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CN110730909A - 基于唾液的hgf以及mmp-8的牙周炎的诊断 - Google Patents

基于唾液的hgf以及mmp-8的牙周炎的诊断 Download PDF

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CN110730909A
CN110730909A CN201880034154.9A CN201880034154A CN110730909A CN 110730909 A CN110730909 A CN 110730909A CN 201880034154 A CN201880034154 A CN 201880034154A CN 110730909 A CN110730909 A CN 110730909A
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periodontitis
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mmp
hgf
protein
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J·泰勒
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Koninklijke Philips NV
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Abstract

公开了一种用于评估人类对象是否具有牙周炎的体外方法。该方法包括检测来自所述对象的唾液样本中的以下蛋白质的浓度：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶‑8(MMP‑8)。基于所确定的浓度，以及增加年龄，以及可能的其他人口统计信息(例如性别和/或BMI)，结合一个或多个人口统计信息，确定反映针对所述蛋白质的联合浓度的测试值。将测试值与阈值进行比较。该阈值以相同的方式反映与牙周炎相关联的联合浓度和年龄以及可能的其他人口统计信息，并且可以被视为在没有牙周炎的对象群体所看到测试值的上限。因此，等于或高于阈值的测试值指示所述对象的牙周炎。

Description

基于唾液的HGF以及MMP-8的牙周炎的诊断
技术领域
本发明属于口腔护理领域，并且涉及基于唾液的牙周疾病的诊断。特别地，本发明涉及用于诊断牙周炎的试剂盒以及方法。
背景技术
牙周炎是由口腔微生物引起的慢性多因素的炎症疾病，以及其特征是逐步破坏硬(骨)以及软(牙周纽带)组织，最终导致牙齿松动和脱落。这需要区别于牙龈炎，牙龈炎是牙龈组织的可逆的感染和发炎。炎症牙周炎是最普遍的慢性人类疾病中的一种并且是成年牙齿脱落的主要原因。除了牙周炎对口腔健康的实质性负面影响外，这里还有大量证据证明牙周炎具有全身性影响，以及其是多种全身性疾病的危险因素，包括心脏病(例如动脉粥样硬化、中风)、糖尿病、妊娠并发症、类风湿关节炎以及呼吸道感染。
因此，从口腔以及整体健康来看，早期以及准确诊断牙周疾病，都很重要。
在一般牙科实践中，牙周疾病的诊断仍然较差，导致相对较低的治疗干预率以及大量未经治疗的病例。当前的诊断依赖于牙科专业人员对口腔组织情况(颜色、肿胀、探查的出血程度、探查口袋深度(pocket depth)的出血程度，以及基于口腔X射线的骨脱落)进行不精确的主观临床检查。这些常规方法耗时，以及所使用的某些技术(口袋深度、X射线)反映了历史事件，诸如过去的疾病活动，而不是当前的疾病活动或对进一步疾病的敏感性。因此，期望更客观、更快、准确、更易于使用的诊断，其被期望优选也可以由非专业人员执行。从而，期待测量现有疾病活动，以及可能的对象对进一步的牙周疾病的敏感性。
唾液或口腔液长期以来被提倡作为口腔和一般疾病的诊断液，以及随着微型生物传感器(也称为“芯片上的实验室”)的出现，用于快速椅旁测试的床旁检测获得了更大的科学和临床兴趣，特别是对于牙周疾病的检测，与组织炎症和分解相关的炎症性生物标志物可能会由于邻近而容易地结束在唾液中，这表明唾液具有用于牙周疾病检测的强大潜力。的确，这个领域因此引起了明显的兴趣以及提出了令人鼓舞的结果，然而，目前还没有确定的测试出现。
生物标志物代表了支持临床表现的生物学指标，以及它们是诊断牙周疾病临床结果的客观测量。最终，经过验证的生物标志物可以被用于评估未来疾病的风险、在最早阶段识别疾病、识别对初始治疗的反应、以及允许实施预防策略。
先前用于唾液生物标志物的床旁检测(point-of-care)测试发展的限制包括缺少适用于椅旁应用的技术以及无法分析各个样本中的多种生物标志物。同样，在这样的测试中包括多种生物标志物的哪种的选择没有在文献中得到充分的解决，也没有在实际测试中实施。这些挑战在Taylor J.,“Protein Biomarkers of Periodontitis in Saliva”ISRNInflammation,Vol.141 No.1,January 2014中被讨论。
牙龈炎症或牙龈炎是一种非破坏性的牙周疾病，其主要通过牙菌膜或牙菌斑附着在牙齿表面引起。如果不被检测和被治疗，可逆性牙龈炎通常会导致牙齿周围组织(即牙周组织)的炎症，这种情况被定义为牙周炎，以及牙周炎是不可逆的并且导致组织破坏以及牙槽骨脱落，以及最终导致牙齿脱落。在牙龈疾病的发展过程中，通常会有与其相关联的临床症状以及体征，诸如牙龈肿胀，颜色由粉红色变为深红色，牙龈出血，口臭以及牙龈变得更脆弱(tender)或触痛。
