DTC预后标志物及其应用、DTC预后评估模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了DTC预后标志物及其应用、DTC预后评估模型的构建方法，属于癌症预后评估技术领域。本发明专利技术可通过检测糖酵解相关基因的表达量预测DTC患者的预后情况，因此，检测糖酵解相关基因表达量的试剂可制备预测DTC预后的试剂或试剂盒，糖酵解相关基因包括ADM，CD44，MKI67，TYMS。本发明专利技术同时提出来筛选上述糖酵解相关基因的方法，并基于所述糖酵解相关基因构建了DTC预后评估系统，实现了分化型甲状腺癌患者预后的风险分层，显著地将高低风险的患者分开，进而可以预测分化型甲状腺癌的临床结果，指导个体化治疗，具有较高的临床应用价值。具有较高的临床应用价值。具有较高的临床应用价值。

【技术实现步骤摘要】
DTC预后标志物及其应用、DTC预后评估模型的构建方法


[0001]本专利技术属于癌症预后评估
，特别涉及DTC预后标志物及其应用、DTC预后评估模型的构建方法。

技术介绍

[0002]甲状腺癌是内分泌系统中最常见的恶性肿瘤之一，在我国发病率呈逐年上升趋势，每年新发病例占全部恶性肿瘤的5％～7％。分化型甲状腺癌是甲状腺癌中恶性程度较低的一种类型，但由于目前缺少敏感性和特异性较高的血清学指标，导致该病早期易出现漏诊和误诊。手术切除联合131放射粒子治疗是目前治疗甲状腺癌的主要方案；但相关研究显示，术后3年内20％～30％的分化型甲状腺癌患者可出现淋巴结转移或远处转移，其1年生存率小于30％。远低于早期被发现复发高风险，且接收规范治疗患者的生存率。
[0003]分化型甲状腺癌(DTC)有许多预后分类系统，以美国癌症联合委员会/国际癌症控制联盟/肿瘤、淋巴结和转移(AJCC/UICC TMN)分期使用最广泛。但随着对DTC疾病特点的认识不断加深，我们意识到对于DTC这类相对缓慢进展、患者存活期长的恶性肿瘤，仅根据初始治疗时的临床病理特征划分风险对预测患者最终临床结局存在局限性，可能的原因包括：
⑴
未考虑DTC的肿瘤组织学亚型导致分层不足[如乳头状甲状腺癌(PTC)的高细胞亚型、柱状细胞弥漫硬化型、实体亚型和滤泡状甲状腺癌(FTC)的广泛浸润型，是生物学侵袭性较高的DTC亚型]；
⑵
部分分化较差、病情进展较快的DTC，在初始阶段可能难以识别，不能做出准确的生物学行为预判；r/>⑶
未考虑治疗的影响，而手术范围、是否行淋巴结清扫、是否行131I治疗及131I亲和力、TSH抑制治疗等都可能使疾病的预后发生变化。这种局限性会导致根据初始风险评估而制定的某种治疗或随访策略，面对不同的病情发展走势，变得不再适用，引发诊疗不足或过度。现有风险分层的实用性受到了挑战。因此需要进一步研究以更好地定义预测复杂临床情况患者的预后风险。
[0004]Warburg效应，也称为有氧糖酵解，是一种现象，其中各种类型的癌细胞的特征是葡萄糖过度转化为乳酸作为其能量底物，而不管氧气水平如何。越来越多的证据表明，在癌症中加速糖酵解影响治疗结果，当与邻近的正常组织(相比大多数癌症表现出的葡萄糖摄取)增加显著。此外，据报道，糖酵解增加可促进血管生成和侵袭性癌症的生长。由糖酵解肿瘤细胞产生的乳酸在抑制抗癌免疫细胞中起关键作用，然后在抗癌治疗后促进肿瘤复发。乳酸在肿瘤微环境(TME)中的大量积累，将细胞外pH值降低至6.0
‑
6.5，阻碍了T细胞的功能和增殖速度。TME中高浓度的乳酸会影响抗肿瘤治疗，这导致抑制糖酵解途径的建议，因此乳酸的产生可能提供一种有效和潜在的策略来增强抗癌药物。
[0005]癌症基因组图谱(The Cancer Genome Atlas，癌症基因图集)通过大规模高通量基因组测序和芯片技术绘制人类肿瘤的基因组图谱，旨在探索肿瘤发生发展的潜在分子机制，提高人类诊断、治疗和预防肿瘤的能力。目前，数据库包括详细的临床数据、基因组突变数据、转录组数据、miRNAs测序数据等。GEO(Gene Expression Omnibus)数据库主要由芯片数据组成，如SNP芯片数据、比较基因组数据、microRNA芯片数据等，此外还包含一些非芯片
数据，如基因表达序列分析数据、核糖体序列标签连续分析数据、质谱数据、蛋白质组学数据和新一代高通量测序数据等。随着人类基因组计划的完成和生物信息学的迅速发展，对这些数据库资源中相关的肿瘤数据进行搜索、处理和分析，就可以找出治疗癌症的关键靶点。
[0006]申请号为202011004518.4的中国专利公开了“骨肉瘤预后标志物及预后评估模型”，是通过识别骨肉瘤预后相关的糖酵解基因，构建骨肉瘤预后模型。该技术在mRNA层面对骨肉瘤的特征进行整合，所以采用组学技术中最常见的mRNA差异表达对甲状腺癌患者进行预后预测是比较可靠的。但该模型设计没有纳入临床信息，需要找到更合理的、便于推动临床分期改变的mRNA构建模型。

