CN115201375A - 一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物及其应用 - Google Patents

一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物及其应用。属于生物医药技术领域。本发明提供了12种血清代谢标志物,旨在提供更多潜在血清代谢标志物作为一种快速、特异性高、灵敏度高、成本低的早期诊断方法,以评估从潜伏感染到活动性结核感染的进展,为患者构建量身定制的治疗方案。

Description

一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标 志物及其应用
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域,更具体的说是涉及一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物及其应用。
背景技术
结核病(TB)主要由结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosis)引起。由于结核分枝杆菌培养困难且耗时,结核潜伏感染患者数量巨大。准确及时地识别潜在感染是目前结核病控制的主要限制因素。因此,快速、特异性高、灵敏度高、成本低的早期诊断手段至关重要。
小分子代谢物是细胞调节过程的最终产物。其种类和数量的变化被视为生物体对基因或环境变化的最终反应。GC-MS、LC-MS、NMR等高通量、高灵敏度的代谢组学检测技术是代谢物检测的主流方法。迄今为止,代谢组学技术已广泛应用于临床研究,例如识别新的生物标记物,以及生物标记物如何帮助改进疾病的发现和诊断。
结核病相关代谢物的发现也为结核病的诊断和治疗带来了新的方法。Susanna KPLau等报道结核分枝杆菌培养上清液中24种代谢产物的含量明显高于非结核分枝杆菌组,其中4种代谢产物被鉴定为1-结核菌素腺苷衍生物,可作为结核分枝杆菌代谢的新标志物。Yeware A等人通过代谢组学研究了二苯烷基化铵处理引起结核分枝杆菌从活性状态快速转变为可存活但不可培养状态的机制,并将其与休眠表型进行了比较。Weiner J等人研究了结核病患者(TB+)、健康未感染者(TST-)和潜在感染(TST+)个体的代谢模式。测定三组间血清小分子丰度的差异。
同时,血清代谢物浓度是人类生物过程的直接反映,与心血管和代谢疾病密切。先前的研究在结核分枝杆菌中发现了新的代谢标记物,可能与结核病的进展有关。因此,研究结核病患者的血清代谢物以及结核病的进展至关重要。本发明旨在通过筛选某些代谢标志物来完成关键监测指标,以评估从潜伏感染到活动性结核感染的进展,从而为患者构建量身定制的治疗方案。
综上,如何提供一种快速、特异性高、灵敏度高、成本低的早期诊断方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物及其应用。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
检测样本中甜菜碱(Betaine)、4-羟基苯甲醛(4-Hydroxybenzaldehyde)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、苯酰胺(Phenacylamine)、次黄嘌呤(Hypoxanthine)、4-甲酰吲哚(4-formyl Indo le)、香豆素(Coumarin)、L-赖氨酸(L-Lysine)、2-羟基肉桂酸(2-Hydro xycinnamic acid)、茶碱(Theophylline)、阿戎葡糖苷II(Arjunglucoside II)和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yl(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-dihydroxy-9-(hydroxymethyl)-2,2,6a,6b,9,12a-hexamethyl-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-octadecahydropicene-4a(2H)-carboxylate)水平的产品在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途;
所述样本为血清。
一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物,包括甜菜碱(Betaine)、4-羟基苯甲醛(4-Hydroxybenzaldehyde)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、苯酰胺(Phenacylamine)、次黄嘌呤(Hypoxanthine)、4-甲酰吲哚(4-formyl Indole)、香豆素(Coumarin)、L-赖氨酸(L-Lysine)、2-羟基肉桂酸(2-Hydroxycinnamic acid)、茶碱(Theophylline)、阿戎葡糖苷II(Arjunglucoside II)和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yl(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-dihydroxy-9-(hydroxymethyl)-2,2,6a,6b,9,12a-hexamethyl-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-octadecahydropicene-4a(2H)-carboxylate)。
上述的血清代谢标志物在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途。