因此，评估牙龈炎患者是否已经发展为牙周炎很重要。或者，从患者还没有发展为牙周炎的意义上去评估牙龈炎的治疗是否已经成功。然而，进行这种评估的可用的方法涉及劳动密集型过程，牙医不会对每个患者和/或每次就诊都执行，并且消费者无法执行(自我诊断)。
期望提供一种更简单的过程，以及特别的仅需要从患者获得少量唾液样本的过程(并且可能的，由患者他或她自己获得)。期望将这种样本输入体外诊断设备中，基于测量，其将允许对唾液样本进行分类，从而其可以返回患者被分类为患有牙周炎或没有牙周炎的可能性的指示。
发明内容
为了更好地解决前述需求，本发明一方面涉及一种用于评估人类对象是否具有牙周炎的体外方法，该方法包括确定对象的年龄，以及检测来自所述人类对象的唾液样本中的以下蛋白质的浓度：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)；结合对象的年龄确定测试值，该测试值反映针对所述蛋白质的所确定的联合(joint)浓度；将测试值与阈值进行比较，该阈值以相同的方式反映与牙周炎相关联的年龄以及联合浓度，以便评估测试值是否指示所述对象具有牙周炎。
在另一方面，本发明提供了人类对象的唾液样本中的蛋白质HGF和MMP-8,以及人类对象的年龄作为生物标志物的用途，所述生物标志物用于评估所述患者是否具有牙周炎。
在另一方面，本发明在于一种用于在人类对象中诊断牙周炎的系统，该系统包括：
-装置，能够以及适于在人类对象的唾液样本中检测HGF和MMP-8；以及
-处理器，能够以及适于根据所述蛋白质所确定的浓度和人口统计信息(特别是年龄)，确定患者是否具有牙周炎的指示。
系统可选地包含到能够呈现信息的用户界面(特别是图形用户界面)的数据连接，所述界面能够输入关于对象年龄的信息，以及可选地诸如性别和/或BMI(身体质量指数)之类的其他信息，界面是系统的一部分或远程界面。
可选地，前述项目中的一个或多个，特别是处理器，能够“在云中”运行，即，不是在固定机器上，而是借助于基于互联网的应用。
另一方面，本发明提供了一种用于在人类患者唾液样本中检测用于牙周炎的至少两种生物标志物的试剂盒(kits)，所述试剂盒包括用于检测HGF以及MMP-8的一种或多种(典型是两种)检测试剂。典型的，使用两种或多种检测试剂，每种检测试剂结合不同的生物标志物。在一个实施例中，第一检测试剂能够结合肝细胞生长因子(HGF)，以及第二检测试剂能够结合基质金属蛋白酶-8(MMP-8)。
又一方面，本发明提供了一种体外方法，该体外方法用于确定在从第一时间点t1到第二时间点t2的时间间隔内人类对象的口腔健康状态的变化，该方法包括：在t1时从所述患者获得的至少一个唾液样本中以及在t2时从所述患者获得的至少一个唾液样本中，检测蛋白质肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)的浓度，以及比较浓度，由此在任何一种或两种浓度中的差异反映出状态变化。
在另一方面，本发明提供一种诊断人类患者是否具有牙周炎的方法，包括：在人类患者的唾液样本中检测蛋白质肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)，以及基于所述样本中所述蛋白质的浓度来评估患者的牙周炎的存在。可选地，结合对象的年龄。可选地，该方面的方法包括治疗患者牙周炎的进一步步骤。
在又一方面，本发明提供一种检测患有牙周炎的人类患者中的蛋白质肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)的方法，包括：
(a)从人类患者获取唾液样本；以及
(b)通过使唾液样本与用于结合所述蛋白质的一种或多种检测试剂接触、并检测在每种蛋白质与一种或多种检测试剂之间的结合，来检测样本中是否存在肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)。典型的，存在能够结合HGF的第一检测试剂以及能够结合基质金属蛋白酶-8(MMP-8)的第二检测试剂。方法还可以包括确定对象的年龄。
附图说明
图1示意性的示出用于如本公开所描述的方法的系统。
图2是曲线图，其中相对于在95％的特异性下的牙周炎的灵敏度绘制了所定义的生物标志物面板的百分比。
图3是针对不同生物标志物面板的与图2相似的图。
具体实施方式
在一般意义上，本发明基于明智的见解，如果也利用年龄作为生物标志物，则在人类对象的唾液样本中少到两种蛋白质可以用作生物标志物，用于以较高准确度评估所述对象是否具有牙周炎。这些蛋白质是肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)。
HGF是一种旁分泌的细胞生长、运动和形态形成因子。它由间充质细胞分泌，以及主要标靶和作用于上皮细胞和内皮细胞，但也作用于造血祖细胞。HGF已被证明在肌肉生成和伤口愈合中具有重要作用。它刺激有丝分裂、细胞运动和基质入侵的能力使其在血管生成、肿瘤生成和组织再生中发挥中心作用。HGF刺激上皮细胞生长以及阻止结缔组织附着的再生。HGF被认为是指示各种疾病中疾病活动的血清标志物。
