基于基因表達(dá)秩序關(guān)系識(shí)別癌癥預(yù)后與早期診斷標(biāo)志.pdf

1、隨著全基因組基因表達(dá)芯片的廣泛應(yīng)用,大量基于基因表達(dá)譜開發(fā)的分子標(biāo)志為癌癥的預(yù)后預(yù)測(cè)和早期診斷提供了重要的輔助手段。然而,由于基因芯片檢測(cè)的批次效應(yīng)和癌癥患者的異質(zhì)性等原因,目前基于基因表達(dá)譜得到的分子標(biāo)志的預(yù)測(cè)能力在跨實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立數(shù)據(jù)中往往有大幅的下降。針對(duì)這一問題,本論文提出了一種具有一定普適性的基于基因表達(dá)秩序關(guān)系的預(yù)測(cè)算法。由于乳腺癌化療預(yù)后及肝癌癌前病變的數(shù)據(jù)較為豐富,本論文將該算法分別應(yīng)用于乳腺癌預(yù)后的預(yù)測(cè)及肝癌的早期診斷。

2、
　　本論文主要包括以下四部分內(nèi)容:
　　癌癥標(biāo)志穩(wěn)健性的評(píng)價(jià)。對(duì)同一種癌癥類型的研究,不同的實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用基因芯片技術(shù)得到的標(biāo)志通常很不一致,且癌癥標(biāo)志在不同實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)中分類性能也不夠穩(wěn)健。對(duì)于多數(shù)工作中常規(guī)作為診斷或預(yù)后分子標(biāo)志的最顯著差異表達(dá)的基因標(biāo)志,通過一定的合理生物學(xué)假設(shè)(或分子模型)從功能聯(lián)系和分類性能兩個(gè)層面對(duì)其進(jìn)行了穩(wěn)健性評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示,最顯著差異表達(dá)的基因傾向于顯著共表達(dá)且在蛋白質(zhì)互作網(wǎng)絡(luò)上緊密連通,并且通過

3、該功能關(guān)系所構(gòu)建的從最顯著差異表達(dá)基因出發(fā)的癌癥條件相關(guān)的活性子網(wǎng)在來自不同實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)中有穩(wěn)健的鑒別癌癥與正常樣本的能力。
　　乳腺癌化療反應(yīng)的預(yù)測(cè)。對(duì)于基于紫衫類和蒽環(huán)類的乳腺癌新輔助化療,病理完全反應(yīng)(pathological complete response,pCR)的患者有著明顯優(yōu)于癌細(xì)胞殘留(residue disease,RD)的患者的總體生存率。一些工作報(bào)道了基于基因表達(dá)譜的pCR預(yù)測(cè)分類器來指導(dǎo)患者的新輔助化療

4、,然而現(xiàn)有的pCR分類器在獨(dú)立驗(yàn)證的穩(wěn)健性方面仍存在問題。為了建立穩(wěn)健的pCR分類器,提出了一個(gè)基于基因表達(dá)秩序關(guān)系的CTSP(Combinational top scoring pairs)算法。首先,提取出基因表達(dá)的相對(duì)秩次關(guān)系在pCR和RD兩類患者之間發(fā)生了顯著逆轉(zhuǎn)的基因?qū)?。然?基于一定的決策規(guī)則,利用這些基因?qū)Φ慕M合構(gòu)建pCR分類器。該pCR分類器在兩套來自不同實(shí)驗(yàn)室的獨(dú)立驗(yàn)證集中的敏感性指標(biāo)分別為74％和86%,特異性指標(biāo)分

5、別為71%和68%,明顯優(yōu)于三個(gè)已報(bào)道的pCR分類器。
　　乳腺癌化療預(yù)后的預(yù)測(cè)。考慮到pCR的患者的比例不高而少量癌細(xì)胞殘留的患者也傾向于有良好的預(yù)后,作為pCR分類器的補(bǔ)充,提出了一個(gè)預(yù)測(cè)乳腺癌化療預(yù)后的分類器。由于患者化療前內(nèi)在的雌激素水平、臨床分期等與預(yù)后相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素會(huì)對(duì)化療后的預(yù)后產(chǎn)生一定的影響,本論文通過結(jié)合患者化療前的風(fēng)險(xiǎn)因素和化療后癌細(xì)胞殘留程度兩方面因素對(duì)患者治療的預(yù)后進(jìn)行預(yù)測(cè)。首先,按照CTSP算法,對(duì)化療后

6、癌細(xì)胞的殘留程度進(jìn)行預(yù)測(cè)。然后,將預(yù)測(cè)的癌細(xì)胞殘留程度與臨床指標(biāo)相結(jié)合,通過COX回歸分析得到了對(duì)單個(gè)個(gè)體化療后生存進(jìn)行評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)概率指標(biāo)。結(jié)果顯示該風(fēng)險(xiǎn)概率指標(biāo)可以有效地將個(gè)體的化療后生存情況區(qū)分為預(yù)后良好和預(yù)后不理想的兩組,這兩組患者的三年生存率(無遠(yuǎn)端復(fù)發(fā)的生存時(shí)間在三年以上的患者在所有患者中所占的比例)的差值為17%,其整體生存曲線間也存在著顯著的差別(log-rank檢驗(yàn),p=0.001)。
　　肝癌高危人群的早期診斷。

7、對(duì)于在肝癌(hepatocellular carcinoma,HCC)的早期檢測(cè)中放射成像技術(shù)無法確定的結(jié)節(jié),通常需要通過活檢取樣來進(jìn)行組織病理學(xué)鑒定。然而,一些早期肝癌組織中所呈現(xiàn)的病理改變微小難辨,活檢取樣時(shí)也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)未取到癌組織而漏檢的情況。針對(duì)這種肝癌早期診斷的困難,我們提出了利用癌旁組織的基因表達(dá)的秩序關(guān)系來鑒別早期肝癌及癌前病變的方法。首先,找出在伴肝硬化肝癌患者的肝硬化組織(cirrhosis tissue in pat

8、ients with HCC,wHCC)和非肝癌肝硬化患者的肝硬化組織(cirrhosis tissue in patients without HCC,woHCC)這兩類樣本間基因表達(dá)值的相對(duì)秩序發(fā)生了逆轉(zhuǎn)的基因?qū)ΑＨ缓?借用大樣本的肝癌組織表達(dá)譜數(shù)據(jù)篩選出在HCC及wHCC中表達(dá)的相對(duì)秩序一致的基因?qū)?再基于這些基因?qū)Πl(fā)展能將HCC、wHCC與woHCC進(jìn)行鑒別的分類器。結(jié)果顯示,該分類器對(duì)來自不同平臺(tái)、不同實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證集都有穩(wěn)健的

9、分類能力,可以用于早期肝癌與癌前病變的輔助鑒別診斷。
　　綜上,本論文提出了CTSP算法從兩方面來解決基因表達(dá)分子標(biāo)志在跨實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用中缺乏穩(wěn)健性的問題:一方面,以相對(duì)表達(dá)大小(秩次)關(guān)系取代具體表達(dá)值作為特征具有一定的穩(wěn)健性,由于每個(gè)樣本中的基因間秩序關(guān)系是不受樣本間的檢測(cè)條件差異或線性的片間標(biāo)準(zhǔn)化影響的。另一方面,以大樣本量的對(duì)照組(如正常、化療不敏感)的樣本中穩(wěn)定存在的基因表達(dá)秩序關(guān)系為基準(zhǔn),可以識(shí)別出僅在觀察組(如癌癥、化療