本公開(kāi)提供了對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的方法，其涉及基于患者的癌癥組織樣本和癌旁組織樣本的基因組中甲基化差異預(yù)測(cè)患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)和/或存活。本公開(kāi)還提供了用于對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的系統(tǒng)和設(shè)備。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本公開(kāi)一般涉及生物檢測(cè)和診斷領(lǐng)域。具體而言，本公開(kāi)涉及基于患者的癌癥組織樣本和癌旁組織樣本的基因組中甲基化差異對(duì)患者進(jìn)行預(yù)后的方法。本公開(kāi)還涉及用于對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的系統(tǒng)和設(shè)備。
技術(shù)介紹
0、技術(shù)背景
1、在全球范圍內(nèi)，癌癥是導(dǎo)致死亡和疾病負(fù)擔(dān)的主要原因之一。癌癥預(yù)后是對(duì)個(gè)體當(dāng)前醫(yī)療狀況可能的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)，其是改善患者診斷和治療管理的重要工具。準(zhǔn)確的預(yù)后對(duì)于選擇正確的癌癥治療方法和預(yù)測(cè)生存率至關(guān)重要。目前臨床上主要根據(jù)腫瘤的臨床分期及病理分析，并輔助一些相關(guān)分子學(xué)特征(如免疫組化，dna突變，mrna或microrna表達(dá)量等)對(duì)患者的預(yù)后進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)。但上述的分子評(píng)估方法尚存在很大局限性，一方面，如乳腺癌中21基因類的分子標(biāo)志物可對(duì)患者術(shù)后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)做出精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，為乳腺癌患者帶來(lái)顯著的臨床獲益，并由此進(jìn)入乳腺癌的診療指南；另一方面，具有高準(zhǔn)確性和臨床應(yīng)用效能的分子標(biāo)志物還非常匱乏，絕大多數(shù)的癌種在臨床上仍然需要對(duì)患者進(jìn)行頻繁的影像學(xué)隨訪來(lái)進(jìn)行病程監(jiān)控，對(duì)患者會(huì)造成一定的負(fù)擔(dān)，并且對(duì)腫瘤進(jìn)展的發(fā)現(xiàn)可能存在滯后。因此，能夠獨(dú)立于病理分期和其他臨床因素，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)患者預(yù)后的分子標(biāo)志物具有巨大的臨床需求。
2、在許多研究中，已經(jīng)證明了dna甲基化變異與癌癥的發(fā)生密切相關(guān)，而且相比于基因突變，dna甲基化的變異具有覆蓋區(qū)域更廣，穩(wěn)定性更高，發(fā)生時(shí)間更早等特點(diǎn)，因此更適合用于癌變的早期檢測(cè)。然而，使用dna甲基化變異對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后預(yù)測(cè)的方法和策略還非常缺乏。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路</p>1、“區(qū)域癌變”的理論認(rèn)為，正常組織在某種機(jī)制的作用下，會(huì)逐漸從分子層面上開(kāi)始開(kāi)始癌變的進(jìn)程，這一變化首先會(huì)出現(xiàn)在dna上。基于“區(qū)域癌變”的理論，本專利技術(shù)人設(shè)計(jì)了一種全新的利用dna甲基化檢測(cè)技術(shù)來(lái)預(yù)測(cè)癌癥患者預(yù)后復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)——癌旁組織惡性占比(malignancy?density?ratio，簡(jiǎn)稱md?ratio)評(píng)估系統(tǒng)。
2、md?ratio評(píng)估系統(tǒng)基于以下理論，即患者體內(nèi)的正常組織正處于從正常細(xì)胞向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，通過(guò)甲基化變異的檢測(cè)，評(píng)估癌變的進(jìn)程，從而對(duì)患者腫瘤復(fù)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)作出預(yù)測(cè)。相比于傳統(tǒng)檢測(cè)，md?ratio評(píng)估系統(tǒng)僅僅通過(guò)對(duì)來(lái)自患者的組織樣本進(jìn)行檢測(cè)來(lái)預(yù)測(cè)患者的復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，從而能夠更好地對(duì)患者進(jìn)行預(yù)后管理，避免了術(shù)后頻繁的隨訪，具有簡(jiǎn)便、高效、個(gè)性化的特征，因此在預(yù)后管理中具備更好的應(yīng)用前景。并且，在真實(shí)樣本的分析中，該系統(tǒng)比突變檢測(cè)預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)具有更高的準(zhǔn)確性。
