一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，包括：确定基因检测的目标基因和位点；制备特异性多重PCR引物或基因芯片；提取DNA数据，通过多重PCR扩增和基因芯片检测的结合或者多重PCR扩增和高通量测序法的结合对DNA数据进行检测；对DNA数据进行生物信息分析，获取目标位点的基因型；采用复合随机森林算法构建风险评估模型并进行计算，获得不同基因型、表型和疾病的风险评分，从而获得检测和评估报告，对患者进行遗传咨询和健康指导。排除了假基因等非特异性扩增，检测结果的特异性高；所有基因和位点都经过严格验证，权威，降低了检测和评估成本，方便受检者就检，节约医疗资源，降低社会成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法
本专利技术涉及基因检测
，具体地说涉及一种评估女性生育遗传风险和指导健康管理的基因检测方法。
技术介绍
生育评估也称医学生育力评估，主要是对有意生育的育龄夫妇的病史、职业、饮食、居住环境、女性的排卵情况、输卵管功能及卵巢功能和男性精液情况等进行系统多项的评估。目前医院的女性生育力评估主要包括卵巢功能评估、子宫输卵管检查、子宫形态检查、免疫检查和性激素指标等。目前针对女性生育的评估很少有全面的遗传基因方面的检测。有研究表明，肥胖、卵巢功能、甲状腺功能、糖尿病和叶酸吸收能力等均会影响女性的生育力。肥胖的人往往激素分泌低于正常水平或激素受体不敏感，因此导致女性的性欲下降。值得注意的是，如果是中度或者是重度的肥胖患者，对性功能也会有影响。这是由于肥胖所产生的过多的脂肪蓄积在体内，使得身体内所分泌的性激素被脂肪所阻断无法让其发挥正常的功能，进而导致肥胖的人性欲下降，比正常人拉低许多。肥胖还会造成女性的内分泌紊乱，女性的正常排卵是需要性激素来刺激合成才能正常的运转。而性激素由于脂肪阻断一方面致使内分泌紊乱，另一方面改变了分泌以及合成的正常规律，从而影响了排卵周期导致生育受到影响。肥胖的妇女往往还容易患多囊卵巢综合征，该综合征以雄激素水平较高为特征，导致妇女月经渐少甚至导致闭经，并且面部青春痘过多，伴有身体的体毛过多等症状，体内的雄性激素过多而导致卵泡发育不成熟，进而影响了正常卵的排放。卵巢功能早衰(POF)是指卵巢功能衰竭所导致的40岁之前即闭经的现象。特点是原发或继发闭经伴随血促性腺激素水平升高和雌激素水平降低，并伴有不同程度的一系列低雌激素症状如：潮热多汗、面部潮红、性欲低下等。妇女的平均自然绝经年龄为50～52岁，绝经年龄存在着种族和地区分布的差异，但其绝对值相差不大。Coulam等总结1858例妇女的自然闭经情况，小于40岁的POF发生率为1％，小于30岁的POF发生率为1‰。原发闭经中POF占10％～28％，继发闭经中POF占4％～18％。徐苓等发现北京地区妇女POF发生率为1.8％。由此可见，POF在临床上并不少见。POF患者至少有6个月的闭经史和卵泡刺激素血浆水平升高(超过40mIU/ml)；该疾病可能是由于滤泡池过早枯竭，滤泡闭锁，卵泡生长停滞或卵巢发育不全。甲状腺是人体重要的内分泌器官,其功能亢进或减退均会影响女性生育能力。甲状腺功能异常可影响女性血清促性腺激素和性激素水平。甲状腺激素可直接作用于卵巢,其过多或过少均可影响卵泡发育,损害卵巢储备力。甲状腺激素对输卵管功能的影响尚不明确。已有证据显示甲状腺激素可直接参与调节子宫内膜生理功能,影响子宫内膜容受性。甲状腺疾病可能影响宫腔对妊娠的承受能力,增加产科并发症和不良妊娠结局的发生。糖尿病患者由于体内胰岛素水平异常和/或血糖控制不佳，可导致下丘脑-垂体-卵巢轴激素分泌失调、卵泡募集及卵子发育异常，从而使其生殖系统功能受损。胰岛素缺乏型的糖尿病患者，胰岛素水平低下可导致下丘脑亲吻素(kisspeptin)蛋白表达下降。由于kisspeptin具有刺激促性腺激素释放激素(GnRH)分泌的作用，因此胰岛素缺乏可致使GnRH分泌减少，进一步导致促卵泡生成素/促黄体生成素(FSH/LH)分泌均不足，造成低促性腺激素型性腺功能减退。