CN104152452A - 一种与肝癌相关的血液miRNA标志物及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种与人类肝癌相关的血液miRNA标志物及其应用。该标志物为人类血液中肿瘤源性exosome来源的miRNA-26a和miRNA-199a的组合。本发明首先分离纯化了肝癌患者和肝脏良性疾病患者人群外周血中肿瘤源性exosome，并进行了miRNA芯片分析筛选出了上述两种表达差异的miRNA，并且上述结论经过了QPCR验证。本发明的标志物及其检测试剂可用于制备诊断试剂盒，用于肝癌的早期诊断。

Description

一种与肝癌相关的血液miRNA标志物及其应用

技术领域

本发明属于生物医学领域，具体涉及一种与人类肝癌相关的血液miRNA标志物及其应用；具体涉及人类血液中肿瘤源性的exosome来源的miRNA-26a和miRNA-199a的组合及其在诊断肝癌中的应用。

背景技术

微小RNA(micro RNA，简称miRNA)是一类短序列、非编码、具有调控功能的单链小分子RNA，长约18-24nt。微小RNA来源于长度约为1000bp的长链RNA初始转录产物(Pri-miRNA)，Pri-miRNA分子在细胞核中经Drosha酶剪切形成长度约60-80nt的具有茎环结构的miRNA前体(Pre-miRNA)。miRNA前体转运至胞质后，被进一步加工成miRNA。

微小RNA在动植物细胞中通过对目标mRNA的切割和转录抑制发挥重要作用，参与细胞生长、组织分化和肿瘤形成等多种过程。miRNA在物种间具有高度的保守性、时续性和组织特异性。目前认为miRNA在细胞凋亡、增殖、分化、血管生成及肿瘤形成等方面均具有重要的调节作用，参与人体大约30％的基因调节，与肿瘤、心血管疾病、肝病、免疫紊乱及代谢紊乱等多种发病有关。在上述疾病中，miRNA与肿瘤的关系是很多研究的重点。已经发现若干miRNA通过负调控基因的表达与慢性淋巴细胞性白血病、肺癌、乳腺癌、结肠癌高度相关。miRNA的正调控靶基因现象是最近的发现，具体机制还不明确。有学者提出了“癌microRNA”(OncomiRs)”的观点即认为某些miRNA的异常表达在肿瘤的发生发展过程中充当了类似癌基因的角色。miRNA的表达主要由miRNA基因首先表达为miRNA前体(pri-miRNA)，pri-miRNA经转运出核后，由Dicer酶剪切成为pre-miRNA，pre-miRNA表现为典型的茎环结构，茎部序列不完全互补配对。其茎部序列经剪切后成为成熟体miRNA从而发挥生物学功能。

Exosomes是一种纳米级的小囊泡状结构，存在于血液或其他生物体液中。它形成于众多细胞(包括树突状细胞和肿瘤细胞)的胞吐作用。Exosomes的外膜是由脂质双分子层组成，其成分包含有选择性蛋白、mRNA和miRNA。在Exosomes中包含有大于120种的miRNA，exosome中的miRNA可以影响干细胞变异(let-7)、器官形成(miR-1)、造血作用(miR-181)、肿瘤发生(miR-17、miR-18、miR-19a、miR-20、miR-19b-1、miR-93-1)以及新陈代谢。

肝癌是世界上第五大常见的癌症，也是死亡率排行第三的癌症。80％的肝癌常与慢性乙型肝炎病毒和/或丙型肝炎病毒感染有关。如此高的致死率是因为缺乏敏感而特异的无创性指标来进行早期诊断。由于早期肝癌症状不明显，通常在晚期才得以确诊，那时，由于大多存在癌细胞肝内或/及肝外转移，病人已经丧失了手术切除病灶的机会。目前，肝癌的诊断主要依赖于影像学上发现肝内肿物，包括超声、CT、核磁共振(MRI)等，同时结合血清中的肿瘤标志物如AFP等。但是，这两种方法的敏感性及特异性都不是十分令人满意。因此开发一种高敏感性和特异性的肝癌诊断方法是亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种与人类肝癌相关的血液miRNA标志物，所述标志物是exsome来源的miRNA-26a和miRNA-199a的组合，miRNA-26a的序列信息如SEQ ID NO.1所示；miRNA-199a的序列信息如SEQ IDNO.2所示。使用本发明的miRNA标志物来进行肝癌的早期诊断，灵敏性和特异性均优于现有技术。