3、相應(yīng)地，在一方面，本公開(kāi)涉及一種對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的方法，所述方法包括：
4、a.通過(guò)高通量測(cè)序檢測(cè)來(lái)自所述患者的癌癥組織和癌旁組織的基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的甲基化水平；
5、b.確定所述甲基化水平在所述癌癥組織和所述癌旁組織之間的差異；和
6、c.使用所述甲基化水平的差異信息，通過(guò)數(shù)學(xué)建模的方法對(duì)所述患者進(jìn)行預(yù)后，
7、其中所述甲基化水平在所述癌癥組織和所述癌旁組織之間的差異越小，指示所述患者的預(yù)后越差。
8、在一些實(shí)施方案中，所述方法包括：
9、a.通過(guò)高通量測(cè)序檢測(cè)來(lái)自所述患者的癌癥組織和癌旁組織的基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中的甲基化水平；
10、b.確定所述癌癥組織和癌旁組織中的差異甲基化區(qū)塊(dmb)，包括：
11、b1.對(duì)于檢測(cè)的區(qū)域內(nèi)的每個(gè)cpg位點(diǎn)，將覆蓋該位點(diǎn)的讀段中發(fā)生甲基化的個(gè)數(shù)記為m，未發(fā)生甲基化的個(gè)數(shù)記為u；
12、b2.將相鄰的cpg位點(diǎn)進(jìn)行組合并定義為甲基化區(qū)塊(mb)；將患者的第i個(gè)
13、mb中所有cpg位點(diǎn)上的m相加，記為mi；所有u相加，記為ui；總覆蓋為
14、ni＝mi+ui，甲基化水平為βi＝mi/ni；
15、b3.對(duì)于第i個(gè)mb，將癌癥組織中的甲基化水平記為βi(t)＝mi(t)/ni(t)，將癌旁組織中甲基化水平記為βi(a)＝mi(a)/ni(a)，其中將βi(t)值和βi(a)值存在顯著差異的mb確定為dmb；
16、c.對(duì)所述患者進(jìn)行預(yù)后，包括：
17、c1.引入指示所述患者的癌旁組織和癌癥組織的甲基化水平的相似程度的參數(shù)α并通過(guò)以下算法計(jì)算患者的α值：
18、
19、其中0＜α＜1且α取值越大指示所述相似程度越高，其中·(·),g(·),h(·)分別表示癌旁組織的甲基化水平的條件分布，癌癥組織的甲基化水平的先驗(yàn)分布和基線甲基化水平的先驗(yàn)分布，表示先驗(yàn)分布的參數(shù)族；
20、c2.在0＜α＜1的范圍內(nèi)使用極大似然估計(jì)算法計(jì)算參數(shù)估計(jì)并通過(guò)fisher信息矩陣計(jì)算參數(shù)估計(jì)的方差
21、
22、c3.計(jì)算每一位患者癌旁組織零假設(shè)α＝0的p值，
23、其中，p值越小指示所患者的預(yù)后越差。
24、在一些實(shí)施方案中，在步驟b2中將相鄰的cpg位點(diǎn)進(jìn)行組合可以是例如將距離小于50bp、距離小于100bp、距離小于150bp、距離小于200bp、距離小于250bp、距離小于300bp、距離小于350bp、距離小于400bp、距離小于450bp或距離小于500bp的cpg位點(diǎn)進(jìn)行組合。在一些實(shí)施方案中，在步驟b2中將距離小于50bp或距離小于100bp的cpg位點(diǎn)進(jìn)行組合。
25、在一些實(shí)施方案中，在步驟b3中將βi(t)值和βi(a)值存在顯著差異的mb確定為dmb可以是例如將|βi(t)-βi(a)|>σ，且的mb確定為dmb，其中σ為0.05至1之間的值且τ為大于0.1的值。在一些實(shí)施方案中，σ＝0.1且τ＝0.4。
26、在上述方法的一些實(shí)施方案中，在步驟c1中通過(guò)以下算法計(jì)算所述患者的α值：
27、
28、其中，l(α)為觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)似然函數(shù)，pi(0),qi(0)為第i個(gè)mb的基線甲基化水平所服從的beta-binomial分布(pi(0),qi(0))中的形狀參數(shù)。