MMP是一种酶家族，其负责降解细胞外基质成分，例如胶原蛋白、蛋白聚糖、层粘连蛋白、弹性蛋白和纤连蛋白。在生理和病理条件下，它们在牙周韧带重塑(PDL)中都发挥重要作用。MMP-8，也称为中性粒细胞胶原酶或PMNL胶原酶(MNL-CL)，是一种胶原蛋白酶，其存在于大多数哺乳动物的结缔组织中。
上述蛋白质是本领域已知的。本领域技术人员知道其结构以及在含水样本(例如唾液样本)中检测它们的方法。在下文中，上述蛋白质生物标志物统称为“本发明的生物标志物面板(panel)”。在一个实施例中，本发明的生物标志物面板由本发明中识别的两种蛋白质生物标志物(即HGF以及MMP-8)，以及年龄组成。优选地，本发明的生物标志物面板中的蛋白质，由不超过所述两种蛋白质生物标志物组成。除了本发明的生物标志物面板外，其他生物标志物，包括蛋白质生物标志物以及其他数据(诸如其他人口统计数据(例如身体质量指数，性别))可以被包括在本发明中应用的生物标志物值的计算中。考虑到这些数据不是数字值(例如性别)，本领域技术人员将能够为这些数据分配数字值(例如，为男性选择“0”以及为女性选择“1”，或任何其他有区别的数字)。
令人关注的其他蛋白质生物标志物包括：金属蛋白酶1的组织抑制剂(TIMP-1)；血红蛋白；白介素1β(IL-1β)，CCL-5(趋化因子(C-C motif)配体5，也被称为RANTES：正常T细胞表达和分泌的活性调节蛋白)、碱性磷酸酶、弹性蛋白酶(MMP-12)、MMP-3、MMP-9、白介素-6(IL-6)、C-反应蛋白(CRP)、胶原端肽和白蛋白。
当可选地包括其他生物标志物时，生物标志物的总数(即本发明的生物标志物面板加上附加的生物标志物)典型的为4、5或6。
优选地，第三生物标志物从由以下项组成的组中而被选择：白介素1β(IL-1β)、基质金属蛋白酶3(MMP-3)、血红蛋白和白介素6(IL-6)。
但是，除了确定年龄之外，本发明的可期待的优点是可以通过优选地测量不超过两种蛋白质生物标志物，来确定对象的牙周炎的评估。
该方法，如期待的，仅需要少量的唾液样本，例如取自对象的水滴大小的样本。样本的尺寸典型的范围在0.1μl到2ml，诸如1-2ml，然而，更小量(例如0.1到100μl)可以被用于体外设备处理，以及然而获得更大的样本，诸如高达20ml，诸如7.5到17ml，也是可能的。
该样本被放入体外(in vitro)诊断设备中，该设备测量所涉及的至少两种蛋白质的浓度，该设备被配置为用于接收反映对象年龄的输入，以及返回诊断结果，其将对象分类为具有牙周炎或没有牙周炎。
诊断结果基于比较测试值与阈值，该测试值至少基于被测试对象的年龄以及在所述对象唾液样本中的前述蛋白质生物标志物的浓度。该阈值以对于测试值相同的方式反映与牙周炎相关联的联合蛋白质浓度以及年龄。因此，阈值可以基于，例如，在没有牙周炎对象群体中测试生物标志物值(年龄和所述蛋白质浓度)。阈值可以也基于参考患者的年龄以及患有牙周炎的所述参考患者的唾液样本中的蛋白质浓度。类似的，阈值可以基于参考患者组被确定。阈值也可以例如，基于在从对象组(包括不具有牙周炎的对象和具有已知的牙周炎诊断的对象)所获得的唾液样本集合中的蛋白质浓度以及所述对象的年龄。
将测试值与阈值进行比较，以便于评估测试值是否指示所述对象具有牙周炎。优选地，阈值被确定，使得等于或高于阈值的测试值指示所述对象具有牙周炎。然而，将理解的是，其还可以计算阈值(例如，通过使用负乘数)，使得指示具有牙周炎的测试值将低于阈值，以及指示没有牙周炎的测试值将高于阈值。
本发明的易用性使得可以定期(例如，作为定期牙科检查的一部分或甚至在家)对具有可能的牙周炎的评估的期待或需求的人类对象测试。尤其是，这允许在早期阶段检测牙周炎的存在，优选在允许其进行到重度阶段牙周炎之前检测牙周炎的存在，并且因此使得更及时地采取口腔护理措施以防止牙周炎的发生或发展。同样，该方法可以在先前被诊断为牙周炎的患者的治疗之后应用，以便检查牙周炎是否已经被治愈。特别地，该方法也适用于自我诊断，由此通过对象他或她本人实施取出样本以及将其放入设备的步骤。应当指出，本发明的方法特别适合于先前未经测试的对象(例如牙科诊所的新患者)的第一阶段诊断。诊断的结果将是有牙周炎的诊断或“没有牙周炎”的诊断。在随后的进一步测试中，被诊断为有牙周炎的对象可以被进一步检查以评估牙周炎是否是轻度、中度或重度。类似的，被诊断为没有牙周炎的对象可以被进一步检查以在牙龈健康方面评估对象是否健康，或对象是否具有初始阶段的牙龈炎症(即牙龈炎，但不是牙周炎)。下面讨论本领域公认的各种临床定义。
本发明的方法典型的包括通过使用一种或多种检测试剂来检测构成本发明的生物标志物面板的上述至少两种蛋白质，以及可选的其他生物标志物蛋白质。
根据本发明被测试的“唾液”可以是未稀释的唾液，其可以通过吐出或擦拭来获得，或者是稀释的唾液，其可以通过用液体冲洗口腔来获得。稀释的唾液可以通过以下方法获得：患者用无菌水(例如5ml或10ml)或其他合适的液体冲洗或漱口几秒钟，然后吐出到容器中。稀释的唾液有时可称为口腔冲洗液。
通过“检测”是指测量、定量、评分或测定生物标志物蛋白质的浓度。评估包括生物标志物蛋白质的生物化合物的方法是本领域已知的。可以认识到检测蛋白质生物标志物的方法包括直接测量和间接测量。本领域技术人员将能够选择测定特定生物标记蛋白的合适方法。
关于蛋白质生物标志物的术语“浓度”应具有其通常的含义，即一定体积中蛋白质的丰度。蛋白质浓度典型以每体积的质量进行测量，最典型为mg/ml或μg/ml，但有时低至pg/ml。备选的测量是摩尔含量(或摩尔浓度)，mol/L或“M”。所述浓度可以通过检测已知、已确定、或预定体积的样本的蛋白质的量确定。