本发明还提供了与人类肝癌相关的血液miRNA标志物在制备诊断人类肝癌的试剂盒中的应用，所述标志物是exsome来源的miRNA-26a和miRNA-199a的组合，miRNA-26a的序列信息如SEQ ID NO.1所示；miRNA-199a的序列信息如SEQID NO.2所示。

本发明还提供了上述与人类肝癌相关的血液miRNA标志物的检测试剂。所述试剂包括QPCR实验中使用的反转录引物和/或扩增引物；所述反转录引物为Oligo(dT)特异性的RT引物；对于miRNA-26a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.3所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物；对于miRNA-199a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.4所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物。在本发明的一个具体的实施方案中，所述通用反向引物购自北京旷博生物技术有限公司。

本发明还提供了与人类肝癌相关的血液miRNA标志物的检测试剂在制备诊断人类肝癌的试剂盒中的应用，所述试剂包括QPCR实验中使用的反转录引物和/或扩增引物；所述反转录引物为Oligo(dT)特异性的RT引物；对于miRNA-26a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.3所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物；对于miRNA-199a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.4所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物。在本发明的一个具体的实施方案中，所述通用反向引物购自北京旷博生物技术有限公司。所述诊断试剂盒包含上述引物序列。

本发明还提供了一种诊断人类肝癌的试剂盒，所述试剂盒包含与人类肝癌相关的血液miRNA标志物的检测试剂，所述试剂包括QPCR实验中使用的反转录引物和/或扩增引物；所述反转录引物为Oligo(dT)特异性的RT引物；对于miRNA-26a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.3所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物；对于miRNA-199a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.4所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物。在本发明的一个具体的实施方案中，所述通用反向引物购自北京旷博生物技术有限公司。

优选地，本发明的诊断试剂盒还包含QPCR常用的试剂和酶，所述常用试剂包含PCR反应缓冲液、核糖核酸酶抑制剂、dNTP等；所述酶包含M-MLV逆转录酶、poly A多聚酶。还可以包括标准品和/或对照品。

具体来说，本发明解决技术问题的技术方案包括：

(1)建立统一标准的标本库和数据库，以标准操作程序采集符合标准的血液样本，系统收集完整的人口学资料和临床资料；

(2)血液中肿瘤源性exosome来源的miRNA差异表达谱分析：选择肝癌病例和肝脏良性疾病患者的血液样本，收集肿瘤源性exosome来源的miRNA，进行芯片分析，筛选差异表达的miRNA；

(3)对已筛选的差异表达miRNA在大样本人群中进行定量分析。

上述步骤(3)中的大样本定量分析可以采用RT-PCR、QPCR、Solexa测序技术、Tapman low densityarray(TLDA)芯片检测等来完成。在本发明的具体的实施方案中，采用QPCR进行验证。

采用QPCR进行差异表达miRNA的验证，具体的操作步骤为：

(1)分离纯化血液中肿瘤源性的exosome；

(2)提取样本总RNA；

(3)将步骤(2)获得的RNA逆转录成cDNA；

(3)在荧光实时定量PCR仪上将miRNA和参照基因进行扩增检测；

(4)通过融解曲线分析和电泳确定目的条带，ΔΔCT法进行相对定量。

步骤(1)具体的操作为：

a.全血3000*g离心15min，移去细胞和细胞碎片；

b.取上层液体移入离心管，加入适量exoquick试剂，4℃下反应30min；优选250μl血清中加入63μl exoquick试剂；

c.1500*g离心混合液30min(exosome沉于管下)；

d.吸出上清，离心1500*g 5min吸出所有上清(不能震动离心管)；

e.用250μl PBS溶解全部沉淀，-20℃保存。

步骤(2)的具体实施方法为：

①加入Trizol，室温保存5min；

②加氯仿0.2ml，用力振荡离心管，充分混匀，室温下放置5min-10min；

③12000rpm高速离心15min后吸取上层水相(吸70％)到另一新离心管中,注意不要吸到两层水相之间的蛋白物质。移入新管，加入等体积的-20℃预冷异丙醇，充分颠倒混匀，置于冰上10min；

④12000rpm高速离15min后小心弃掉上清液，按1ml/ml Trizol的比例加入75％DEPC乙醇洗涤沉淀(4℃保存)，洗涤沉淀物，振荡混合，4℃下12000rpm高速离心5min；

⑤弃去乙醇液体，室温下放置5min以充分晾干沉淀，加入DEPC处理过的水溶解沉淀；

⑥用Nanodrop2000紫外分光光度计测量RNA纯度及浓度，冻存于-70℃。

步骤(3)将RNA转录成cDNA可以采用加尾法或茎环法将总RNA中的miRNA反转录成cDNA。

加尾法的实验原理是：在小RNA 3’末端由poly A聚合酶加上一段poly A尾巴，然后用一个3’末端含有一段poly T的长引物将miRNA逆转录成cDNA，所得到的cDNA的长度比较适合进行荧光定量PCR。

