生物信息學在口腔醫(yī)學中的價值體現(xiàn)范文

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1在牙齒生長發(fā)育研究中的應用

牙齒的生長發(fā)育是一個持續(xù)而復雜的過程，一些關鍵基因和調控因子在牙齒發(fā)育中起著重要作用。赫爾辛基大學創(chuàng)建了牙齒發(fā)育數(shù)據(jù)庫，收錄了牙組織發(fā)育中的基因特征、結構及表達情況等。Hubbard等運用蛋白質組學技術、結合Edman測序及質譜分析方法，對釉質的發(fā)育進行了大量的研究，初步構建了口腔牙組織的蛋白數(shù)據(jù)庫，為口腔內組織蛋白的鑒定提供了重要的研究范本。聶敏等運用二維凝膠電泳和生物信息學方法研究維生素D對牙髓細胞分化的影響，結果表明：維生素D可促進牙髓細胞的分化，并在牙齒發(fā)育和礦化過程中起了重要的調節(jié)作用。Jevnaker等利用基因芯片技術以整個牙胚作為研究對象，首次構建了小鼠牙胚在不同時期的微小RNA表達譜，從基因調控機制上研究了牙齒的生長發(fā)育。

2在口腔腫瘤研究中的應用

目前的研究多利用生物信息學方法比較基因組學和蛋白質組學，能夠高效率、高通量地篩選口腔腫瘤的相關基因和蛋白，尋找腫瘤的診斷標記和治療靶點。

2.1口腔鱗狀細胞癌（oralsquamouscellcarcino-ma，OSCC）

OSCC是口腔常見的惡性腫瘤之一。美國國立癌癥研究所用抗體芯片的高通量蛋白組分析方法推測認為，上皮和間充質間涉及的多重細胞信號的分子信息在口腔癌的發(fā)生中起了關鍵作用。2004年，香港大學利用蛋白質組分析方法檢測了OSCC細胞，獲得了豐富的蛋白質信息，鑒定了與腫瘤相關的生物標記物或分子靶點。2005年日本千葉大學通過使用生物信息學的方法，鑒定了OSCC與正常組織中22種蛋白的表達存在差異。Wang等研究表明，活化激酶C受體1蛋白在OSCC中存在差異性表達，可作為OSCC的臨床診斷分子標記物、臨床預后指標及候選藥物靶標等。張永強等使用生物信息學技術構建人舌鱗癌細胞cDNA庫，并預測了Doc-1基因編碼的P12蛋白的某些結構和功能基序。另有研究采用甲基化DNA免疫沉淀結合芯片技術分析研究了口腔疣狀癌中基因組DNA甲基化的情況，為進一步探討口腔疣狀癌的發(fā)生分子機制和治療靶基因奠定了基礎。

2.2涎腺腺樣囊性癌（salivaryadenoidcysticcar-cinoma，SACC）

SACC是涎腺常見的上皮源性惡性腫瘤之一。盧友光等采用第二代差異顯示技術構建了SACC高低轉移細胞株的基因表達譜，通過生物信息學分析發(fā)現(xiàn)，Notch基因家族中的4個成員在ACC-2、ACC-M這2個細胞株中存在表達差異。另一研究運用生物信息學初步篩選出Notch信號通路在SACC中所涉及的基因，并采用實時熒光定量聚合酶鏈式反應和免疫組學方法進行了驗證，結果顯示：Notch信號通路中有46個基因與SACC相關，并檢測出其中的8個基因在SACC高低轉移細胞株中存在表達差異。

3在口腔黏膜疾病研究中的應用

3.1口腔扁平苔癬（orallichenplanus，OLP）

OLP是一種口腔黏膜癌前狀態(tài)，其病因不明。王文梅等建立了OLP與口腔正常黏膜蛋白表達譜，對OLP在雙向電泳圖譜中高表達差異的10個蛋白質進行質譜和生物信息學分析，鑒定發(fā)現(xiàn)了差異表達的蛋白。Tao等利用DNA芯片的特點篩選并建立了OLP的病變基因表達譜，研究共發(fā)現(xiàn)了985個差異表達基因，其中629個上調，356個下調，這為研究OLP的發(fā)病機制打下了基礎。

3.2口腔白斑（oralleukoplakia，OLK）

OLK指僅僅發(fā)生在口腔黏膜上的白色或灰白色角化性病變的斑塊狀損害。王文梅等通過蛋白質差異組學研究和生物信息學分析，鑒定出膜聯(lián)蛋白A2、角蛋白8以及角蛋白Ⅰ和Ⅱ型角蛋白亞基、免疫球蛋白J型輕鏈的C區(qū)片段等在OLK的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)生了改變。Odani等采用寡核苷酸芯片技術發(fā)現(xiàn)：兜甲蛋白和角蛋白在OLK的發(fā)生發(fā)展過程中的表達差異較大，且多個基因在癌變過程中顯著下調。周晌輝等利用cDNA芯片成功檢測出OLK和OSCC組織中30個基因的表達差異，其中17個為已知功能基因，這些功能基團與細胞分裂、信號傳導、免疫防御、細胞代謝及細胞成分等密切相關。

4在牙周疾病研究中的應用

牙周炎是導致成年人牙齒喪失的主要原因，嚴重影響了人類的身體健康。Steinberg等使用具有上皮細胞特異性的DNA芯片研究了白細胞介素對口腔角質形成細胞1β的作用，確定了與牙周炎相關的幾個基因。Vardar-Sengul等通過DNA芯片在1次實驗中同時分析出了超過40000個基因，得到了類似的結果。Beikler等構建了重度慢性牙周炎患者的牙周組織中的一些免疫和炎癥基因的表達譜。Covani等利用生物學實驗及生物信息學算法，鑒定出參與或可能參與牙周炎的61個基因，其中5個是主導基因，并完全建立起2個主導基因的牙周炎模型。

5在其他口腔研究中的應用

5.1口腔微生物

口腔微生物在維持口腔正常生理體系和誘導口腔疾病發(fā)生中具有重要作用。Chen等構建了口腔病原體的生物信息學資源。2008年，人體口腔微生物組數(shù)據(jù)庫啟動，方便了研究者查看和檢索口腔微生物信息。在對口腔致病菌的研究中，郭麗宏等利用生物信息學相關軟件及數(shù)據(jù)庫進行C血清型變異鏈球菌高毒力株特異DN段的基因分析、識別和功能預測，發(fā)現(xiàn)了5個新的基因片段以及高毒力株特異的DN段的主要功能。劉筱娣等采用生物信息學結合Southern印跡雜交法，構建了變異鏈球菌的蘇氨酰-tRNA合成酶基因敲除的重組質粒。另有研究者應用鳥槍法、蛋白質組學分析、美國國家生物技術信息中心檢索等，建立了變異鏈球菌耐氟菌株和親代菌株的蛋白質組表達譜。

5.2口腔唾液

人類唾液中的唾液蛋白同唾液生理功能密切相關，研究發(fā)現(xiàn)，口腔唾液蛋白成分含量的變化同齲病、牙周病等有密切關系。目前，通過大通量的生物技術和生物信息學方法，可以建立唾液蛋白成分的全功能圖譜，揭示唾液與口腔內環(huán)境及菌群分布的關系，鑒定唾液蛋白中腫瘤的生物學標記，區(qū)分不同唾液腺分泌蛋白，研究口腔炎癥及其他疾病的生物學標記。

作者：冉金梅 張凌琳李偉單位：口腔疾病研究國家重點實驗室華西口腔醫(yī)院