治療的系統(tǒng)生物學(xué)方法
【專利說(shuō)明】治療的系統(tǒng)生物學(xué)方法
[0001]人體的調(diào)控系統(tǒng)涉及基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、腸道微生物組的功能和環(huán)境之間相互作用的網(wǎng)絡(luò)。和對(duì)肝、心血管系統(tǒng)、腦、腎、肌肉器官的控制和線粒體細(xì)胞核的亞細(xì)胞功能的交互作用。圖1展示了對(duì)生化機(jī)制的傳統(tǒng)理解。DNA制造了 RNA，RNA制造了蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)/酶調(diào)節(jié)小分子，小分子從腸道進(jìn)入系統(tǒng)，腸道從環(huán)境中獲取它們。
[0002]傳統(tǒng)的模型具有局限性，因?yàn)樗鼪]有考慮或通常不測(cè)量隔室之間更復(fù)雜的相互作用和反饋，其實(shí)際上限定了功能或健康狀態(tài)或個(gè)體的風(fēng)險(xiǎn)。圖1中展示了這種反饋和控制的元素。基因組DNA影響了腸道微生物組的團(tuán)聚體組成，腸道微生物組的團(tuán)聚體組成影響了小分子(代謝組)。代謝組反饋影響了基因組的功能，這反過(guò)來(lái)影響轉(zhuǎn)錄組(RNA)，RNA影響編碼的蛋白質(zhì)/酶(蛋白質(zhì)組)，蛋白質(zhì)組控制小信號(hào)的轉(zhuǎn)化和處理分子，小信號(hào)的傳遞和過(guò)程分子影響基因組、蛋白質(zhì)組和轉(zhuǎn)錄組的功能。環(huán)境、飲食、壓力和毒素影響代謝組和腸道微生物組等。
[0003]參照?qǐng)D2，常規(guī)的測(cè)量和映射在A 1遺傳學(xué)、A2基因表達(dá)、A3蛋白質(zhì)組學(xué)、A4代謝組學(xué)隔室中進(jìn)行。通常尋找遺傳風(fēng)險(xiǎn)因子A1，異常的基因表達(dá)A2，異常的疾病相關(guān)蛋白質(zhì)A3，限定疾病或響應(yīng)(生物標(biāo)志物)的分子或分子模式A4。腸道微生物組，特別是小分子足印的映射是一直被忽視的。
[0004]本發(fā)明的兩個(gè)基本概念是:第一，疾病不是癥狀而是這些功能之間生化的控制和反饋失敗。控制失敗后，發(fā)生了我們所說(shuō)的疾病或癥狀。因此，這種失敗使得充分認(rèn)識(shí)到如對(duì)于癥狀的發(fā)展的單一的遺傳風(fēng)險(xiǎn)因素，并提供了降低風(fēng)險(xiǎn)的途徑。
[0005]第二，我們已經(jīng)專注于具有單一目標(biāo)干預(yù)的治療概念，而在現(xiàn)實(shí)中的方法是正?；騼?yōu)化相互作用或反饋的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的功能性。作為整體相互作用的網(wǎng)絡(luò)是目標(biāo)。這些“組學(xué)”功能的相互作用以及個(gè)體基因、轉(zhuǎn)錄本、蛋白質(zhì)和小分子的測(cè)量可以用相關(guān)圖映射，以揭示在疾病狀態(tài)下控制的不同。映射代謝組學(xué)、蛋白組學(xué)和基因組學(xué)相互作用和相互關(guān)系揭示了多個(gè)方面，其中疾病狀態(tài)下的控制不同于正常個(gè)體。這反過(guò)來(lái)明確說(shuō)明多種化合物用于干預(yù)以正?；騼?yōu)化相互作用的網(wǎng)絡(luò)。
[0006]例如，打個(gè)類比，例如有癥狀前的或有癥狀的亨廷頓病受試者的控制網(wǎng)絡(luò)，就像基因組與環(huán)境分支之間的蜘蛛網(wǎng)，其一部分已經(jīng)擠靠在一個(gè)分支上。你不能通過(guò)在一條鏈上拉或推來(lái)修復(fù)這樣的網(wǎng)絡(luò)。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種開發(fā)治療活生物體中疾病病灶的方法，包括分析在多種類別正常個(gè)體和患病個(gè)體之間的的多種組分?jǐn)?shù)據(jù)，以通過(guò)分析連接兩個(gè)或多個(gè)基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、腸道微生物組和環(huán)境因素的生化網(wǎng)絡(luò)，開發(fā)治療的先導(dǎo)化合物。
[0008]本發(fā)明的另一方面，類別隊(duì)列選自患病組與對(duì)照組、治療的響應(yīng)者組與非響應(yīng)者組、遺傳風(fēng)險(xiǎn)受試者組與非遺傳風(fēng)險(xiǎn)受試者組和健康老年受試者組與非健康老年受試者組。