茎环法的实验原理是：该方法应用了一个单一的茎环状的引物，避免对目的miRNA进行加尾。反应过程分两步：首先，茎环状引物与目的miRNA分子的3’端结合，引物3’端与miRNA3’端有6个互补配对的核苷酸，然后用逆转录酶将之逆转录成cDNA第一链。其次是PCR反应。cDNA第一链的茎环状结构打开后链的长度增加了，以其为模板即可进行传统的荧光定量PCR。茎环状引物的茎部为双链结构，防止引物与pre-miRNA或其他长链RNA的杂交；茎部的碱基堆积增强了miRNA和DNA异质双链的亲合力，提高了逆转录的效率；且茎环状结构展开后增加了miRNA的长度，为随后进行的PCR反应提供了合适的模板。

在本发明的一个具体的实施方案中，使用加尾法将miRNA反转录成cDNA。具体操作步骤为：将10 pg-1μg的总RNA模板与2μl 10*缓冲液、2μl dATP(10mM)、0.5μl polyA多聚酶、0.5μl核糖核酸酶(RNase)抑制剂和无核糖核酸酶水(RNase free water)混合，体积最后为20μl，37℃孵育1 h。然后反应管中加入1μl 0.5μg/μl Oligo(dT)特异性RT引物，70℃孵育5min后立刻冰上孵育至少2min，打断RNA和引物的二级结构。最后，将上述20μl反应混合物与4μl 5*缓冲液、1μl dNTP(10mM)，0.5μl M-MLV逆转录酶，0.5μl核糖核酸酶(RNase)抑制剂，10μl polyA反应混合液和4μl无核糖核酸酶水(RNase free water)混合，42℃孵育1h。未稀释的cDNA模板保存在-20℃以备用。

步骤(4)的具体实施方法为：采用25μl反应体系，每个样本设置3个平行管，所有扩增反应均重复三次以上以保证结果的可靠性。配制以下反应体系：SYBR Green聚合酶链式反应体系12.5μl，正向引物(5μM/μl)1μl，反向引物(5μM/μl)1μl，模板cDNA 2.0μl，无酶水8.5μl。各项操作均于冰上进行。扩增程序为：95℃10min，(95℃15s，60℃60s)*45个循环。以SYBR Green作为荧光标记物，在Light Cycler荧光实时定量PCR仪上进行PCR反应。扩增miRNA-26a的正向引物序列如SEQ ID NO.3所示，反向引物为通用反向引物(购自北京旷博生物技术有限公司)；扩增miRNA-199a的正向引物序列如SEQ IDNO.4所示，反向引物为通用反向引物(购自北京旷博生物技术有限公司)。以snRNA U6作为参照基因，其上游引物序列为SEQ ID NO.5所示，下游引物序列为SEQ ID NO.6所示。

本发明的优点和有益效果如下：

(1)血液中肿瘤源性exosome来源的miRNAs是一种新型生物标志物，区别于传统生物标志物，不仅稳定、微创、易于检测，且定量精确，将大大提高疾病诊断的敏感性和特异性，该类小分子RNA生物标志物的成功开发有助于肝癌的辅助诊断，为其他疾病生物标志物的研制提供借鉴。

(2)通过检测血液中肿瘤源性exosome来源的miRNAs的表达来诊断人类肝癌是否发生的试剂盒是一种系统、全面的诊断和监测试剂盒，可用于肝癌患者的辅助诊断，有助于反映肝癌患者的疾病状态，为临床医生快速准确掌握患者病情、及时采取更具个性化的防治方案提供支持。

(3)采用严密的设计和评价体系，本发明人初期采用miRNA芯片对miRNAs进行分析，且应用qRT-PCR的方法在大样本中进行了验证；以上方法和策略的应用加速和保证了血液中肿瘤源性exosome来源的miRNAs生物标志物和诊断试剂盒的应用，也为其他疾病生物标志物的研制提供方法和策略上的借鉴。

附图说明

图1显示利用QPCR验证血液中肿瘤源性exosome来源的miRNA-26a(图1A)和miRNA-199a(图1B)的表达情况；

图2显示exosome来源和血液来源的miRNA-26a和miRNA-199a在肝癌患者、肝硬化和正常人的分布情况，其中A：exosome来源的miRNA-26a；B：血液来源的miRNA-26a；C：exosome来源的miRNA-199a；D：血液来源的miRNA-199a；

