泛癌癥分析及基于泛癌癥分子標(biāo)志物的腫瘤預(yù)后模型構(gòu)建.pdf

1、腫瘤是一類嚴(yán)重威脅人類健康的疾病，被稱為“眾病之王”，是目前人類健康的重要?dú)⑹种弧Ｋ砂l(fā)源于人體的各個(gè)組織和器官，但都具有一個(gè)共同的特征—細(xì)胞的異常增殖。在與腫瘤持續(xù)斗爭(zhēng)的數(shù)千年期間，人類對(duì)腫瘤的探索從未停止。伴隨著科技水平的整體快速發(fā)展，人類對(duì)于腫瘤的認(rèn)識(shí)程度從最開(kāi)始的一無(wú)所知，到現(xiàn)在已是柳暗花明。
　　借助基因測(cè)序技術(shù)，我們已經(jīng)知道腫瘤細(xì)胞是由正常細(xì)胞經(jīng)過(guò)一系列基因突變轉(zhuǎn)化而來(lái)。細(xì)胞由于無(wú)法對(duì)其生長(zhǎng)進(jìn)行正常調(diào)控，因此導(dǎo)致自身

2、的異常增殖與分化，從此不再受機(jī)體控制，最終破壞人體正常的組織與器官。近幾十年來(lái)，隨著人類對(duì)腫瘤認(rèn)識(shí)的不斷深入，化療、放療、靶向治療甚至免疫治療等多種治療手段不斷涌現(xiàn)。但到目前為止，我們?nèi)匀粵](méi)有可以一勞永逸治愈腫瘤的技術(shù)手段。
　　2012年癌癥基因組圖譜組織發(fā)起泛癌癥研究計(jì)劃。泛癌癥研究將整合分析多種腫瘤類型，旨在從基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等不同組學(xué)角度研究腫瘤之間的差異性和相似性，進(jìn)而希望可以指導(dǎo)臨床診斷與治療。腫瘤研究面臨的一

3、個(gè)重要難題就是腫瘤的異質(zhì)性。這種異質(zhì)性的內(nèi)在體現(xiàn)是腫瘤細(xì)胞在基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等分子水平上具有差別，導(dǎo)致腫瘤在發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中的分子機(jī)制并不相同。而這種異質(zhì)性的外在表現(xiàn)則是同類腫瘤的患者在預(yù)后狀況、治療效果、是否復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移等方面可能都存在明顯區(qū)別，這給腫瘤的診斷與治療帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。如能針對(duì)不同的腫瘤亞型，采用精確的診斷方法和治療策略，則可以顯著改善腫瘤患者的診療體驗(yàn)和效果。另一方面，有研究表明腫瘤之間不僅僅具有差異性，同時(shí)還具有相

4、似性。例如不同組織或器官來(lái)源的腫瘤可能含有相同分子特征，在這種情況下應(yīng)用靶向共同特征的藥物可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治療。綜上所述，泛癌癥研究分析發(fā)現(xiàn)腫瘤之間的差異性與相似性，將有助于加深我們對(duì)腫瘤的理解和認(rèn)識(shí)，協(xié)助探索腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要分子機(jī)制，最終推動(dòng)臨床精準(zhǔn)診斷與治療的發(fā)展。
　　本論文主要研究?jī)?nèi)容包含三部分：即腫瘤類型間相似度的泛癌癥研究；腫瘤個(gè)體間相似度的泛癌癥研究；基于泛癌癥分子標(biāo)志物的腫瘤預(yù)后研究。
　　第一部分，腫瘤

5、類型間相似度的泛癌癥研究。我們從GEO數(shù)據(jù)庫(kù)中收集了144個(gè)包含多種腫瘤及其亞型的基因芯片數(shù)據(jù)集，其中共包含2362個(gè)基因表達(dá)譜，涉及98種腫瘤及其亞型?；虮磉_(dá)印記是指一系列可以代表數(shù)據(jù)集的特征基因集合，它能夠反映基因表達(dá)水平在腫瘤組織和正常組織之間的變異情況。我們采用分層多數(shù)表決算法將每個(gè)數(shù)據(jù)集內(nèi)的基因表達(dá)譜融合形成對(duì)應(yīng)的基因表達(dá)印記，而后利用基因富集分析方法衡量不同數(shù)據(jù)集間的相似度。基于腫瘤相似度矩陣，我們應(yīng)用層次聚類方法探索腫瘤

