1、NeuroAIDS的生物標記：代謝組學逐漸拓寬的領域摘要 “Metabolomics”即代謝組學，是測量細胞系統中各種代謝物濃度和不斷變化的一門新興的科學，具有巨大的潛力和許多獨一無二的特性。這個領域目前主要用于毒理學的特性和生物標記的研究中。這篇關于代謝組學研究綜述的重點是對可靠生物標記的鑒定，尤其是neuro-AIDS的生物標記。這種對可能的標記物的鑒定將有助于追蹤HIV/CNS疾病的進展，得到抗反轉錄病毒治療的最大好處，并且對神經病的相關發病機制提供新的見解。關鍵詞 neuroAIDS （神經元愛滋病） biomarkers （生物標記） metabolomics （代謝組學） CNS

2、（中樞神經系統） HIV （人類免疫缺陷病毒） SIV （獼猴免疫缺陷病毒） mass spectrometry（質譜）背景知識 神經精神病是中樞神經系統（CNS）功能障礙引起的認知和行為的變化，進一步發展下去就成為AIDS病人殘疾和死亡的主要原因。HIV進入宿主后，很快就會轉移到CNS，并且在整個感染過程中都可以在CNS中檢測到。盡管HIV并不感染神經元，它卻可以攻擊單核細胞系，即巨嗜細胞和小神經膠質細胞。因此， HIV感染的神經毒性是一種間接機制，可能包含了病毒蛋白或激活的巨嗜細胞、小神經膠質細胞和大腦對此病毒的適應免疫反應所產生的炎癥調節物，結果就導致病人的神經、行動和認知的損傷，即形成

3、“neuroAIDS”。 neuroAIDS研究中的最關鍵的一步就是鑒定能夠顯示神經病理機制的可靠的生物標記。因為生物標記能夠客觀的追蹤、定量、指示病理和診斷過程中的生理變化，使得它不僅在臨床上具有無限的價值，在藥學發展和醫學研究中也發揮了越來越重要的作用。代謝組學：新的應用，新的前景 類比于基因組學，代謝組學是用于定量描述特定細胞、組織、生物流質中的所有低分子質量的代謝物。這個“omics”的分支在生物樣品的模式識別分析中可能超越了其他的后基因組學技術。目前這個領域的應用主要是在毒理學和生物標記的研究中，并且越來越多的數據顯示代謝組學能夠為研究細胞或機體的實際生化狀態提供真實的窗口。 早期利

4、用基因微列陣的方法從大腦的轉錄方面研究neuroAIDS已經獲得了很大的成功，我們現在相信運用代謝組學能夠更好的完成這個任務。 代謝組學的技術傳統的代謝組學研究技術 NMR （核磁共振） MS （質譜） GC/MS（氣象色譜/質譜） LC/MS （液相色譜/質譜） 改進技術 LC-NMR-MS(液相色譜-核磁共振-質譜) 將NMR和MS與LC合并用于代謝組學的研究。這個技術容許從NMR和MS得到的數據由一個LC柱來收集，這樣提供的互補信息就可以很好的分離鑒定已知與未知化合物的數據。 UPLC/MS（超高效液相層析/質譜） UPLC柱填充的是很小的顆粒(1.41.7m)，因此大大提高了它的分辨率

5、。通過使用這種方法能將分析時間縮短到1min。此外， UPLC產生較窄的色譜峰，能夠增加峰的容量、降低離子阻抑、增加信噪比從而增強敏感性。ESI-MS/MS(電噴射離子化-串聯質譜) ESI不需要分離技術就可以有效的進行離子化，能夠在更短的時間獲得更多的數據。NanoLC/ESI-MS(納米液相色譜/電噴射電離-質譜) 流速低(200 nL/min)，能更有效的將離子轉移到質譜中去，并且對復雜的混合物有更高的耐受性。FI-NMR（流動注射-核磁共振） 一天可以分析數百個樣品，使這個技術使用于代謝組學的研究。此外，新的NMR探針，如冷凍探針的使用，導致電子噪音降低、增加了敏感性達到四倍以上。LC