备选的确定浓度是确定样本中蛋白质生物标志物的绝对量，或确定样本中的生物标志物的质量分数，例如相对于样本中所有其他蛋白质总量的生物标志物的量。
“检测试剂”是特异性地(或选择性地)结合(binds to)、相互作用或检测目标生物标志物的剂或化合物。这样的检测试剂可以包括，但不限于，优先结合蛋白生物标志物的抗体、多克隆抗体或单克隆抗体。
当涉及检测试剂时，短语“特异性地(或选择性地)结合”或“特异性地(或选择性地)与之发生免疫反应(immunoreactive)”，涉及结合反应，其确定蛋白质异质群体或其他生物制剂中蛋白质生物标志物的存在。因此，在指定的免疫测定条件下，特异性检测试剂(例如抗体)与特别的蛋白质结合至少是背景的两倍，以及基本上不与样本中存在的其他蛋白质大量结合。在这样的条件下特异性结合可能需要选择对于特定的蛋白质具有特异性的抗体。多种免疫测定形式可以被用于选择与特定蛋白质发生特异性免疫反应的抗体。例如，常规地使用固相ELISA免疫测定法(酶联免疫吸附测定法)来选择与蛋白质具有特异性免疫反应的抗体(参见，例如,Harlow&Lane,Antibodies,A Laboratory Manual(1988),for adescription of immunoassay formats and conditions that can be used todetermine specific immunoreactivity)。典型的，特异性或选择性反应至少是背景信号或噪声的两倍，以及更典型的是背景的10到100倍以上。
“抗体”指的是基本上由免疫球蛋白基因或多种免疫球蛋白基因或其片段编码的多肽配体，其特异性地结合(specifically binds)并识别表位(例如抗原)。公认的免疫球蛋白基因包括κ和λ轻链恒定区基因，α、γ、δ、ε以及μ重链恒定区基因，以及无数免疫球蛋白可变区基因。抗体如下存在：例如作为完整抗体存在或者作为利用多种肽酶消化产生的许多特征明确的片段存在。这包括例如Fab'和F(ab)'2片段。如本文所用，术语“抗体”还包括通过修饰完整抗体产生的或使用重组DNA方法从头合成的那些抗体片段。它还包括多克隆抗体、单克隆抗体、嵌合抗体、人源化抗体或单链抗体。抗体的“Fc”部分是指免疫球蛋白重链的部分，其包括一个或多个重链恒定区域域(domains)CH1、CH2和CH3，但不包括重链可变区域。抗体可以是双特异性抗体，例如，如下抗体：其具有与第一抗原特异性地结合的第一可变区以及与第二不同抗原特异性地结合的第二可变区。使用至少一种双特异性抗体可以减少所需的检测试剂的数量。
诊断方法的灵敏度和特异性不同。诊断测定的“灵敏度”是指测试阳性的患病个体的百分比(“真阳性”的百分比)。该测定法未检测到的患病个体是“假阴性”。没有患病并且在测定中测试为阴性的对象被称为“真阴性”。诊断测定的“特异性”为1减去假阳性率，其中“假阳性”率定义为没有疾病的、检测呈阳性的患者的比例。
可以通过任何手段在样本中检测本发明的生物标志物蛋白质。用于生物标志物检测的优选方法是基于抗体的测定、蛋白质阵列测定、基于质谱(MS)的测定和基于(近)红外光谱的测定。例如，免疫测定包括但不限于使用诸如蛋白质印迹、放射免疫测定、ELISA、“三明治”免疫测定、免疫沉淀测定、沉淀素反应、凝胶扩散沉淀反应、免疫扩散测定、荧光免疫测定等技术的竞争性以及非竞争性测定系统。这样的测定是常规的并且是本领域众所周知的。示例性的免疫测定在下面简要描述(但不旨在作为限制)。
免疫沉淀方案通常包括在裂解缓冲液(诸如补充有蛋白质磷酸酶和/或蛋白酶抑制剂(例如EDTA、PMSF、抑肽酶、钒酸钠)的RIPA缓冲液(1％NP-40(nonyl phenoxypolyethoxylethanol)或Triton X-100、1％脱氧胆酸钠、0.1％SDS(sodium dodecylsulfate)、0.15M NaCl、pH为7.2的0.01M磷酸钠、1％Trasylol))中裂解细胞群，向细胞裂解液中添加目标抗体，在4℃下孵育一段时间(例如1-4小时)，将A蛋白质和/或蛋白G凝胶微珠添加到细胞裂解液中，在4°下孵育约一个小时或更长时间，在裂解缓冲液中洗涤微珠，然后将微珠重新悬浮在SDS/样本缓冲液中。抗体免疫沉淀特定抗原的能力可以通过例如蛋白质印迹分析来评估。本领域技术人员将了解可以被修改以增加抗体与抗原的结合并降低背景的参数(例如，用凝胶微珠预先清除细胞裂解液)。
蛋白质印迹分析通常包括准备蛋白质样本，在聚丙烯酰胺凝胶(例如，取决于抗原的分子量，为8％-20％SDS-PAGE)中电泳蛋白质样本，将蛋白质样本从聚丙烯酰胺凝胶转移到膜上，诸如硝酸纤维素、PVDF或尼龙，在封闭溶液(例如含3％BSA的PBS或脱脂牛奶)中封闭膜，在洗涤缓冲液(例如PBS-Tween 20)中洗涤膜，利用稀释在封闭溶液中的基本抗体(目标抗体)封闭膜，在洗涤缓冲液中洗涤膜，利用与酶基体(例如，辣根过氧化物酶或碱性磷酸酶)或被稀释在缓冲液中放射性分子(例如32P或125I)耦联的二级抗体(其分辨基本抗体，例如，抗人类抗体)来封闭膜，在洗涤缓冲液中洗涤膜，以及检测抗原的存在。本领域技术人员将了解可以被修改以增加检测到的信号并减少背景噪声的参数。
