用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物及其应用制造技术

本发明专利技术提供用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物及其应用。所述标志物为肠道中15个菌属细菌在肠道菌群中的相对丰度，将15个菌属细菌的相对丰度数据输入XGBoost模型后，所得分值≥0.402的，遗传性血管性水肿发作风险高，所得分值<0.402的，无遗传性血管性水肿发作风险。本发明专利技术首次发现肠道菌群与HAE的发作密切相关，并建立了一套基于肠道菌群的遗传性血管性水肿急性发作的标志物和风险预警模型，可辅助临床进行HAE急性发作的提前预测，对降低HAE急性水肿发病率，提高其疾病治疗率具有重要的临床意义。临床意义。

【技术实现步骤摘要】
用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物及其应用


[0001]本专利技术涉及微生物组学和生物信息学，具体地说，涉及用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物及其应用。

技术介绍

[0002]遗传性血管性水肿(hereditary angioedema,HAE)是一种罕见的、威胁生命的遗传性疾病，发病率约为1/10000
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1/50000，以急性、反复发作的皮下和(或)黏膜下组织水肿为特征，具有非凹陷性、自限性、局限性、不可预计性等特点，常见的受累部位包括面部、四肢、躯干、生殖道、上呼吸道以及胃肠道。HAE患者之间表现出的症状具有明显的临床异质性，具体表现在发病的年龄、频率、好发部位以及严重程度，而同一个患者每次发作表现出的症状也有所不同，轻者可仅表现为轻微的肢端水肿、不影响正常日常生活，严重时如若累及胃肠道，则可出现难以忍受的腹痛、恶心、呕吐、腹泻、腹腔积液，而呼吸道黏膜水肿会快速引发呼吸困难或窒息，导致部分患者因反复喉水肿发作而行多次气管切开手术，部分患者抢救不及时而窒息死亡。因此HAE不可预计及难以评估的特点显著降低了HAE患者的生活质量，加重了患者的心理及精神负担，甚至直接威胁到患者的生命。
[0003]典型的HAE是由编码C1酯酶抑制物(C1 esterase inhibitor,C1
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INH)基因SERPING1突变导致的C1
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INH的量减少或功能异常所致。目前在临床上，HAE需结合家族史、临床表现和实验室检查(主要是补体C4浓度降低、C1
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INH浓度减低或功能异常)进行诊断，必要时可以结合SERPING1的一代测序或MLPA。然而目前临床上没有用于预测HAE发作的生物标志物。
[0004]尽管目前HAE的诊断可以依靠检测补体水平或者检测基因突变，然而C4的耗竭程度和C1
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INH的功能水平与发作频率、发作部位及严重程度无明显相关性，因此无法预测患者短期内的临床病程、无法用于指导预防和治疗等临床干预。另外同一家系中携带相同突变类型的患者，他们的临床表现轻重程度亦明显不同，表明单靠基因突变无法决定疾病严重程度，更无法对疾病的发作进行预测。
[0005]由于缺少有效的生物标志物用于预测HAE的发作，患者一旦确诊，需长期进行预防治疗，目前国内普遍应用的预防类药物为雄性激素达那唑，该药物副作用明显，会导致患者体重增加、月经紊乱、关节疼痛、肝脏损害、视力减退、痤疮等，增加了患者经济、精神及心理压力。因此急需找到预警水肿发作，即评估疾病活动性的生物标志物，以期对HAE患者实现个体化的预防和治疗，减轻患者的经济负担。
[0006]目前为止，国内外尚无关于HAE病情和肠道菌群的相关性研究报道。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物及其应用。
[0008]为了实现本专利技术目的，第一方面，本专利技术提供用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物，所述标志物为肠道中15个菌属细菌在肠道菌群中的相对丰度，15个菌属如下：
Hungatella(梭菌科Hungatella属)、黄杆菌属(Flavonifractor)、厌氧棍状菌属(Anaerotruncus)、罕见小球菌属(Subdoligranulum)、假丁酸弧菌属(Pseudobutyrivibrio)、厌氧菌属(Anaerostipes)、厌氧产氢杆菌属(Hydrogenoanaerobacterium)、Agathobacter(毛螺菌科Agathobacter属)、布劳特氏菌属(Blautia)、萨特氏菌属(Sutterrella)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、嗜胆菌属(Bilophila)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、巨单胞菌属(Megamonas)和拟普雷沃菌属(Alloprevotella)；