补充外源性胰岛素可纠正这一激素水平异常。糖尿病患者需皮下注射胰岛素者，由于外源性胰岛素直接进入体循环未经过肝的清除效应，外周组织的胰岛素水平要比生理状态下高。另外有部分2型糖尿病或糖耐量异常患者因胰岛素抵抗导致内源性胰岛素水平过高。以上两种原因造成的体内外源性胰岛素水平过高，首先可促进卵泡膜细胞分泌睾酮和雄烯二酮导致高雄激素血症；其次胰岛素和FSH的共同作用可刺激颗粒细胞分泌雌激素，促进卵泡募集和生长，出现多囊卵巢的表现。与非糖尿病的多囊卵巢综合症不同，胰岛素可协同促性腺素的作用而促进卵泡成熟。糖尿病会导致卵巢储备下降及卵子凋亡，糖尿病控制不佳导致血糖升高，一方面高血糖导致晚期糖基化终末产物及其受体增加，上述物质可影响卵子发育，造成卵子凋亡及卵巢储备功能下降。另一方面，糖毒性加重胰岛素抵抗，使内源性胰岛素分泌过多或外源性胰岛素用量增加，从而使卵巢暴露于高胰岛素的环境中。现有技术中还没有根据受检者唾液、口腔拭子、末梢血或外周血等的基因检测结果综合评估女性受检者生育遗传背景，并根据评估结果，从单基因遗传病的突变基因、卵巢功能早衰易感基因、糖脂代谢疾病(糖尿病、甲状腺疾病和肥胖等)易感基因、营养物质吸收代谢相关的单核苷酸多态性基因位点等方面，结合受检者临床表现，通过基于机器学习的人工智能算法对患者输出整体的生育遗传风险评估报告，以综合判断生育相关疾病的发病风险情况，进行全面精准的健康管理建议。
技术实现思路
为了克服现有技术中这部分的缺失及不足，本专利技术提供一种评估女性生育相关因素的遗传背景，如卵子生成和发育、糖脂代谢、营养代谢、运动等，结合基于机器学习的人工智能算法对生育遗传背景相关疾病的发病风险进行评估，并指导健康管理的基因检测方法和算法模型，即一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，包括如下步骤：步骤1，确定基因检测的目标基因和位点；步骤2，制备特异性多重PCR引物或基因芯片，提取DNA，通过多重PCR扩增和基因芯片检测，或通过多重PCR靶向特异性扩增和第二代测序技术的结合对样本所述DNA进行检测；步骤3，对所述DNA的测序数据进行生物信息分析，获取所有目标位点的基因型；步骤4，采用复合随机森林算法(CompositeRandomForestAlgorithm,CRFA)构建风险评估模型并进行计算，获得不同基因型、表型和疾病的风险评分，从而获得检测和评估报告，对患者进行遗传咨询和健康指导。优选的，所述步骤1采用复合随机森林算法风险评分算法，根据文献资料和高通量测序实验结果确定基因检测的目标基因和位点。优选的，所述步骤2所述提取DNA的数据以及所述多重PCR扩增的步骤包括：步骤21，进行样本DNA提取，所述样本为血液或唾液；步骤22，采用NanoReady分光光度计进行所述样品的定量检测；步骤23，进行引物的制备，包括引物稀释以及多重PCR引物的混合合管制备；步骤24，进行多重PCR扩增；步骤25，进行电泳检测，获得电泳图谱；步骤26，对DNA扩增产物进行纯化；步骤27，采用测序快速DNA建库试剂进行文库制备；步骤28，实施高通量测序或特定的基因芯片检测；步骤29，将基因分型结果进行“格式化”或取对数的预处理，引入多基因变异风险评分算法(PolygenicRiskScore)；步骤210，将表型数据，进行预处理和格式化，与基因型数据一起输入复合随机森林算法模型，经过对影响生育的因素进行逐一风险评分，综合各项结果输出整体评分结果。优选的，所述步骤21包括：步骤211，采用柱式法对血液样本进行提取，采用手动单管操作的方式，包括：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤1，确定基因检测的目标基因和位点；/n步骤2，制备特异性多重PCR引物或基因芯片；提取DNA数据，通过多重PCR扩增和基因芯片检测的结合，或通过多重PCR靶向特异性扩增和第二代测序技术的结合对样本所述DNA数据进行检测；/n步骤3，对所述DNA的测序数据进行生物信息分析，获取所有目标位点的基因型；/n步骤4，采用复合随机森林算法(Composite Random Forest Algorithm,CRFA)构建风险评估模型并进行计算，获得不同基因型、表型和疾病的风险评分，从而获得检测和评估报告，对患者进行遗传咨询和健康指导。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，确定基因检测的目标基因和位点；