ELISAs典型的包括制备抗原(即目标生物标志物蛋白或其片段)，用抗原涂覆96孔(96-well)微量滴定板的孔，加入与可检测化合物例如酶基体(enzymatic substrate，例如辣根过氧化物酶或碱性磷酸酶)偶联的目标抗体到孔中，并孵育一段时间，并检测抗原的存在。在ELISAs中，目标抗体不必与可检测的化合物偶联；代替的，可以将与可检测的化合物偶联的第二抗体(其分辨目标抗体)添加到孔中。进一步，代替用抗原涂覆孔，可以将抗体涂覆到孔。在这种情况下，在将目标抗原添加到涂覆的孔中之后，可以添加与可检测的化合物偶联的第二抗体。本领域技术人员将了解可以修改以增加检测到的信号的参数以及本领域已知的ELISAs的其他变化。
由于使用了多种标志物，基于这些蛋白质生物标志物的联合浓度和年龄来确定阈值。该阈值确定对象是否被分类为具有牙周炎或没有牙周炎。本发明中反映的见解是：可以基于上述指出的生物标志物(蛋白质生物标志物和年龄)的组合的测量，足够准确的检测出人类对象的牙周炎。
该见解支持本发明的另一方面，其是唾液样本中的蛋白质HGF和MMP-8以及患者的年龄，作为人类对象的、用于评估患者是否具有牙周炎的生物标志物的用途。
该用途可以以基本上在上文和下文中描述的方法来实施。
本发明的方法包括确定反映针对所述蛋白质的所测量的联合浓度的测试值，以及患者的年龄。测试值可以是通过输入生物标志物的值(即，所确定的蛋白质浓度以及对象的年龄)所获得任何值，以及对这些值进行算术运算。这可以是，例如，这些生物标志物值的简单添加。它还可以包括将每个生物标志物值乘以反映这些生物标志物值的所期待权重的因子，以及然后将结果相加。它还可以涉及将生物标志物值彼此相乘，或乘法、除法、减法、乘幂和加法的任意组合。它可以进一步涉及，例如：对生物标志物值取对数或以一些幂来提高这些生物标志物值。
将测试值与阈值进行比较，该阈值以相同的方式反映与存在牙周炎相关联的生物标志物值。由此测试值等于或高于阈值指示对象牙周炎的存在，该对象是唾液被测试的那些对象。
阈值例如可以基于测试值，其是以同样的方式基于针对在参考样本中(即在被诊断为牙周炎的患者中)与存在牙周炎相关联的相同蛋白质所确定的浓度、以及给定的年龄而被获得。由此，反映出相同的或更高的测试值指示受测对象存在牙周炎。类似地，在受测对象的唾液中反映出较低的测试值指示患者没有被诊断出具有牙周炎(以及可能具有健康牙龈或牙龈炎)。
还可以基于测量样本集合中的现在的生物标志物蛋白质的浓度，以及结合浓度与对象的年龄来确定阈值，所述样本集合包括不具有牙周炎(以及可能具有健康牙龈或可能具有牙龈炎)的对象和已知诊断为牙周炎的对象。由此测量的浓度值以及用于年龄的值(即生物标志物的值)，可以被进行统计分析，所述统计分析可能包括机器学习方法，以允许以期望的灵敏度和特异性来区分被分类为具有牙周炎的患者的对象以及被分类为不具有牙周炎的对象。由此，可以获得期望的阈值。基于该阈值，可以对待测样本进行相同的浓度测量，以及年龄的确定。然后以与获得阈值相同的方式处理浓度和年龄值，从而确定测试值，可以将其与阈值进行比较，因此可以将测试样本分类为具有牙周炎或没有牙周炎的指示。
在一个令人关注的实施例中，以如下分数的形式获得测试值。数值(蛋白质浓度值，例如ng/ml以及对于年龄的数字)被分配给每个测量，以及这些值以线性或非线性组合方式而被使用以计算0和1之间的分数。在如上所描述的基于对象患者集合确定阈值的情况下，典型的使用以生物标志物的值(诸如联合浓度以及年龄)作为输入的S型函数来计算0到1之间的分数(如进一步所示)。
当分数超过某个阈值时，该方法指示患者具有牙周炎。该阈值可以基于期望的灵敏度和特异性来选择。
本领域公认的临床定义基于以下内容：
牙龈指数(GI)
将基于等级标度为0到4的洛宾改良牙龈指数(MGI)记录全口牙龈指数，其中：
-0＝无炎症，
-1＝轻度炎症；任何部分的颜色略有变化、纹理少量变化，而不是整个边缘或乳突状牙龈单位变化，
-2＝轻度炎症；但涉及整个边缘或乳突状单位，
-3＝中度炎症；边缘或乳突状单位的上光、发红、水肿和/或肥大，
-4＝严重炎症；边缘或乳突状牙龈单位明显发红、水肿和/或肥大，自发性出血、充血或溃疡]。
探查深度(PD)
使用手动UNC-15牙周探针将探查深度记录到最接近的毫米。探查深度是指从探针尖端(假设位于口袋底部)到游离牙龈边缘的距离。
牙龈萎缩(REC)
使用手动UNC-15牙周探针将牙龈萎缩记录到最接近的毫米。牙龈萎缩是指从游离牙龈边缘到牙骨质-牙釉质结合处的距离。牙龈萎缩将以正数表示，牙龈过度生长将以负数表示。
临床附着丧失(CAL)
临床附着丧失将根据每个部位的探查深度+萎缩量之和来计算。
探查出血(BOP)
探查后，将评估每个部位的探查出血情况，如果在探查的30s内发生出血，则该部位的分数为1，否则分数为0。
得出的对象组(患者组)定义如下，其中轻度-中度牙周炎组和重度牙周炎组与本发明有关：：
-健康组(H)：所有部位的PD≤3mm(但在最后一个保留臼齿的远端最多可允许四个4mm的口袋)，无近端附着丧失的部位，≤10％部位的GI≥2.0，％BOP分数≤10％；
-牙龈炎组(G)：>30％部位的GI≥3.0，无近端附着丧失的部位，没有PD>4mm的部位，％BOP分数>10％；
-轻中度牙周炎组(MP)：近端PD为5-7mm，(相当于约2-4mmCAL)≥8颗牙齿，％BOP分数>30％；
-重度牙周炎组(AP)：近端PD≥7mm，(相当于约≥5mmCAL)≥12颗牙齿，％BOP分数>30％。
在一个实施例中，本发明的方法利用如图1示意性表示的系统。该系统可以是具有集成在其中的各种设备元件(单元)的单个装置。该系统还可以将其各种元件或这些元件中的一些作为单独的装置。图1所示的元件是测量设备(A)、图形用户界面(B)和计算机处理单元(C)。