6、/ESI-MS（液相色譜-電噴射電離-質譜） LC/ESI-MS是代謝組學研究的很好的工具，優點：通過LC的分離使得一次進入MS的分子減少，進而減少了ESI阻抑。使得敏感性很容易達到pg/ml的范圍，并能夠提供定量和結構上的信息。 在本篇的研究中主要是討論MS以各種變化的方法來研究代謝組學，其中特別集中在LC-ESI-MS。潛在生物標記的選擇 代謝組學的研究產生了大的、復雜的數據集，這就要求有精練的軟件去處理。很多儀器生產商都有僅僅針對特別儀器所得數據的處理軟件。一些研究人員期望能夠自由的修飾參數，比較不同儀器獲得的數據，因此他們會自己開發一些軟件，例如MZmine和XCMS。 利用軟件獲得適

7、當格式的數據，再利用多樣的統計學進行分析(如主要成分分析和判別最小二乘分析) ，能夠很好的辨別被分析的樣品組和潛在的生物標記的峰值。生物標記的定性 盡管一些被檢測和鑒定了的代謝物在代謝組學的研究中可能已經很了解了，但通常潛在的生物標記是一個未知的化合物，需要準確的鑒定。由于代謝物的量是有限的，所以對于生物標記的研究可能就是代謝組學最大的挑戰。好在目前已有完成了的數據庫可用來比較未被鑒定的化合物，例如在KEGG和METLIN數據庫中尋找可能的匹配。當將MS 中獲得的片段數據再用Q-TOF和FTMS儀或直角加速Q-TOF/MS測定的準確質量進行比較可以在很大程度上減少潛在的匹配數量。 然而，盡管從

8、MS收集到了重要的信息，最終還是需要和很多的技術聯合使用，例如高敏感的毛細血管NMR實驗可以在微克的水平上提供代謝物的結構特性，化學修飾實驗也通常用于鑒定未知的代謝物。neuroAIDS生物標記 盡管代謝組學絕對可以研究人類，此次實驗選用的是SIV-猴子模型，原因是：SIV是猴子免疫缺陷病毒，能夠在一定猴子中產生像AIDS一樣的疾病在這種模型系統中，AIDS的發育進展比人體HIV誘導的神經病理所需的時間要少很多此種模型在實驗中更容易控制、操縱以發現潛在的neuroAIDS生物標記。 腦脊髓液（CSF）是neuroAIDS生物標記最理想的來源，因為CSF靠近大腦中神經病理的發生位點，并且在一段時

9、間內可以從類似個體中獲得多個樣品，進而可以對神經病理發生過程中的變化進行縱向的分子分析。 目前只有一個研究在CSF水平上發現了預測神經認知異常的標記，但是這個相關性會被抗病毒治療所減弱。 實驗中幾個SIV系統感染導致了神經疾病。這些系統中兩個最有潛力的系統或者包含了免疫缺陷抑制SIV庫和豬尾巴獼猴感染的病毒性SIV分子克隆，或者使用了病原性SIV株系去感染急性感染狀態下CD8細胞被去除了的獼猴。然而，大多數的這些動物都會因為與CNS相關的疾病而在3個月內就死亡了，使得潛在的生物標記的發現仍然存在問題。 盡管需要更長期的實驗，但是對SIV-猴模型的更典型的疾病過程的檢測，將更利于人類neuroAIDS生物標記的鑒定。一個理想的模型應該包括以下幾個狀態： 病毒進入大腦時的急性感染；在大腦中病毒/免疫低水平相互作用時的慢性感染；用類似高活性抗反轉錄病毒療法（HAART）治療；CNS疾病的發生。 因為neuroAIDS生物標記的鑒定在診斷學和疾病發生學中非常有價值，相信近期代謝組學中應用LC/MS技術的發展能夠達到這個目標。此外，近期研究也顯示由LC/MS從-