步骤2，制备特异性多重PCR引物或基因芯片；提取DNA数据，通过多重PCR扩增和基因芯片检测的结合，或通过多重PCR靶向特异性扩增和第二代测序技术的结合对样本所述DNA数据进行检测；
步骤3，对所述DNA的测序数据进行生物信息分析，获取所有目标位点的基因型；
步骤4，采用复合随机森林算法(CompositeRandomForestAlgorithm,CRFA)构建风险评估模型并进行计算，获得不同基因型、表型和疾病的风险评分，从而获得检测和评估报告，对患者进行遗传咨询和健康指导。


2.根据权利要求1所述的一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于：所述步骤1采用复合随机森林算法风险评分算法，根据文献资料和高通量测序实验结果确定基因检测的目标基因和位点。


3.根据权利要求1所述的一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于：所述步骤2所述提取DNA的数据以及所述多重PCR扩增的步骤包括：
步骤21，进行样本DNA提取，所述样本为血液或唾液；
步骤22，采用NanoReady分光光度计进行所述样品的定量检测；
步骤23，进行引物的制备，包括引物稀释以及多重PCR引物的混合合管制备；
步骤24，进行多重PCR扩增；
步骤25，进行电泳检测，获得电泳图谱；
步骤26，对DNA扩增产物进行纯化；
步骤27，采用测序快速DNA建库试剂进行文库制备；
步骤28，实施高通量测序或特定的基因芯片检测；
步骤29，将基因分型结果进行“格式化”或取对数的预处理，引入多基因变异风险评分算法(PolygenicRiskScore)；
步骤210，将表型数据，进行预处理和格式化，与基因型数据一起输入复合随机森林算法模型，经过对影响生育的因素进行逐一风险评分，综合各项结果输出整体评分结果。


4.根据权利要求3所述的一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于：所述步骤21包括：
步骤211，采用柱式法对血液样本进行提取，采用手动单管操作的方式，包括：
步骤2111，向离心管中加入一定量的血液后加入ProteinaseK，混匀；
步骤2112，加入BufferGL，振荡至彻底混匀；
步骤2113，在一定温度下孵育一定时间，所述孵育过程中颠倒混匀数次；或者在相同的温度下进行金属浴，一定转速下孵育相同的时间；
步骤2114，加入一定量的无水乙醇，颠倒混匀数次从而在短暂离心的作用下，使管壁和壁盖上的液体集中到管底；
步骤2115，将所述步骤2114所得的溶液全部加入已装入收集管的吸附柱中，若一次不能加完溶液，分多次转入，一定转速下离心旋转1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2116，向所述吸附柱中加入一定量的BufferGW1，所述BufferGW1在使用前检查是否加入无水乙醇，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心旋转1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2117，向所述吸附柱中加入与所述BufferGW1数量相同的BufferGW2，在使用前检查是否加入无水乙醇，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2118，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心2分钟，将吸附柱置于一个新的离心管中，打开吸附柱的管盖，置于室温数分钟，以彻底晾干；
