歯科矯正におけるバイオマーカーとしての口腔液（唾液および歯肉溝液）中のマイクロRNA：システマティックレビューおよび統合バイオインフォマティック解析

MicroRNAs in oral fluids (saliva and gingival crevicular fluid) as biomarkers in orthodontics: systematic review and integrated bioinformatic analysis.

抄録

背景:

マイクロRNA（miRNA）は、非コードの短い一本鎖のRNA分子であり、歯列矯正力を加えた結果生じる骨や組織のリモデリングの基礎となる様々な炎症および分子メカニズムに関するバイオマーカーとして機能する可能性があります。

BACKGROUND: MicroRNAs (miRNAs) are non-coding short, single-stranded RNA molecules that may serve as biomarkers for various inflammatory and molecular mechanisms underlying bone and tissue remodeling consequent to orthodontic force application.

方法:

矯正歯科におけるmiRNAのエビデンスを得るため、2021年3月に主要データベースで徹底的な文献検索を行い、事前にPROSPEROに登録した。最初の検索で920件の論文が見つかり、PRISMAに従った厳格な選択基準を適用し、最終的に4件の研究を含めることができた。QUADAS-2による品質評価では、3つの研究は適用性が高い一方で、リスクオブバイアスが不明確と分類された。さらに、バイオインフォマティクス解析により、miRNAデータベース（miRDB）およびTargetScanデータベースから標的遺伝子を、STRING解析によりそのタンパク質間相互作用経路を同定した。

METHODS: A thorough literature search in major databases was conducted in March 2021 to generate evidence for miRNAs in orthodontics, with prior PROSPERO registration. The initial search revealed 920 articles, subjected to strict selection criteria according to PRISMA, and resulted in final inclusion of four studies. Quality assessment by QUADAS-2 classified three studies as unclear risk-of-bias while the applicability was high. Further, bioinformatic analysis was performed to identify the target genes from the miRNA database (miRDB) and TargetScan databases and their protein-protein interaction pathways with the STRING analysis.

結果:

矯正患者の歯肉溝液（GCF）には、miRNA-21, 27(a/b), 29(a/b/c), 34,146(a/b), 101, 214に加え、ある研究ではMMPs-1, 2, 3, 8, 9, 14が検出され、複数確認された。miRNA-29a/b/c,101,21は、治療前（退縮開始前）から統計的に有意な発現増加が認められ、退縮4-6週（wk）でピークに達した。一方、miRNA-34aは、引き込み1日目から4週目までダウンレギュレーションを示し、また、同じ観察時間でMMPs-2、9、14レベルとも負の相関を示しました。犬の移動距離とmiRNA-27a/bの相関は軽度であり、引き込み2週目で214となった。バイオインフォマティクスにより、1213の相互の標的遺伝子が明らかになり、Cytoscapeプラグイン、MCODEを用いて相互関係のあるパスウェイが解析された。さらに、STRINGデータベースから894の顕著なタンパク質相互作用が同定され、SMAD4、IGF1、ADAMTS6、COL4A1、COL1A1、COL3A1、FGFR1、COL19A1、FBN1、COL5A1、MGAT4A、LTBP1、MSR1、COL11A1およびCOL5A3はハブ遺伝子として認識されています。これらの相互作用により、複数のmiRNAを単離することができました。hsa-miR-34a-5p, hsa-miR-29b-2-5p, hsa-miR-29b-3p, hsa-miR-34a-3p, hsa-miR-27a-5p, hsa-miR-29a-5p, hsa-miR-29b-1-5p, hsa-miR-29c-3p.HMiR-27c-5p, HMiR-28a-5p, HMiR-29c-3p,hsa-miR-214-5p, hsa-miR-27a-3p, hsa-miR-29a-3p, hsamiR-146-5p は、歯の移動に関するバイオマーカーとして有望であることが分かった。

RESULTS: Multiple miRNAs in gingival crevicular fluid (GCF) of orthodontic patients were seen, including miRNA-21, 27(a/b), 29(a/b/c), 34,146(a/b), 101, and 214 along with matrix metalloproteinases (MMPs)-1, 2, 3, 8, 9, 14 in one study. A statistically significant increase in expression of miRNA-29a/b/c,101, 21 from pre-treatment (before initiation of retraction) was seen to reach a peak at 4-6 weeks (wk) of retraction. On the contrary, miRNA-34a showed downregulation from the 1 day to 4 wk of retraction and also, negatively correlated with MMPs-2,9,14 levels at the same observation times. The distance of canine movement showed mild correlation with miRNA-27a/b, 214 at 2 wk of retraction. Bioinformatics revealed 1213 mutual target genes which were analyzed for inter-relational pathways using Cytoscape plugin, MCODE. Further, 894 prominent protein interactions were identified from the STRING database and SMAD4, IGF1, ADAMTS6, COL4A1, COL1A1, COL3A1, FGFR1, COL19A1, FBN1, COL5A1, MGAT4A, LTBP1, MSR1, COL11A1, and COL5A3 were recognized as the hub genes. Their interactions were able to isolate multiple miRNAs: hsa-miR-34a-5p, hsa-miR-29b-2-5p, hsa-miR-29b-3p, hsa-miR-34a-3p, hsa-miR-27a-5p, hsa-miR-29a-5p, hsa-miR-29b-1-5p, hsa-miR-29c-3p, hsa-miR-214-5p, hsa-miR-27a-3p, hsa-miR-29a-3p, hsamiR-146-5p, which were found promising as biomarkers for tooth movement.

結論:

この結果は、様々な歯列矯正研究デザインにおいて、また歯周病、悪性腫瘍の前段階、あるいは肥満や代謝異常などの病態との相互関係において、バイオマーカーとしてmiRNAを使用することを支持するものである。また、同定された標的遺伝子とそのタンパク質相互作用経路を利用することで、副作用を最小限に抑えた理想的な歯の移動に焦点を当てた精密治療法を提案することができます。

CONCLUSIONS: Our results support using miRNAs as biomarkers in varied orthodontic study designs and for inter-relationships with pathological settings like periodontal disease, pre-malignancies, or conditions like obesity or metabolic irregularities, etc. The identified target genes and their protein interaction pathways can be used to propose precision therapies, focusing on ideal tooth movement with minimal iatrogenic side-effects.