图3显示利用ROC曲线分析miRNA-26a和miRNA-199分别在区分肝癌组和正常组时的敏感性和特异性，其中A：miRNA-26a；B：miRNA-199a；

图4显示利用ROC曲线分析miRNA-26a和miRNA-199a组成的miRNA-panel在区分肝癌组和正常组时的敏感性和特异性。

具体的实施方式

下面结合具体的实施例进一步说明本发明，本发明的实施例仅用于解释本发明，并不意味着限制本发明的保护范围。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1 与人类肝癌相关的miRNA的筛选

1.1 样本的收集和样本资料的整理

发明人于2013年1月在北京肿瘤医院收集了大量的肝癌患者和肝脏良性疾病患者的外周血样本(用于研究的样本为同期收集、采样、分装、保存条件均一)，通过对样本资料的整理，发明人从中选择了20例符合同医院、尽量同科室随机收集的肝癌病人血浆(乙肝-肝硬化-肝癌)和20例同医院与实验组同一时期随机收集的肝脏良性疾病患者的血浆，尽量避免采取有肝癌家族史人的血浆的样本进行miRNA芯片的检测。

1.2 miRNA芯片检测

1.2.1 exosome的分离与纯化

(1)全血3000*g离心15min，移去细胞和细胞碎片；

(2)取上层液体移入离心管，加入适量Exoquick试剂，4℃下反应30min；优选250μl血清中加入63μl Exoquick试剂；

(3)1500*g离心混合液30min(exosome沉于管下)；

(4)吸出上清，离心1500*g 5min吸出所有上清(不能震动离心管)；

(5)用250μl PBS溶解全部沉淀，-20℃保存。

1.2.2 总RNA的提取

①加入Trizol，室温保存5min；

②加氯仿0.2ml，用力振荡离心管，充分混匀，室温下放置5min-10min；

③12000rpm高速离心15min后吸取上层水相(吸70％)到另一新离心管中,注意不要吸到两层水相之间的蛋白物质。移入新管，加入等体积的-20℃预冷异丙醇，充分颠倒混匀，置于冰上10min；

④12000rpm高速离15min后小心弃掉上清液，按1ml/ml Trizol的比例加入75％DEPC乙醇洗涤沉淀(4℃保存)，洗涤沉淀物，振荡混合，4℃下12000rpm高速离心5min；

⑤弃去乙醇液体，室温下放置5min以充分晾干沉淀，加入DEPC处理过的水溶解沉淀；

⑥用Nanodrop2000紫外分光光度计测量RNA纯度及浓度，冻存于-70℃。

1.2.3 miRNA芯片操作

miRNA芯片购自ABI公司，按照说明书的指示进行miRNA表达谱的检测。

1.2.4 结果

根据miRNA芯片的检测结果，发现肝癌患者肿瘤源性的exosome来源的miRNA-26a、miRNA-29c、miRNA-199a的表达高于肝脏良性疾病患者，其中以miRNA-26a、miRNA-29c差异最为明显。

实施例2 QPCR验证差异表达的miRNA

根据miRNA芯片的检测结果，选择miRNA-26a和miRNA-199a进行大样本QPCR验证。按照实施例1中的样本收集和样本资料的整理的方式选择肝癌组和肝脏良性疾病组各100例样本。

2.1 RNA提取过程同实施例1。

2.2逆转录：将10 pg-1μg的总RNA模板与2μl 10*缓冲液、2μl dATP(10mM)、0.5μl polyA多聚酶、0.5μl核糖核酸酶(RNase)抑制剂和无核糖核酸酶水(RNase free water)混合，体积最后为20μl，37℃孵育1 h。然后反应管中加入1μl 0.5μg/μl Oligo(dT)特异性RT引物，70℃孵育5min后立刻冰上孵育至少2min，打断RNA和引物的二级结构。最后，将上述20μl反应混合物与4μl 5*缓冲液、1μl dNTP(10mM)，0.5μl M-MLV逆转录酶，0.5μl核糖核酸酶(RNase)抑制剂，10μl polyA反应混合液和4μl无核糖核酸酶水(RNase free water)混合，42℃孵育1h。