步骤2119，向所述吸附柱的中间部位悬空加入一定量的1×TEbuffer或去离子水，室温放置数分钟，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心1分钟，收集DNA溶液，在-20℃保存所述DNA溶液；
以及步骤212，采用柱式法对唾液样本进行提取，采用手动单管操作的方式，包括：
步骤2121，向离心管中加入唾液样本或唾液/保存液混合液，加入一定量的ProteinaseK，所述唾液/保存液混合液在提取前进行50℃水浴1小时或进行50℃空气温箱2小时；
步骤2122，加入一定量的BufferGL，涡旋震荡充分混匀，然后进行56℃水浴15-30分钟；
步骤2123，在微型离心机中进行短暂离心，以去除管盖内壁附着的水珠，加入一定量的无水乙醇，立即涡旋震荡充分混匀，然后再一次进行短暂离心，对形成的溶胶状产物进行剧烈震荡或涡旋处理；
步骤2124，将步骤2123中所得溶液全部加入到已装入收集管的吸附柱中，一次或多次转入，在与所述步骤2115相同或高于其的所述转速下离心1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2125，向吸附柱中加入一定量的BufferGW1，使用前检查是否已加入无水乙醇，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2126，向吸附柱中加入一定量的BufferGW2，使用前检查是否已加入无水乙醇，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心1分钟，倒掉收集管中的废液，将吸附柱重新放回收集管中；
步骤2127，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心2分钟，将吸附柱置于一个新的离心管中，打开吸附柱的管盖，置于室温数分钟，以彻底晾干；
步骤2128，向吸附柱的中间部位悬空加入一定量的1×TEbuffer或去离子水，室温放置数分钟，在与所述步骤2115相同的所述转速下离心1分钟，收集DNA溶液，在-20℃保存所述DNA溶液。


5.根据权利要求3所述的一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于所述步骤23包括：
步骤231，进行引物稀释，将设计合成的221对引物稀释为一定容积；
步骤232，进行多重PCR引物合管，将221对引物分为A、B两组，其中A组111对引物，B组110对引物；A组为取一离心管，加入一定量的双蒸水，111对引物中分别取1μl加入该离心管中，得到2pM混合引物，命名为SYL-A；B组为取一离心管，加入一定量的双蒸水，110对引物中分别取1μl加入该离心管中，得到2pM混合引物，命名为SYL-B。


6.根据权利要求3所述的一种基于风险评估模型的女性生育遗传风险基因检测方法，其特征在于所述步骤24包括：
步骤241，将KAPAHiFiHotStartReadyMix、Prime(SYL-AorSYL-B)、Prime(SYL-AorSYL-B)、DNA模板和双蒸水，到0.2mlPCR管或八连排管中；
步骤242，进行如下PCR反应：
步骤2421，预变性：在温度95摄氏度下循环1次10分钟；
步骤2422，95摄氏度下进行30秒变性后，从60摄氏度降低到1摄氏度进行30秒退火，最后进行72摄氏度下的延伸45秒，所述步骤242重复10次；

【专利技术属性】
技术研发人员：李媛，任懂平，张蓓，张河山，
申请(专利权)人：优生贝北京生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11