技术实现思路

[0007]本专利技术通过生物信息学分析，对DTC的RNA
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deq数据和疾病关联数据进行大规模系统分析探索糖酵解相关基因和DTC复发的规律，阐明与DTC复发相关的糖酵解基因的生物学特性。建立DTC复发预后模型，筛选关键糖酵解相关基因，得出与DTC预后有关的生物靶标，为未来研究阐明DTC的致病机理提供了理论依据，也为今后DTC的诊断治疗及病人预后提供新的思路。
[0008]本专利技术通过Limma算法筛选出在DTC和正常甲状腺组织中差异表达的糖酵解相关基因。Limma是一种R/Bioconductor软件包，为分析基因表达实验数据提供了集成解决方案。Limma涵盖了在基因表达分析的每个主要步骤的功能，从数据导入，预处理，质量评估和标准化，到线性建模，差异表达分析和基因特征分析等。Limma包的核心组件是能够将基因方式的线性模型拟合到基因表达数据，以评估差异表达分析。
[0009]本专利技术中，ssGSEA算法被用于计算DTC患者的糖酵解活性评分。ssGSEA算法计算基因集评分：在分析来自微阵列数据的全基因组转录谱时，一个典型的目标是找到与由特定表型(例如，肿瘤与正常细胞)定义的不同样本类别显着差异相关的基因。这些发现可用于深入了解潜在的生物学机制或对新样本进行分类(预测表型)。基因集富集分析(GSEA)通过评估与特定生物过程、染色体位置或实验结果相关的先验定义的基因集是否在差异列表的顶部或底部富集，从而解决了这个问题。表达的基因按样本类别中基因表达差异的某种度量进行排序。排名指标的例子是分类表型的倍数变化(例如，肿瘤与正常细胞)和Pearson相关性的连续表型(例如，年龄)。富集为基因组成员的协调上调或下调以及某些相应生物过程的激活或抑制提供了证据。GSEA根据数据集中样本集合的表型差异生成基因集的富集分数，而ssGSEA为每个样本和基因集配对计算单独的富集分数，与表型标记无关。通过这种方式，ssGSEA将单个样本的基因表达谱转换为基因集富集谱。基因集的富集分数代表生物过程的活动水平，其中基因集的成员被协调上调或下调。这种转变使研究人员能够根据生物过程和途径的活动水平而不是通过单个基因的表达水平来表征细胞状态。在处理转换后的数据时，目标是找到在感兴趣的表型中具有不同活性的生物过程，并使用这些过程活动的测量来表征表型。因此，这里的好处是ssGSEA投影将数据转换到更高级别(路径而不是基因)空间，表示可以应用分析方法的一组更具生物学可解释性的特征。
[0010]在本专利技术中，LASSO算法被用于筛选出最稳健的基因，并基于COX回归分析，构建了DTC复发预测模型。LASSO
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COX算法构建基因预测复发模型：COX比例风险模型是医学中最流
行的将协变量与生存数据联系起来的方法之一。已有研究表明COX模型至少与神经网络和其他机器学习模型一样好，甚至更好。带有套索惩罚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.DTC预后的生物标志物，其特征在于，包括糖酵解相关基因ADM，CD44，MKI67，TYMS，以及它们的表达产物中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的生物标志物，其特征在于，所述预后是指预测DTC复发。3.检测糖酵解相关基因的表达量或表达产物量的试剂在制备用于预测DTC预后的试剂或试剂盒中的应用，其特征在于，糖酵解相关基因包括ADM，CD44，MKI67，TYMS中的至少一种。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述预后是指预测DTC复发。5.抑制ADM和/或CD44和/或MKI67和/或TYMS基因表达或表达产物的活性的试剂在制备改善DTC预后的药物中的应用。6.ADM和/或CD44和/或MKI67和/或TYMS基因在改善DTC预后中作为药物靶点的应用。7.与DTC预后相关的糖酵解相关基因的筛选方法，其特征在于，包括如下步骤：1)检索数据并处理RNA序列数据：从TCGA公共数据库中确认并下载183例THCA患者的组织样本RNA
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seq数据；从GEO公共数据库中确认并下载包含甲状腺癌相关组织与正常组织信息的GSE28735的表达谱，其中包含了45个肿瘤样本和45个正常甲状腺组织；2)定义致癌糖酵解差异基因集：在GeneCard网站以“glycolysis”为关键词进行检索，下载糖酵解相关基因2538个；在R语言环境下，用edgeR和limma包对TCGA
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THCA队列的表达矩阵进行标准化、数据拟合及差异分析，并以|log2FC|>1，FDR<0.05为标准筛选差异显著的基因；将糖酵解相关基因与log2FC>1，FDR<0.05的上调基因取交集，得到致癌糖酵解差异基因集，包括175个基因；3)探索糖酵解对DTC患者预后的影响：基于上一步定义的致癌糖酵解差异基因集，用GSVA包计算每一个患者的糖酵解评分；Wilcoxon检验被用于比较RFS(+)和RFS(
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)患者之间的糖酵解评分高低；用survival包选取糖酵解评分的最佳截断值，将患者分为高糖酵解评分组和低糖酵解评分组；并用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，常实，吴敏，谭海龙，欧阳登洁，刘绵，陈佩，赵鑫雅，魏波，
申请(专利权)人：中南大学湘雅医院，
类型：发明
国别省市：