一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的试剂盒,包括甜菜碱(Betaine)、4-羟基苯甲醛(4-Hydroxybenzaldehyde)、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸((R)-(+)-2-Pyrrolidone-5-carboxylic acid)、苯酰胺(Phenacylamine)、次黄嘌呤(Hypoxanthine)、4-甲酰吲哚(4-formyl Indole)、香豆素(Coumarin)、L-赖氨酸(L-Lysine)、2-羟基肉桂酸(2-Hydroxycinnamic acid)、茶碱(Theophylline)、阿戎葡糖苷II(Arjunglucoside II)和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐((2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)tetrahydro-2H-pyran-2-yl(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-dihydroxy-9-(hydroxymethyl)-2,2,6a,6b,9,12a-hexamethyl-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-octadecahydropicene-4a(2H)-carboxylate)。
上述的试剂盒在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明取得的有益效果为:本发明旨在提供更多潜在代谢标志物作为一种快速、特异性高、灵敏度高、成本低的早期诊断方法,以评估从潜伏感染到活动性结核感染的进展,为患者构建量身定制的治疗方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明实施例1中血清代谢物质的PCA分析及OPLS-DA分析,其中A为PCA分析,B为OPLS-DA分析;
图2附图为本发明实施例1中健康对照组、潜伏感染组、药敏患者、耐药患者四个组符合统计学代谢物分布统计(A),各组患者血清代谢物VIP差异物质鉴定图(B);
图3附图为本发明实施例1中健康对照组、潜伏感染组、药敏患者、耐药患者血清代谢标志物的热图聚类分析,其中,横坐标为样本分组,纵坐标为代谢物的M/z;
图4附图为本发明实施例1中健康对照组、潜伏感染组、药敏患者、耐药患者血清代谢物质差异性代谢物质富集分析及其通路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明所需药剂为常规实验药剂,采购自市售渠道;未提及的实验方法为常规实验方法,在此不再一一赘述。
实施例1
(1)研究对象临床信息
潜伏感染肺结核病例纳入标准:
1)结核分枝杆菌(Mtb)痰涂片和痰培养阳性。
2)HIV检测结果呈阴性。
3)无服用抗结核药物药史。
4)知情同意并愿意参与试验。
排除标准:
1)对硝基苯甲酸(PNB)检测呈阴性的患者。
2)不愿意签署知情同意的患者。
3)正在参加相似研究的患者。
正常对照纳入标准:
1)身体状况良好,无肺结核病史及相关疾病。
2)无服用抗结核药物药史。
3)知情同意并愿意参与试验。
排除标准:同潜伏感染肺结核病例排除标准2)和3)。
(2)临床数据分析
潜伏感染组44例(22.92%)、健康对照组148例(77.08%)例,全部样本的治疗、白细胞、淋巴细胞等临床数据见表1所示。潜伏感染组患者的γ干扰素/基础水平N(p=0.03*),γ干扰素/实际释放水平(T-N)(p=0.000***),白细胞数(p=0.003**)均显著高于健康对照组,γ干扰素/阳性实际水平(M-N)则显著低于健康对照组(p=0.002**)。
表1潜伏感染组患者与健康对照组患者研究对象基本信息
Figure BDA0003748554900000051
(2)潜伏感染肺结核患者差异代谢物质分布
样本收集:采集血样后,25℃静置30分钟以上,进行离心,吸取血清并将其保持在-20℃,后续用于LC-MS/MS检测。
样品预处理:取样品放置4℃解冻,取200μL样本,加800μL甲醇乙腈(1:1/V),涡旋60s后放置-20℃。沉淀60min后,17000×g,4℃离心15min,取上清700μL,35℃真空抽干。再用200μL乙腈:水(1:1,v/v)重新溶解,经0.22μm PVDF膜过滤,取滤液100μL,上机。另每个样本取5μL混合成QC,上机。
LC-MS代谢谱检测:使用ACE(Aberdeen,Scotland)Excel2C-18PFP(100×2.1mm,2μm)色谱柱和C18柱。流动相A使用含0.1%甲酸的水,流动相B使用含0.1%甲酸的乙腈。色谱梯度从2%B开始1分钟,10分钟后在98%B结束。这持续了2分钟,然后在30秒内降至2%,然后恢复平衡3分钟。进样体积为2μL,柱温保持在35℃。所有样本都进行了两次上样。
喷雾电压为3.5kV,毛细管温度为300℃,鞘层气体流量为50,辅助气体为10,质谱仪在加热电喷雾电离(HESI)模式下运行。完整扫描的采集分辨率为70000,MS/MS采集列表为17500。
代谢物的鉴定和筛选:使用MetaboAnalyst 4.0软件,使用Pareto标度法对数据进行归一化,然后同时进行差异和富集分析。本研究采用了折叠变化分析(FC分析)、代谢产物单变量统计分析的单因素方差分析(单因素方差分析用于两组之间的比较)和投影图中变量重要性的绘制(VIP)图。Metlin_AMRT_PCDL和Metlin_Lipids_AM_PCDL数据库用于从差异数据中识别代谢物。然后对样本进行层次聚类分析,以预测潜在的血清生物标志物。
通过液质联用技术我们进行了潜伏感染组和健康对照组人群血清代谢的功能研究。在SMICA-P13.0软件正式分析前,对数据组进行归一化处理,以获得更加直观且可靠的结果。结果见图1。
PCA主成分分析显示,潜伏感染组和健康对照组样本能明显区分开。
OPLS-DA分析结果显示,可以区分潜伏感染组和健康对照组,表明两组之间的代谢物成分存在差异。