如上所述，本发明的系统包括到界面的数据连接，由此界面本身可以是系统的一部分或可以是远程界面。后者是指可能使用不同的装置，优选是手持装置，诸如智能手机或平板电脑，用于提供实际界面。在这种情况下，数据连接将优选地涉及无线数据传输，诸如通过Wi-Fi或蓝牙，或通过其他技术或标准。
测量设备(A)被配置为接收唾液样本，例如通过将唾液滴放在药筒(cartridge)(A1)上，该药筒可以插入到设备(A)中。该设备可以是能够从相同唾液样本中确定至少蛋白质HGF以及MMP-8,以及被配置为处理关于对象年龄的信息的现有设备。
测量设备(A)应当能够接收唾液样本，例如通过将唾液滴放在药筒(A1)上，该药筒可以插入到设备(A)中。该设备可以是能够从相同唾液样本中确定至少蛋白质HGF以及MMP-8、以及可选地其他蛋白质的现有设备。
处理单元(C)从部分(A)接收针对生物标志物值(诸如蛋白质浓度以及年龄)的数值。单元(C)被提供有软件(典型的为嵌入式软件)，该软件允许其计算介于0和1之间的分数(S)。该软件进一步包括用于阈值(T)的数值。如果计算值(S)超过(T)，则单元(C)将向图形用户界面(B)输出“牙周炎”的指示(I)，否则将输出“没有牙周炎”。另一实施例可以使用(S)的特定值来指示确定性，所做出指示(I)利用确定性而被做出。这可以是概率分数，由此0.5是可能的阈值，以及例如分数S＝0.8将指示牙周炎的可能性。令人关注的选项是：
基于分数S，人员可以直接指示确定性，即S＝0.8意味着80％的牙龈炎确定性；
-基于分数S，人员可以进行二进制或三级指示：
-S<T->没有牙周炎，(即，健康或牙龈炎)
-S≥T->牙周炎；
-S<R1->没有牙周炎，R1≤S<R2->不确定，
-S≥R2->牙周炎
另外，可以对这种二进制或三级指示附加确定性。确定性将通过分数S与所选阈值(T，R1，R2)的距离而被确定。
可以实施分数的特定计算，例如，通过S形函数的方式，应用以下公式：
Figure BDA0002284904840000161
其中N是所用蛋白质/生物标志物的数量。C0，C1等是系数(数值)以及B1，B2等是相应的生物标志物的值(诸如蛋白质浓度以及年龄)；
*系数的确定可以通过训练过程来完成：
-选择N1名患有牙周炎的对象，以及N2名没有牙周炎的对象。
没有牙周炎的对象被认为分数为S＝0，患有牙周炎的对象被认为具有分数为S＝1。
-从每个对象中获取唾液样本，以及如上所述确定生物标志物组合的蛋白质浓度。
-在蛋白质浓度和分数之间执行逻辑回归。
其他回归或机器学习方法(线性回归、神经网络、支持向量机)可被用于训练分类器，该分类器基于蛋白质浓度预测对象是否患有牙周炎或没有牙周疾病的口腔情况。
参考上述系统，在另一方面，本发明还提供了一种用于诊断人类对象牙周炎的系统，该系统包括：
-检测装置，能够并且适于检测人类患者唾液样本中的蛋白质HGF以及MMP-8，以及如上文所讨论的可能的其他蛋白质生物标志物；如上所述，这样的装置是已知的，并且对于技术人员来说是容易获得的。典型的，提供一种用于在其中接收对象口腔样本的容器，该容器由检测装置提供。
-处理器，能够并且适于根据所述蛋白质的所确定的浓度以及对象的其他信息(尤其年龄)，确定对象患有牙周炎或者没有牙周炎的指示。
可选地，该系统包括能够呈现信息的用户界面，特别是图形用户界面(GUI)；GUI是一种用户界面，它允许用户通过图形图标和可视指示符(诸如二级符号)与电子设备进行交互，而不是基于文本的用户界面、键入的命令标签或文本导航(在本发明中不排除任何这样的界面类型)；GUI是众所周知的，并且典型的用于手持移动设备，诸如MP3播放器、便携式媒体播放器、游戏设备、智能手机以及较小的家庭、办公室和工业控件中；所述界面还可以输入被测试对象的关于年龄的信息，以及优选的诸如BMI的其他信息。
本发明还单独地或作为前述系统的一部分提供了一种试剂盒，用于检测人类患者唾液样本中的针对牙周炎的至少两种生物标志物，所述试剂盒包括用于检测HGF以及MMP-8的一种或多种检测试剂。典型的，该试剂盒包含两种(twi)检测试剂，每种试剂针对不同的生物标志物，其中第一检测试剂能够结合HGF，以及第二检测试剂能够结合MMP-8。如以上参考本发明的方法所讨论的，所述试剂盒可以包含针对其他蛋白质的多种的检测试剂。在优选的实施例中，试剂盒中可用的检测试剂由用于选择的构成本发明的2-生物标志物面板的两种蛋白质的检测试剂(agents)组成，如上所述。
优选地，所述试剂盒包含固体支持物，例如片、微量滴定板或包含所述检测试剂的微珠或树脂。在一些实施例中，试剂盒包含质谱探针，诸如ProteinChipTM。
试剂盒还可提供特别的对未结合的检测试剂或对所述生物标志物的洗涤溶液和/或检测试剂(三明治型测定)。
在一个令人关注的方面，本发明的生物标志物面板的识别被应用于随时间监测人类对象可能的牙周炎的状态。因此，本发明还提供了一种体外方法，用于确定在从第一时间点t1到第二时间点t2的时间间隔内的人类对象口腔健康状态的变化。该方法包括：在t1时从所述对象获得的至少一个唾液样本中以及在t2时从所述患者获得的至少一个唾液样本中，检测以下蛋白质的浓度：HGF以及MMP-8，以及比较浓度，由此两个浓度的差异反映状态的变化。可以将这种差异视为浓度差异，从而无需首先生成0到1之间的数字或任何其他分类即允许直接比较。可以理解的是，在两个时间点接收的测量结果也可以以与如上的当确定牙周炎的评估时相同的方式进行处理。