[0009]本發(fā)明還提供了使用如上所述的方法開發(fā)輔助療法或新療法的方法。其中比較隊(duì)列選自由患有憂郁癥的受試者組和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療藥物的患有憂郁癥的受試者、響應(yīng)和不響應(yīng)于SSR1’ s的患有抑郁癥的受試者、響應(yīng)和不響應(yīng)于氯胺酮的患有憂郁癥的受試者，患有輕度認(rèn)知障礙的受試者和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療的患有輕度認(rèn)知障礙的受試者、患有精神分裂癥的受試者和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療的患有精神分裂癥的受試者，患有帕金森病的受試者和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療的患有帕金森病的受試者，患有ALS的受試者和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療的患有ALS的受試者，患有腸道疾病的受試者和對(duì)照組，響應(yīng)和不響應(yīng)于治療的患有腸道疾病的受試者組成的組中。在一個(gè)實(shí)施方式中，腸道疾病選自乳糜瀉、IBD和憩室炎、貧血和發(fā)育不良。
[0010]本發(fā)明的另一方面包括概要分析在邊緣或蛋白質(zhì)組中的協(xié)調(diào)結(jié)合的代謝組。
[0011 ] 本發(fā)明的又一方面包括概要分析DNA和RNA中的協(xié)調(diào)和共價(jià)結(jié)合的代謝組或腸道微生物的代謝組。
[0012]本發(fā)明還提供了一種開發(fā)治療活生物體中疾病病灶的方法，包括模擬正常個(gè)體和患病個(gè)體的腸道微生物的代謝組，以確定組的分類分離和最相關(guān)單一因子，或以使用因子相關(guān)系數(shù)來(lái)確定組的分類分離。
[0013]本發(fā)明的另一方面，提供了開發(fā)治療活生物體中疾病病灶的方法，包括使用相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)映射類別隊(duì)列中正常個(gè)體和患病個(gè)體之內(nèi)或之間的途徑差異，類別隊(duì)列選自患病者與對(duì)照者、治療的響應(yīng)者與非響應(yīng)者，遺傳風(fēng)險(xiǎn)與非遺傳風(fēng)險(xiǎn)受試者和健康老年受試者與非健康老年受試者。
[0014]本發(fā)明還提供了開發(fā)治療活生物體中疾病病灶的方法，包括確定正常個(gè)體和患病個(gè)體的基本酶，基因和進(jìn)程，這些通過(guò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)和化合物、輔助因子和二次效應(yīng)加以揭示，使干預(yù)有益地修改在選自患病者與對(duì)照者、治療響應(yīng)者與非響應(yīng)者、遺傳風(fēng)險(xiǎn)與非遺傳風(fēng)險(xiǎn)受試者和健康老年受試者與非健康老年受試者隊(duì)列類型中相互作用的網(wǎng)絡(luò)。
[0015]本發(fā)明還提供了一種確定蛋白質(zhì)組、代謝組、基因組、代謝轉(zhuǎn)錄組的相互作用的方法，其包括概要分析協(xié)調(diào)結(jié)合的代謝組的分布為身體樣本中特定個(gè)體或部分類別的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，身體樣本選自由唾液、血液、血液部分、血漿、白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板、活檢組織、尸檢組織、糞便、尿液、淚水和汗水組成的組中，而所述部分類別選自由蛋白質(zhì)、DNA和RNA組成的組中。
[0016]本發(fā)明還提供了一種確定蛋白質(zhì)組、代謝組、基因組、代謝轉(zhuǎn)錄組的相互作用的方法，其包括概要分析共價(jià)結(jié)合的代謝組的分布為身體樣本中特定個(gè)體或部分類別的函數(shù)。在一個(gè)實(shí)施方式中，身體樣本選自由唾液、血液、血液組分、血漿、白細(xì)胞、紅細(xì)胞、血小板、活檢組織、尸檢組織、糞便、尿液、淚水和汗水組成的組中，而所述部分類別選自由蛋白質(zhì)、DNA和RNA組成的組中。
[0017]通過(guò)下面的詳細(xì)描述將可以看出本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)，其中
