プロトン核磁気共鳴法を用いた唾液の代謝表現型解析による歯周炎バイオマーカーの同定

Metabolic phenotyping of saliva to identify possible biomarkers of periodontitis using proton nuclear magnetic resonance.

抄録

目的:

本研究の目的は、アンターゲットメタボロミクス解析により、歯周炎のバイオマーカー候補を提案することであった。

AIM: The aim of this study was to propose biomarker candidates for periodontitis via untargeted metabolomics analysis.

材料と方法:

健常対照者92名（H）および歯周炎患者129名（P）の唾液サンプルを用いて、プロトン核磁気共鳴分光法を用いた代謝プロファイリングを行った。ランダムフォレストを用いて、コントロール群と歯周炎群を有意に差別化する代謝物を同定した。候補となった代謝物は、独立した検証コホートで検証された。

MATERIALS AND METHODS: Metabolic profiling was performed using saliva samples from 92 healthy controls (H) and 129 periodontitis patients (P) in the discovery cohort using proton nuclear magnetic resonance spectroscopy. Random forest was applied to identify metabolites that significantly differentiated the control group from the periodontitis group. Candidate metabolites were then validated in an independent validation cohort.

結果:

発見セットでは、P群の代謝プロファイルはH群の代謝プロファイルと明確に分離されていた。唾液中に合計31の代謝物が同定され、7つの代謝物がバイオマーカー候補として選択された。これらの代謝物は、検証セットでさらに確認されました。最終的に、エタノール、タウリン、イソバラート、酪酸、グルコースがバイオマーカーとして確認されました。さらに，バイオマーカーパネルは，Discovery Set および Validation Set のいずれにおいても 0.9 以上の曲線下面積を示し，歯周炎診断において個々の代謝物よりパネルが有効であることが示された．

RESULTS: In the discovery set, the metabolic profiles of the P group were clearly separated from those of the H group. A total of 31 metabolites were identified in saliva, and 7 metabolites were selected as candidate biomarkers. These metabolites were further confirmed in the validation set. Ethanol, taurine, isovalerate, butyrate, and glucose were finally confirmed as biomarkers. Furthermore, the biomarker panel showed more than 0.9 of the area under curve value in both discovery and validation sets, indicating that panels were more effective than individual metabolites for diagnosing periodontitis.

結論:

我々は、2つの独立したコホートにおいて、歯周炎患者と健常対照者を識別する5つの代謝物バイオマーカーを同定した。これらのバイオマーカーは，歯周病スクリーニング，歯周炎の検出，歯周治療結果のモニタリングに利用できる可能性がある．

CONCLUSIONS: We identified five metabolite biomarkers that discriminated patients with periodontitis from healthy controls in two independent cohorts. These biomarkers have the potential for periodontal screening, detection of periodontitis, and monitoring of the outcome of periodontal therapy.