为了进一步分析肺结核患者的代谢物差异,根据所有患者痰培养、痰涂片和MTB-Ag检测阳性,HIV检测阴性,所有样本未经抗结核治疗将其分为健康对照组、潜伏感染组、药敏患者、耐药患者四个组。研究对象为2017年10月~2018年3月在佛山市第四人民医院、东莞市第六人民医院做结核筛查的患者。受试者纳入标准:(1)痰涂片、痰培养均为结核分枝杆菌(Mtb)阳性;(2)HIV检测阴性;(3)未经抗结核药物治疗;(4)同意加入本次研究并签署知情同意书。排除标准包括:对硝基苯甲酸(PNB)试验阴性的患者。根据痰涂片和痰培养结果将采集的标本分为健康对照组(HC)148例(77.08%)和潜伏感染组(LI)44例(22.92%)。血液采集后离心收集血清,于-20℃保存用于后续LC-MS/MS检测。本研究经东莞市医学生物活性分子发育与转化研究重点实验室、佛山市第四人民医院、东莞市第六人民医院伦理委员会批准通过。偏最小二乘法判别分析(PLS_DA)是一种用于判别分析的多变量统计分析方法,通过观察或测量到的若干变量值以判断研究对象如何分类。Variable importance inthe projection(VIP)在PLS_DA分析中常用来挑选分组中的关键变量。PLS-DA分析结果显示,健康对照组、潜伏感染组、药敏组和耐药组四组之间的代谢物成分存在差异。VIPscores图(图2)显示,pos_879(Cotinine)化合物的VIP scores最大,在药物敏感组上调,在潜伏感染组下调。pos_6484化合物在健康对照组增加,其次是潜伏感染、药物敏感和耐药组。pos_8430、pos_2688、pos_1509(Phencyclidine)、pos_2594(Ranitidine)、pos_4682、pos_297、pos_874、pos_10662、pos_1154(C10H16N4O;PlaSMA ID-740)、pos_3932(NCGC00384560-01_C16H24O9_beta-D-Glucopyranoside,3-hydroxy-2-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)propyl)、pos_3048(13E-Docosenamide))、pos_3416和pos_3563在药敏组和耐药组的化合物表达上调,潜伏感染组和健康对照组的化合物表达下调,它们可以作为区分药物敏感患者的潜在标志物。
通过筛选我们发现,与健康对照组、药敏患者相比,潜伏感染组有768种差异代谢物,其中显著上调的有431种,明显下调的337种;其中有78种具有差异倍数大于50,15种在健康对照组、潜伏感染组、药敏患者存在递增趋势。
(3)不同组别中血清差异性代谢物
对健康对照组、潜伏感染组、药敏患者、耐药患者的差异代谢物检测数据进行聚类分析(筛选标准:T检验P值小于0.05;VIP score大于1),结果如图3示。通过pubchem网站检索列出潜伏感染患者与药敏患者比较差异的代谢物(表2)。
表2不同组中血清代谢组学差异指标筛选结果
Figure BDA0003748554900000081
Figure BDA0003748554900000091
(4)差异性代谢物通路分析
使用分组差异代谢物比较中显著结果进行KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genesand Genomes)的注释与富集。通过代谢物INCHIKEYS与KEGG数据库收录化合物进行匹配,注释差异代谢物,并针对KEGG通路进行超几何分布检验,判断差异化合物是否显著富集在某一KEGG通路,同时使用FDR方法进行多重假阳性矫正。显著富集(p.adjust<0.05)的KEGG通路被标记并绘制气泡图。同时针对KEGG 2级主要通路进行注释并绘制柱状图,结果如图4所示。
结果显示,潜伏感染潜在诊断代谢标志物与Inosine、1-Palmitoylglycerophosphocholine、Theophylline、Prostaglandin H2、Indole-3-acetaldehyde、Propoxur、HC-toxin、Tryptophan、Spiromesifen等氨基酸代谢、生物合成代谢、免疫代谢、脂质体代谢、核苷酸代谢等关系密切。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.检测样本中甜菜碱、4-羟基苯甲醛、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、苯酰胺、次黄嘌呤、4-甲酰吲哚、香豆素、L-赖氨酸、2-羟基肉桂酸、茶碱、阿戎葡糖苷II和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐水平的产品在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途;
所述样本为血清。
2.一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的血清代谢标志物,其特征在于,包括甜菜碱、4-羟基苯甲醛、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、苯酰胺、次黄嘌呤、4-甲酰吲哚、香豆素、L-赖氨酸、2-羟基肉桂酸、茶碱、阿戎葡糖苷II和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐。
3.一种如权利要求2所述的血清代谢标志物在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途。
4.一种用于鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核的试剂盒,其特征在于,包括甜菜碱、4-羟基苯甲醛、(R)-(+)-2-吡咯烷酮-5-羧酸、苯酰胺、次黄嘌呤、4-甲酰吲哚、香豆素、L-赖氨酸、2-羟基肉桂酸、茶碱、阿戎葡糖苷II和(2S,3R,4S,5S,6R)-3,4,5-三羟基-6-(羟甲基)四氢-2H-吡喃-2-基(4aS,6aS,6bR,9R,10R,11R,12aR)-10,11-二羟基-9-(羟甲基)-2,2,6a,6b,9,12a-六甲基-1,3,4,5,6,6a,6b,7,8,8a,9,10,11,12,12a,12b,13,14b-十八氢冰-4a(2H)-羧酸盐。
5.一种如权利要求4所述的试剂盒在制备鉴别、诊断和/或筛查潜伏感染肺结核产品中的用途。
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