[0018]圖1和圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)“組學(xué)”功能之間關(guān)系的相關(guān)映射圖；
[0019]圖3示意性地示出了本發(fā)明方法中使用的裝置；
[0020]圖4至6示出了在酪氨酸色氨酸嘌呤含硫氨基酸途徑中化合物之間的關(guān)系；
[0021]圖7至9示出了對(duì)照組、有癥狀前的或有癥狀的HD受試者的腸道代謝物IPA的相關(guān)耳關(guān)系;
[0022]圖10至12示出了在硫氨基酸途徑中蛋氨酸的相關(guān)關(guān)系；
[0023]圖13，14a, 14b和14c示出了酪氨酸和色氨酸和嘌呤特定途徑上的變化，它們連接到了氨基酸途徑上；
[0024]圖15不出了使用相關(guān)頻率分布分咼HD和對(duì)照受試者；
[0025]圖16示出了色氨酸的KEGG途徑數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)絡(luò)。
[0026]如圖3所示，本發(fā)明采用多電極LCEC陣列的分析程序，遵照申請(qǐng)人的美國(guó)專利6，210, 970和PCT申請(qǐng)PCT/US2013/033918的教導(dǎo)。從電化學(xué)陣列觀察到的峰表示電子轉(zhuǎn)移(氧化，還原)，而電子的摩爾當(dāng)量測(cè)量為電流。為了這項(xiàng)研究的初始目的，將假設(shè)受到影響的在酪氨酸，色氨酸和嘌呤途徑中的化合物的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
[0027]如下所述，在圖4至6中示出了作為個(gè)體組的有癥狀的亨廷頓氏病受試者，有癥狀前的亨廷頓氏病受試者和對(duì)照受試者中的化合物的代謝相關(guān)映射，作為治療干預(yù)的啟示。
[0028]圖4至6分別示出了在酪氨酸色氨酸嘌呤含硫氨基酸途徑中的化合物和氧化應(yīng)激的標(biāo)記物之間的關(guān)系，和與對(duì)照組受試者，有癥狀前的HD受試者和有癥狀的HD受試者的基因組和轉(zhuǎn)錄組的識(shí)別方法的聯(lián)系。這建立了在代謝基因組和轉(zhuǎn)錄組之間的反饋環(huán)路1和5的連接。
[0029]圖7至8分別示出了對(duì)照組，有癥狀前的和有癥狀的HD受試者的腸道代謝產(chǎn)物IPA的相關(guān)聯(lián)系，并建立了腸道微生物組到轉(zhuǎn)錄組和基因組的連接。
[0030]圖9至11示出了含硫氨基酸(SAM)途徑中的蛋氨酸與在酪氨酸色氨酸和嘌呤途徑中的其它代謝物，氧化應(yīng)激腸道微生物群落狀態(tài)的標(biāo)記物和DNA和RNA甲基化和氧化損傷的相互關(guān)系，并建立了在SAM途徑(1碳代謝葉酸和蝶呤合成)之間的連接。
[0031]圖12至14示出了在酪氨酸，色氨酸和嘌呤的特定途徑上的變化，將其連接到SAM途徑，并通過(guò)常見酶變體和輔因子連接到彼此，每個(gè)圖示出了從對(duì)照受試者到有癥狀前的和有癥狀的HD受試者在這種途徑中在相關(guān)性上的變化。
[0032]相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的變化也以不同的方式和稍微優(yōu)越的方式而不是僅僅看作為模式的各化合物的水平把疾病狀態(tài)分類?；诨衔镱l率分布分析或比率的分離遵照在先美國(guó)專利N0.6，194，217和6，210，970中的教導(dǎo)，在此將其全部?jī)?nèi)容并入本文，例如，對(duì)于HD和對(duì)照受試者中已知的化合物，產(chǎn)生了正確分類等級(jí)(CCR =.83)，相對(duì)于PLS-DA模型，aCCR =0.72。
[0033]圖15示出了使用對(duì)于對(duì)照組和HD的相關(guān)頻率分布方法分離HD和對(duì)照受試者。
[0034]不同于用于診斷或治療洞察的特定化合物或模式的測(cè)量，這些相關(guān)模式反映了在不同類型的受試者中基本的酶輔因子和非酶促過(guò)程的聚合性能。因此，它們反過(guò)來(lái)反應(yīng)腸道微生物組、代謝組、蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組和基因組的反饋控制。它們也反映通過(guò)不同路徑的相互作用用多個(gè)藥劑對(duì)疾病干預(yù)的必要性和方法，其操縱并有益地改變了作為整體相互作用的網(wǎng)絡(luò)。
[0035]在HD中，這些相關(guān)網(wǎng)絡(luò)示出了在酪氨酸，色氨酸，嘌呤，含硫氨基酸內(nèi)和在酪氨酸，色氨酸，嘌呤，含硫氨基酸之中系統(tǒng)控制的漸進(jìn)的變化和瓦解，氧化保護(hù)