被其余组学”调控,因此唾液代谢组学可用于定义个别表型,有助于口腔癌的精准诊断、靶向治疗。

    口腔中大批的微生物群落与肿瘤间也存在密切相干,目前已有大批研究对口腔微生物感染与肿瘤发生、睁开的相干停止探究;miRNA的丢失或突变可增进肿瘤构成,与mRNA相比,它更能特异性地出如今分歧范例的实体瘤中,且在肿瘤细胞和正常细胞间的差别比mRNA更显著。所以,miRNA作为特异性肿瘤生物标志物具有弘大潜力。

    2. 唾液组学与口腔癌早期诊断

    2.1 唾液基因组学与口腔癌

    p53基因是迄今与人类肿瘤相干性最高的抑癌基因,位于染色体17p13.1,包含11个外显子和10个内含子。人类50%以上的肿瘤构造中存在p53基因突变。已有大批研究明白了口腔鳞状细胞癌患者的癌构造中存在p53基因的突变,在口腔鳞状细胞癌患者的唾液中也发现了p53基因的突变,说明唾液中p53基因突变的检测与癌变构造内部的检测结果具有较好的同等性,可作为疾速诊断口腔癌的靠得住生物学标志物。跟着研究的赓续深入,很多学者认为,肿瘤的发生是多基因协同感化的结果。

    有研究表明,在涎腺肿瘤的发生、睁开中,Ki-67检出率与p53存在同等性相干,其共同感化导致涎腺肿瘤的发生、睁开。除Ki-67外,对细胞凋亡发挥重要的调节感化的bcl-2基因家族也与p53基因具有协调感化,p53基因被证明颠末过程下调bcl-2表达、上调Bax基因表达而间接影响细胞凋亡。抑癌基因p16即编码多肿瘤克制因子(multiple tumor suppressor,MTS)的基因,位于染色体9p21,其与p53基因在肿瘤的发生、睁开过程中互相影响、互相感化,对正常细胞的生长和分化有重要感化。与p53基因相干联的基因另有p21、p27等。但这些基因作为口腔癌检测的标志物还必要进一步证实。

    DNA甲基化是由酶介导的化学修饰过程,对细胞的发育、基因组的稳固至关重要。DNA甲基化情势改变包含DNA低甲基化和启动子CpG岛高甲基化,对肿瘤的发生具有重要意义。颠末过程该机制致癌的基因包含:1)抑癌基因(p14、p15、p16),影响细胞生长周期;2)粘附素(cadeher in)家族(E-粘附素、N-粘附素和P-粘附素),影响肿瘤的侵袭、转移;3)14-3-3σ基因甲基化,引发基因失活而导致肿瘤;4)Ras相干布局域家族(Ras related domain family,RASSF)基因1A启动子甲基化与人乳头瘤病毒(human papilloma virus,HPV)感染协同致癌;5)DNA修复基因[包含编码甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(methylguanine DNA methyltransferases,MGMT)、人MutL同源蛋白1(human MutL homologous protein 1,hMHLl)的基因]及细胞凋亡基因[编码死亡相干蛋白激酶(death-associated protein kinase,DAPK)的基因],介入口腔癌的发生等。

    大批文献报导了口腔鳞状细胞癌患者存在异常甲基化的p16、MGMT及DAPK。另外,Guerrero-Preston等的研究表明,唾液中NID2和HOXA9基因启动子甲基化与口腔鳞状细胞癌的发生、睁开相干密切,可作为筛查口腔鳞状细胞癌高危患者及早期诊断的生物学标记物。

    早在19世纪,有学者发现,术前唾液中含有甲基化基因的鳞状细胞癌患者,术后却不能检测到,这一发现使人咱咱们对唾液用于口腔鳞状细胞癌的检测发生了极大兴趣。大批后续研究结果也证实了口腔癌患者唾液中甲基化基因的检测结果与病变构造是基本同等的。Nagata等在对比口腔鳞状细胞癌患者与正常人唾液中的13个基因时发现,鳞状细胞患者唾液中有8个基因甲基化程度较正常人显著升高,它咱咱们作为结合偏向时的灵敏度和特异性高于90%,这一结果进一步说明唾液中基因的甲基化可作为口腔癌筛查、诊断的生物标记物。

    对付杂合性丢失、微卫星不稳固杂口腔癌的相干的研究并不少见,此中D3S1234、D9S156和D17S799的杂合性丢失与口腔鳞状细胞癌相干,可作为口腔癌筛查的唾液标志物。唾液中的线粒体DNA及肿瘤相干病毒DNA,如HPVDNA、人类免疫缺点病毒(human immunodeficiency virus,HIV)DNA和人类疱疹病毒(humanherpes virus,HHV)DNA、Epstein-Barr(EB)病毒DNA等也可用于口腔癌的危险评估。