本发明还提供了一种诊断人类患者是否具有牙周炎的方法，包括：在患者唾液中检测以下蛋白质的存在：HGF以及MMP-8，以及基于所述样本中所述蛋白质的浓度和对象的年龄评估患者中牙周炎的存在。可选择地，这方面的该方法包括进一步治疗患者牙周炎的步骤。该可选的治疗步骤可包括施用已知的治疗试剂或牙科程序，或治疗试剂与牙科程序的组合。已知的治疗试剂包括施用含抗菌剂的试剂，例如漱口剂、片、凝胶或微球体。用于治疗牙周炎的典型抗菌试剂是洗必泰(chlorhexidine)。其他治疗试剂包括抗生素，典型的是口服抗生素，以及酶抑制剂，诸如强力霉素。已知的非手术治疗程序包括刮治或刮治和根面平整(SRP)。
本发明还提供了一种检测患有牙周炎的患者中的蛋白质HGF以及MMP-8的方法，包括：
(a)从人类患者身上获取唾液样本；以及
(b)通过使唾液样本与能与所述蛋白质结合的一种或多种检测试剂接触、以及检测每种蛋白质与一种或多种检测试剂之间的结合，来检测在唾液样本中是否存在蛋白质HGF以及MMP-8。典型的，患者的年龄也被确定。
参考以下非限制性实施例信息，将进一步说明本发明。
发现使用包括HGF和MMP-8两者的生物标志物面板可以获得准确的诊断结果。
HGF和MMP-8均被证明是确定对象是否患有牙周疾病的理想生物标志物，该生物标志物在具有牙周疾病的测试对象的唾液样本中检测到两者的表达水平都相对较高，而在牙周健康的测试对象口腔样本中检测到两者的表达水平都相对较低。图2示出包括HGF和/或MMP-8的生物标志物面板对牙周炎的灵敏度。该图示出在95％特异性下的灵敏度。
图2示出，与没有两种所述蛋白质生物标志物的生物标志物或面板相比，包含对象的年龄、性别和BMI以及以下项中至少一种：HGF和MMP-8的生物标志物或生物标志面板，针对牙周炎在95％特异性下具有明显更高的灵敏度。
图3示出，与没有所述蛋白质生物标志物的生物标志物或面板相比，包含对象的年龄、性别和BMI以及以下项中至少一种：HGF、MMP-8和IL-1β的生物标志物或生物标志物面板，针对牙周炎在95％特异性下具有明显更高的灵敏度。图2和图3之间的相似之处支持HGF或MMP-8作为诊断牙周炎的生物标志物的相关性。
发现基于附加的对象的年龄、性别和BMI，HGF和MMP-8作为单个生物标志物均展示出在特异性95％的情况下，对于检测对象的牙周炎的高灵敏度，请参见表2。
表1：针对牙周炎的单个生物标志物在95％特异性情况下的灵敏度
Figure BDA0002284904840000201
Figure BDA0002284904840000211
尽管对于单个生物标志物HGF和MMP-8具有这样的结果，但是包括至少两个生物标志物并且优选地包括三个或更多个生物标志物的生物标志物面板更适合于准确诊断牙周疾病，因为一种生物标志物可能不是用于确定特定疾病发病机理的足够可靠的来源。例如，单个生物标志物可能对多种不同疾病具有高度特异性和灵敏度，因此导致对患有所述多种疾病中特定疾病的对象的不太准确的预测。生物标志物的组合使用提供了附加且强大的诊断信息。
因此，在根据本发明的方法中，确定了对象唾液样本中至少HGF和MMP-8的表达。如表3所示，在所有被测试的面板中最好的两个生物标志物面板如图2和图3所示，是HGF和MMP-8的组合。与单个生物标志物的表2相似，表3示出了基于附加的对象的年龄、性别和BMI，用于检测对象牙周炎的2-生物标志物面板在95％特异性情况下的灵敏度，2-生物标志物面板包括HGF和所指示的蛋白质。
表4附加的示出与其他指示的蛋白质相比的MMP-8的相关性，其被没有HGF和MMP-8的最佳剩余生物标志物面板的明显较低的0.8333分数所证明。
表2
针对由HGF和指示的蛋白质组成的面板，针对牙周炎的生物标志物面板在95％特异性情况下的灵敏度。
Figure BDA0002284904840000221
表3
针对附加的基于对象的年龄、性别和BMI的生物标志物面板，针对牙周炎的生物标志物面板在95％特异性情况下的灵敏度。中间一栏指示包括HGF和至少一种所指示的蛋白质的最佳生物标志物面板的分数。右栏指示针对不含HGF和所指示蛋白质的最佳生物标志物面板的分数。
Figure BDA0002284904840000222
Figure BDA0002284904840000231
在根据本发明的用于诊断牙周炎的方法的优选实施例中，该方法包括：除了MMP-8和HGF之外，还确定至少第三生物标志物的表达，该第三生物标志物是选自生物标志物组中的一种或多种，该生物标志物组由白介素1β(IL-1β)，基质金属蛋白酶-3(MMP-3)，血红蛋白和白介素6(IL-6)组成。
尽管已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述应被认为是说明性或示例性的而不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。
例如，可以以不同单位提出用于不同生物标志物的结合剂。或，方便地，本发明的试剂盒可以包括在所有实施例中使用的用于蛋白质生物标志物(即HGF和MMP-8)的固定的结合剂集合，以及包括用于一种或多种其他生物标志物(例如IL-1β)的结合剂的灵活模块。
通过研究附图，公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，以及不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中叙述本发明的某些特征这一纯粹事实并不指示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制保护范围。