6、類型及亞型之間的相似程度。分析結(jié)果顯示，大部分腫瘤類型與同種組織器官來(lái)源的腫瘤類型更為相似，如腦腫瘤、腎癌、淋巴瘤、結(jié)直腸癌和卵巢癌。但有的腫瘤類型或亞型與其他組織器官來(lái)源的腫瘤類型或亞型相似性程度更高，如乳腺癌、腎上腺皮質(zhì)癌、肺癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌和胸膜間皮瘤。
　　第二部分，腫瘤個(gè)體間相似度的泛癌癥研究。我們收集了TCGA中13個(gè)腫瘤類型的RNA-seq數(shù)據(jù)，并從中挑選出633個(gè)同時(shí)包含腫瘤組織和癌旁正常組織配對(duì)數(shù)據(jù)的樣本。根

7、據(jù)同一個(gè)體腫瘤組織和癌旁正常組織計(jì)算得到的轉(zhuǎn)錄響應(yīng)譜，我們采用保守聚類方法將633個(gè)樣本分為10個(gè)類。這10個(gè)類在分子表達(dá)、富集通路和免疫組成上均有明顯差異。其中一類包含膀胱癌、乳腺癌、頭頸鱗癌和子宮內(nèi)膜癌四種腫瘤類型。頭頸鱗癌在保守聚類結(jié)果中被分為差異明顯的兩個(gè)亞型，一個(gè)亞型富集細(xì)胞周期相關(guān)功能，另一個(gè)亞型富集細(xì)胞粘附相關(guān)功能，二者可能對(duì)不同的治療方式有反應(yīng)。此外，我們還發(fā)現(xiàn)92個(gè)基因在多種腫瘤中均上調(diào)，文獻(xiàn)調(diào)研和功能注釋的結(jié)果表明，

8、這些基因可能參與腫瘤細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡等過(guò)程的調(diào)控。我們從中選擇了FAM64A和TROAP兩個(gè)基因進(jìn)行初步的功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。RNA干涉實(shí)驗(yàn)顯示，在MDA-MB-231細(xì)胞中分別敲低二者的表達(dá)量，可以明顯抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。
　　第三部分，基于泛癌癥分子標(biāo)志物的腫瘤預(yù)后模型構(gòu)建。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，我們選出了75個(gè)在不同腫瘤中與預(yù)后相關(guān)的分子標(biāo)志物，這些分子標(biāo)志物基本覆蓋了腫瘤發(fā)展過(guò)程中涉及到的全部信號(hào)通路。采用免疫組化方法，我們?cè)诜切〖?xì)胞

9、肺癌中定量檢測(cè)了75個(gè)分子標(biāo)志物的表達(dá)情況。生存分析顯示，在肺腺癌和肺鱗癌中分別有41個(gè)和22個(gè)分子標(biāo)志物與臨床預(yù)后相關(guān)，但二者互相之間交集很少。隨后我們采用隨機(jī)森林方法分別篩選出肺腺癌和肺腺癌預(yù)后相關(guān)的分子標(biāo)志物組合，并采用支持向量機(jī)方法分別構(gòu)建了肺腺癌和肺鱗癌預(yù)后模型，驗(yàn)證結(jié)果顯示模型的預(yù)測(cè)性能良好。
　　綜上所述，本研究從不同角度開(kāi)展泛癌癥研究，采用不同方法展示了腫瘤之間的相似性和差異性，對(duì)腫瘤的臨床診斷和治療具有一定參考價(jià)

10、值。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　　1.首次將正常樣本數(shù)據(jù)應(yīng)用于泛癌癥研究，從腫瘤類型間和腫瘤個(gè)體間相似的兩個(gè)角度發(fā)現(xiàn)了具有生物學(xué)意義的研究結(jié)果。我們的研究提示癌旁正常組織樣本作為腫瘤研究的良好參照因素，可以提供額外的有價(jià)值信息，在泛癌癥研究中能夠發(fā)揮積極作用；
　　2.將多種腫瘤的預(yù)后相關(guān)分子標(biāo)志物應(yīng)用于非小細(xì)胞肺癌的預(yù)后判斷，并獲得了預(yù)測(cè)性能良好的預(yù)后模型。提示泛癌癥分子標(biāo)志物在不同腫瘤類型中均具有預(yù)測(cè)生存的能力，對(duì)于腫瘤的