    2.2 唾液转录组学

    与口腔癌与DNA一样,唾液中mRNA作为生物标记物在口腔癌的研究、诊断中获得普遍应用。Li等利用Human Genome U133A微阵列芯片分离阐发了32例口腔鳞状细胞癌患者和正常人的唾液,结果显示两组间有1 679个基因存在显著差异。此中,鳞状细胞癌患者唾液中有836个相干mRNA较正常组表达高,升高十分显著(>3.5倍)的有如下7种蛋白质的相干mRNA:白细胞介素(interleukin,IL)-8、IL-1β、人双特异性磷酸酶1(dual specificity phosphatase 1,DUSP1)、人组蛋白HA3、鸟氨酸脱羧酶抗酶1(ornithine decarboxylase antizyme 1,OAZ1)、s100钙结合蛋白p和丝氨酸乙酰转移酶(serine acetyltransferase,SAT),且灵敏度与特异性均为91%。根据mRNA增高程度分为高度增长(IL-8)、中度增长(HA3、IL-1β、s 1 0 0 钙结合蛋白p)和低度增长(DUS P 1 、OAZ1、SAT)。这一研究验证了唾液中的转录物同样可用于鳞状细胞癌的诊断和筛查。

    Brinkmann等进一步阐发研究了51例健康者、18例T1~T2期及17例T3~T4期鳞状细胞癌患者的唾液mRNA,发现与单项生物标志物相比,多种生物标志物结合检测的灵敏度更高,此中IL-lβ+SAT1+DUSP1复合物在T1~T2期鳞状细胞癌患者唾液中升高,而DUSP1在T3~T4期鳞状细胞癌患者唾液中升高,而且这些肿瘤生物标志在鳞状细胞癌晚期时的灵敏度更高。由此可见,唾液中的各种mRNA除了用于口腔癌的早期诊断外,也可以或许用于开端分期,且多种生物标志物结合应用的意义更大。

    2.3 唾液蛋白质组学与口腔癌

    跟着唾液蛋白质组学的睁开,Bandhakavi等树立了目最大的唾液蛋白质组数据库。癌胚抗原、肿瘤相干抗原抗体、肿瘤生物学相干蛋白质都因此后研究的热门,在口腔癌的早期诊断、预后评估研究中遭到了极大的看重。癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)是一种位于细胞外面的糖蛋白,正常存在于妊娠后期的胎儿肠道和肝脏中,在良性病变时可短暂、中度升高,在某些恶性肿瘤中显著升高,与肿瘤的睁开程度呈正相干。多项研究证实了唾液中CEA检测对口腔癌的辅助诊断具有一定价值,对其分期也有一定指点意义。

    除癌胚抗原外,唾液中另外一些癌症相干抗原、抗体等蛋白质,如肿瘤相干抗原(carcinoma associated antigen,CA)-50、CA-125、CA15-3及免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)A、c-erbB2蛋白、抗肿瘤P53、Ki67抗体等,也可作为口腔癌或其余部位恶性肿瘤的生物标志物。特异性分解细胞外基质成分的透明质酸酶(hyaluronidase,HAase)与口腔颌面部恶性肿瘤的发生、淋巴结转移等生物学行为密切相干;细胞疾速生长所必需的转铁蛋白(transferrin,TF)的增长与鳞状细胞癌患者肿瘤的大小和分期呈正相干,它咱咱们都可能是诊断和筛查口腔癌的有用对象。唾液中的防御蛋白(defensin)-1、鸟苷蛋白、功效偶合蛋白在口腔鳞状细胞癌诊断中的生物学标记意义也取得了证实。

    2.4 唾液代谢组学与口腔癌

    肿瘤微环境中的生物活性介质(包含细胞因子、趋化因子等)在肿瘤的发生、睁开过程中起着重要感化。已被证实为潜在的生物标志物的介质有:IL-1、IL-6、IL-8,肿瘤坏死因子(tumornecrosis factor,TNF)-α,表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)及其受体表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR),Her-2,碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF),胰岛素样生长因子(insulin-like growth factor,IGF)-1,内皮素(endothelin),基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)2和9等。

    醒芯肯示,IL-6、IL-8在鳞状细胞癌患者唾液中升高显著,IL-8的表达量与肿瘤的体积呈正相干,且鳞状细胞癌患者唾液中IL-6、IL-8的含量较血清中更高,故唾液中IL-6、IL-8的检测对鳞状细胞癌的诊细有临床意义。EGF作为生长因子中的一员,以外分泌办法进入唾液,调控多种靶细胞的生长、分裂。唾液中EGF在口腔颌面部发生炎症及肿瘤时显著升高,且涎腺恶性肿瘤患者唾液中EGF程度较良性肿瘤患者升高更显著,这提醒EGF在肿瘤的构成、恶性转化过程中有一定感化。

    最新研究表明,EGF颠末过程诱导人胰岛素样生长因子-2 mRNA结合蛋白3(insulin-like growth factor-2 mRNA binding protein,IGF2BP3)、平足蛋白(podoplanin,PDPN)的表达增长癌症的侵袭性,这提醒EGF在肿瘤的构成、恶性转化过程中有一定谢。氨基酸作为蛋白质代谢的中央产品,在唾液组学的研究中也遭到了极大看重。Sugimoto等研究表明,多种唾液代谢产品可用于口腔癌的检测,在口腔癌患者唾液中发现了28种特异性代谢产品,此中聚胺、鸟氨酸和腐胺的程度显著升高。