总之，我们在此公开了一种用于评估人类对象是否具有牙周炎的体外方法。该方法包括：在来自所述对象的唾液样本中，检测以下蛋白质的浓度：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)。基于所确定的浓度，以及增加年龄，以及可能的其他人口统计信息(例如性别和/或BMI)，结合一个或多个人口统计信息，反映针对所述蛋白质的所确定联合浓度的测试值被计算。将测试值与阈值进行比较。该阈值以相同的方式反映与牙周炎相关联的联合浓度和年龄以及可能的其他人口统计信息，并且可以被视为上限，或是在没有牙周炎的对象群体中所看到的测试值的。上限也可以是95％的分位数，或类似测量以便排除异常值。
因此，等于或高于阈值的测试值指示所述对象具有牙周炎。

Claims (17)

1.一种用于评估人类对象是否具有牙周炎的体外方法，包括：确定所述人类对象的年龄，以及检测来自所述人类对象的唾液样本中的以下蛋白质的浓度：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶8(MMP-8)；结合所述对象的所述年龄确定测试值，所述测试值反映针对所述蛋白质的所确定的联合浓度；将所述测试值与阈值进行比较，所述阈值以相同的方式反映与牙周炎相关联的所述年龄以及所述联合浓度，以便评估所述测试值是否指示所述对象具有牙周炎。
2.根据权利要求1所述的方法，其中确定除了MMP-8以及HGF之外的至少第三生物标志物的表达，所述第三生物标志物为选自所述生物标志物组中的一种或多种蛋白质，所述生物标志物组由白介素1β(IL-1β)、基质金属蛋白酶-3(MMP-3)、血红蛋白和白介素6(IL-6)组成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述阈值基于在没有牙周炎的对象群体中所看到的测试值。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述阈值基于针对与存在牙周炎相关联的参考样本中的所述蛋白质的所确定的浓度。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述阈值基于样本集合中所述蛋白质的所述浓度，所述样本集合包括没有牙周炎的对象以及已知诊断为牙周炎的对象。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所确定的浓度值被算术地处理为0到1之间的数字。
7.一种人类对象的年龄以及所述对象的唾液样本中的蛋白质HGF和MMP-8的浓度作为生物标志物的用途，所述生物标志物用于评估所述对象是否具有牙周炎。
8.一种用于在人类对象中诊断牙周炎的系统，所述系统包括：
-检测装置，能够以及适于在所述人类对象的唾液样本中检测蛋白质：HGF和MMP-8；
-处理器，能够以及适于根据所述蛋白质的所确定的浓度和所述对象的年龄，确定所述患者是否具有牙周炎的指示。
9.根据权利要求8所述的系统，进一步包括用于接收口腔液样本的容器，所述容器包括所述检测装置。
10.根据权利要求8或9所述的系统，进一步包括：
-用于向用户呈现所述指示的用户界面，所述界面能够输入关于所述对象的所述年龄的信息；以及
-所述处理器和所述用户界面之间的数据连接，所述数据连接用于将所述指示从所述处理器传输到所述用户界面。
11.根据权利要求8至10中的任一项所述的系统，其中所述处理器能够借助于基于互联网的应用来起作用。
12.一种用于在人类患者唾液样本中检测用于牙周炎的至少两种蛋白质生物标志物的试剂盒，所述试剂盒包括一种或多种用于检测HGF和MMP-8的检测试剂。
13.根据权利要求12所述的试剂盒，其中所述一种或多种检测试剂包括至少两种检测试剂，第一检测试剂用于检测肝细胞生长因子(HGF)，以及第二检测试剂用于检测基质金属蛋白酶8(MMP-8)。
14.根据权利要求12或13所述的试剂盒，其中所述结合试剂被包含在固体支持物上。
15.一种体外方法，所述体外方法用于确定在从第一时间点t1到第二时间点t2的时间间隔内的人类对象的口腔健康状态的变化，所述方法包括：在t1时从所述对象获得的至少一个唾液样本中以及在t2时从所述对象获得的至少一个唾液样本中，检测蛋白质HGF以及MMP-8的浓度，以及比较所述浓度，由此在两种浓度中的差异反映出状态变化。
16.一种诊断人类患者是否具有牙周炎的方法，包括：在人类患者的唾液样本中检测以下蛋白质：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)，以及基于所述样本中所述蛋白质的浓度以及所述患者的年龄，来评估所述患者的牙周炎的存在。
17.一种检测患有牙周炎的人类患者中的以下蛋白质的方法：肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶8(MMP-8)，包括：
(a)从人类患者获取唾液样本；以及
(b)通过使样本与能结合所述蛋白质的一种或多种检测试剂接触、并检测在每种蛋白质与所述一种或多种检测试剂之间的结合，来检测所述样本中是否存在肝细胞生长因子(HGF)以及基质金属蛋白酶-8(MMP-8)。
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