29、在一些實(shí)施方案中，所述基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域是在所述癌癥患者的群體中存在甲基化變異的基因組的區(qū)域。例如，可以通過(guò)公共數(shù)據(jù)庫(kù)獲得在具體癌癥種類的患者群體中，已知存在甲基化變異的基因組的區(qū)域，并用于本公開(kāi)的檢測(cè)方法。例如，可以從這些公共數(shù)據(jù)庫(kù)下載各種癌癥患者群體中的癌癥組織及癌旁樣本的甲基化芯片數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)確定與每種癌癥的發(fā)生密切相關(guān)的甲基化特征區(qū)域。可以利用例如參數(shù)檢驗(yàn)法(如t檢驗(yàn)，線性回歸等)、非參數(shù)檢驗(yàn)法(如wilcoxon秩和檢驗(yàn)等)進(jìn)行確定。上述公共數(shù)據(jù)庫(kù)例如tcga(the?cancer?genome?atlas)數(shù)據(jù)庫(kù)和geo(gene?expression?omnibus)數(shù)據(jù)庫(kù)。
30、在一些實(shí)施方案中，所述基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域覆蓋至少0.3m(兆堿基)的區(qū)域，例如至少0.3m、0.4m、至少0.5m、至少0.6m、至少0.7m、至少0.8m、至本文檔來(lái)自技高網(wǎng)
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【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種對(duì)癌癥患者的預(yù)后進(jìn)行預(yù)測(cè)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括：
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中可選地包含如下任意一個(gè)或多個(gè)特征：
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述癌癥選自肺癌、結(jié)直腸癌、肝癌、卵巢癌、胰腺癌、膽囊癌、胃癌和食管癌；優(yōu)選的，其中所述癌癥是肺癌，例如非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)；優(yōu)選的，其中所述基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域包括選自表1中所列的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域；優(yōu)選的，其中所述癌癥組織和癌旁組織是從所述患者手術(shù)切除的組織。
5.如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，還包括：
6.差異甲基化區(qū)域篩選的方法，其包括：
7.一種用于對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述預(yù)后分析模塊配置為通過(guò)以下方法對(duì)所述患者進(jìn)行預(yù)后：
9.一種用于對(duì)癌癥患者進(jìn)行預(yù)后的設(shè)備，其包括：
10.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序指令，其中當(dāng)所述計(jì)算機(jī)程序指令被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法。
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【技術(shù)特征摘要】
1.一種對(duì)癌癥患者的預(yù)后進(jìn)行預(yù)測(cè)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括：
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括：
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中可選地包含如下任意一個(gè)或多個(gè)特征：
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述癌癥選自肺癌、結(jié)直腸癌、肝癌、卵巢癌、胰腺癌、膽囊癌、胃癌和食管癌；優(yōu)選的，其中所述癌癥是肺癌，例如非小細(xì)胞肺癌(nsclc)；優(yōu)選的，其中所述基因組的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域包括選自表1中所列的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域；優(yōu)選的，其中所述癌癥組織和癌旁組織是從所述患者手術(shù)切...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王晨陽(yáng)，林靜，李冰思，揣少坤，張之宏，漢雨生，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：廣州燃石醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)所有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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