    后续研究发现,鳞状细胞癌患者和健康人群的唾液代谢组学存在显著差异,包含胆碱、葡萄糖、色氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、肉毒碱;与健康组相比,鳞状细胞癌组的胆碱代谢上调,其余代谢物均下调;并提出鳞状细胞癌患者存在氨基酸代谢和能量代谢的失衡,三羧酸轮回代谢也存在异常,为未来的临床诊断和治疗供给了重要的信息。

    普遍存在于血液及唾液中的唾液酸(sialic acid),因其异常糖基化行为相符癌症的普遍特征,在肿瘤研究中也备受存眷。早在几十年前,研究者咱咱们发现带瘤植物及肿瘤患者的瘤体和血液中的唾液酸含量随病情的加重而升高,随病情的缓解而低落。之后,张书平等对鳞状细胞癌患者唾液中的唾液酸停止检测,结果表明,鳞状细胞癌患者唾液中唾液酸含量高于血清,并提出唾液中唾液酸的含考觳舛钥谇或⒚部恶性肿瘤具有较高的参考价值。Vajaria等的研究进一步显示,唾液中的唾液酸、总蛋白质和总糖含量在鳞状细胞癌组显著高于对照组,证实了唾液中的唾液酸可作为潜在的肿瘤标志物,用于口腔癌的早期诊断。

    2.5 唾液微生物组学与口腔癌

    口腔微生物组群间及其与宿主间的静态均衡共同维持着口腔健康。这些差异微生物组群颠末过程破坏机体的免疫体系、干扰上皮细胞的信号通路介入口腔癌的发生、睁开;同时,肿瘤微环境的改变也可引发口腔菌群失调,增进某些特定种菌群的定植。Mager等发现,鳞状细胞癌患者唾液中的牙龈二氧化碳噬纤维菌、产黑色素普雷沃氏菌、缓症链球菌含量较正常者显著增长,这3种细菌作为鳞状细胞癌的辅助诊断目标,尚需大批临床研究的验证。Pushalkar等发现,鳞状细胞癌患者唾液中最重要的细菌属有链球菌属、孪生球菌属、罗氏菌属、消化链球菌属、乳杆菌属和卟啉单胞菌属。

    Furquim等利用16S rRNA测序办法,在范科尼贫血患者口腔内检出了大批的厚壁菌、拟杆菌、普雷沃氏菌、韦荣氏球菌属和链球菌等,提出在范科尼贫血患者或许正常人中,口腔微生物可能在鳞状细胞癌的睁开过程中起着重要的感化。这些结果都提醒,口腔癌的发生伴跟着微生物组群的布局改变,口腔微生物组学在口腔癌的诊断中具有潜在意义。

    2.6 miRNA与口腔癌

    唾液中miRNA在血浆、尿液、唾液及其余体液中稳固表达,且与很多肿瘤的发生密切相干。Salazar等对头颈部鳞状细胞癌患者唾液中的miRNA停止一系列阐发后发现,唾液中的miR-9、miR-134和miR-191可以或许或许作为新型生物标记物检测头颈部鳞状细胞癌。此后,Momen-Heravi等在对口腔鳞状细胞癌患者的唾液的检测中发现了11个miRNA(miR-136、miR-147、miR-1250、miR-148 a、miR-632、miR-646、miR-668、miR-877、miR-503、miR-220a和miR-323-5p)表达显著下降,2个miRNA(miR-24和miR-27b)表达显著增高。综上,唾液中的miRNA作为一种疾速、无侵袭性的对象,应用于口腔癌诊断也具有弘大潜能。

    2.7 其余唾液标志物与口腔癌

    迄今为止,已经有100余种唾液成分被纳为潜在的口腔癌标志物。除上述基因、mRNA、蛋白质、代谢物、微生物及miRNA外,还包含Na+、Ca2+、F-、Mg2+等无机离子,长链非编码RNA,氧化应激相干分子,糖皮质激素,腔唾液酸、α-L-岩藻糖苷酶及端粒酶等。这些生物标志物同样是唾液组学的重要构成部分,与口腔癌纳物学行为密切相干,对唾液组学的研究、口腔癌的共性化诊治具有重要意义。

    3. 结语

    综上所述,唾液因收集简略、储存便利、平安、廉价液蟹岣的生物学信息等,有望成为血液的优越替代品。颠末过程大批的唾液学试验研究,学者咱咱们已经在唾液中发至撕芏口腔癌相干的生物学标志物,对口腔癌的早期诊献龀隽撕氪贡献。但现阶段对唾液组学的研究还存在诸多障碍,如对付唾液的收集、处理和存储尚缺乏同一的模范;至今没有一个公认的特异性肿瘤标志物可以或许或许单独用于口腔癌的诊断,仍需颠末过程多个肿瘤标志物结合检测以提高特异性和敏感性。不过,跟着生物学技术的疾速睁开、研究的赓续深入,相信在不久的未来,唾液组学诊断将会赓续完善,为肿瘤的早期诊断、精准治疗及监测供给靠得住的根据。

编辑: 陆美凤

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