[0009]将15个菌属细菌的相对丰度数据输入XGBoost模型后，所得分值≥0.402的，遗传性血管性水肿发作风险高，所得分值<0.402的，无遗传性血管性水肿发作风险。
[0010]第二方面，本专利技术提供与所述标志物配套的检测试剂或试剂盒，所述检测试剂或试剂盒包含用于检测肠道中15个菌属细菌的引物和/或探针。
[0011]第三方面，本专利技术提供所述标志物在构建遗传性血管性水肿发作风险预测模型中的应用。
[0012]第四方面，本专利技术提供三套遗传性血管性水肿发作风险预测模型的构建方法，
[0013]第一套方案包括以下步骤：
[0014](1)分别检测遗传性血管性水肿非发作期和发作期患者粪便样本中15个菌属细菌的丰度；
[0015](2)将步骤(1)所得丰度数据分为训练集和测试集，输入Xgboost模型，优化参数，用训练集训练，用测试集测试，存储模型。
[0016]第二套方案包括以下步骤：
[0017](1)分别检测遗传性血管性水肿非发作期和发作期患者粪便样本中6个菌属细菌的丰度；
[0018](2)将步骤(1)所得丰度数据分为训练集和测试集，输入随机森林模型，优化参数，用训练集训练，用测试集测试，存储模型；
[0019]其中，6个菌属如下：副普雷沃氏菌属(Paraprevotella)、厌氧菌属(Anaerostipes)、毛螺菌属(Lachnospira)、萨特氏菌属(Sutterrella)、布劳特氏菌属(Blautia)和巨单胞菌属(Megamonas)。
[0020]第三套方案包括以下步骤：
[0021](1)分别检测遗传性血管性水肿非发作期和发作期患者粪便样本中3个菌属细菌的丰度；
[0022](2)将步骤(1)所得丰度数据分为训练集和测试集，输入决策树模型，优化参数，用训练集训练，用测试集测试，存储模型；
[0023]其中，3个菌属如下：副普雷沃氏菌属(Paraprevotella)、Intestinimonas(颤螺旋菌科Intestinimonas属)和另枝菌属(Alistipes)。
[0024]前述的方法，步骤(2)优选采用交叉验证进行参数优化。
[0025]前述的方法，样本中细菌丰度的测定方法选自宏基因组测序、16S rDNA测序或qPCR定量检测中的任一种或至少两种组合。
[0026]优选地，肠道微生物可来自于采集的患者粪便，粪便中含有患者肠道内主要微生物，通过溶解，离心，转录，扩增等物理和生物学手段获取全部肠道菌群16S rRNA基因V3
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V4
区序列及其拷贝数，基于绝对丰度可进一步计算出样本中每个菌属细菌的相对丰度。
[0027]第五方面，本专利技术提供所述标志物或所述风险预测模型的构建方法在遗传性血管性水肿发作风险预测/评估中的应用。
[0028]借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：
[0029]本专利技术首次发现肠道菌群与HAE的发作密切相关，并建立了一套基于肠道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于预测遗传性血管性水肿发作的标志物，其特征在于，所述标志物为肠道中15个菌属细菌在肠道菌群中的相对丰度，15个菌属如下：Hungatella、黄杆菌属(Flavonifractor)、厌氧棍状菌属(Anaerotruncus)、罕见小球菌属(Subdoligranulum)、假丁酸弧菌属(Pseudobutyrivibrio)、厌氧菌属(Anaerostipes)、厌氧产氢杆菌属(Hydrogenoanaerobacterium)、Agathobacter、布劳特氏菌属(Blautia)、萨特氏菌属(Sutterrella)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、嗜胆菌属(Bilophila)、柠檬酸杆菌属(Citrobacter)、巨单胞菌属(Megamonas)和拟普雷沃菌属(Alloprevotella)；将15个菌属细菌的相对丰度数据输入XGBoost模型后，所得分值≥0.402的，遗传性血管性水肿发作风险高，所得分值<0.402的，无遗传性血管性水肿发作风险。2.与权利要求1所述标志物配套的检测试剂或试剂盒，其特征在于，所述检测试剂或试剂盒包含用于检测肠道中15个菌属细菌的引物和/或探针；其中，15个菌属的定义同权利要求1中所述。3.权利要求1所述标志物在构建遗传性血管性水肿发作风险预测模型中的应用。4.遗传性血管性水肿发作风险预测模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)分别检测遗传性血管性水肿非发作期和发作期患者粪便样本中15个菌属细菌的丰度；(2)将步骤(1)所得丰度数据分为训练集和测试集，输入Xgboost模型，优化参数，用训练集训练，用测...

【专利技术属性】
技术研发人员：支玉香，曹阳，阚浩轩，
申请(专利权)人：中国医学科学院北京协和医院，
类型：发明
国别省市：