2.3QPCR反应：采用25μl反应体系，每个样本设置3个平行管，所有扩增反应均重复三次以上以保证结果的可靠性。配制以下反应体系：SYBR Green聚合酶链式反应体系12.5μl，正向引物(5μM/μl)1μl，反向引物(5μM/μl)1μl，模板cDNA 2.0μl，无酶水8.5μl。各项操作均于冰上进行。扩增程序为：95℃10min，(95℃15s，60℃60s)*45个循环。以SYBR Green作为荧光标记物，在Light Cycler荧光实时定量PCR仪上进行PCR反应。扩增miRNA-26a的正向引物序列如SEQ ID NO.3所示，反向引物为通用反向引物(购自北京旷博生物技术有限公司)；扩增miRNA-199a的正向引物序列如SEQ ID NO.4所示，反向引物为通用反向引物(购自北京旷博生物技术有限公司)。以snRNA U6作为参照基因，其上游引物序列为SEQ ID NO.5所示；下游引物序列为SEQ ID NO.6所示。通过融解曲线分析和电泳确定目的条带，ΔΔCT法进行相对定量，结果如图1所示，与肝脏良性疾病患者相比，miRNA-26a(图1A)和miRNA-199a(图1B)在肝癌患者血液中的含量低，同RNA-sep结果一致。

实施例3 分析miRNA对肝癌发病的诊断

以exosome来源的miRNA-26a、miRNA-199a为研究对象，并与血浆游离的miRNA在对照组和肝癌组敏感性和特异性上作比较。以肝癌病人为实验组、肝硬化病人和正常人作为对照组，首先利用exoquic试剂来提取血浆中的exosome(步骤同实施例1)。选用40例肝癌血浆样本、20例肝硬化病人和20例正常人血浆样本进行miRNA-26a QPCR实验，求得各标本CT值，利用样本miRNA-26a CT值比U6 CT值做散点图(图2A和图2B)，实验证明exosome组聚集性比血浆组好，exosome组实验结果和之前肝癌组织与癌旁组织miRNA-26a表达趋势相同，而血浆组不明显，exosome组肝癌病人血浆与正常人血浆中的miRNA-26a有统计学差异，利用ROC曲线分析显示，miRNA-26a在区分肝癌组和正常组时，其AUC值是0.8537，最佳临界点时的敏感性为81％、特异性为61.45％(图3A)，而血浆组肝癌病人血浆和肝硬化病人血浆组无统计学差异。而实验结果显示exosome中miRNA作为潜在的诊断标志物的灵敏性和特异性都好于血浆组，之后使用同样的方法测得了miRNA-199a的表达情况，exosome中miRNA-199a在肝癌病人血浆和肝硬化病人血浆中有统计学差异(图2C和图2D)，利用ROC曲线分析显示，miRNA-199a在区分肝癌组和正常组时，其AUC值为0.7853，最佳临界点时的敏感性为65％、特异性为63％(图3B)。基于单个miRNA特异性较差，我们把两种miRNA联合作为一个miRNA panle，利用spss软件做逐步回归分析利用两种miRNA以诊断肝细胞性肝癌：以logit(p＝HCC)＝4.117*miRNA-26a-0.51*miRNA-199a-3.259制作ROC曲线图。并计算得利用miRNA-panle区分肝癌组和正常组时，其AUC值为0.9785，最佳临界点时的敏感性为81.5％、特异性为70％(图4)，可见miRNA-26a和miRNA-199a联合使用诊断肝癌的敏感性和特异性均高于单独使用其中任何一种miRNA。

上述实施例的说明只是用于理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也将落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种与人类肝癌相关的血液miRNA标志物，其特征在于，所述miRNA标志物是exosome来源的miRNA-26a和miRNA-199a的组合，所述miRNA-26a的序列信息如SEQ ID NO.1所示；所述miRNA-199a的序列信息如SEQ ID NO.2所示。

2.权利要求1所述的miRNA标志物的检测试剂，其特征在于，所述试剂包括QPCR实验中使用的反转录引物和/或扩增引物；所述反转录引物为Oligo(dT)特异性的RT引物；对于miRNA-26a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQID NO.3所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物；对于miRNA-199a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.4所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物。

3.权利要求1所述的miRNA标志物在制备人类肝癌诊断试剂盒中的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述试剂盒包含权利要求2所述的试剂。

5.权利要求2所述的试剂在制备人类肝癌诊断试剂盒中的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述试剂盒包含权利要求2所述的试剂。

7.一种人类肝癌诊断试剂盒，其特征在于，所述诊断试剂盒包含权利要求2所述的试剂。

8.根据权利要求7所述的诊断试剂盒，其特征在于，所述诊断试剂盒还包含PCR反应常用的试剂和酶。

9.一种检测权利要求1所述的miRNA标志物的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)分离纯化血液中肿瘤源性的exosome；

(2)提取样本总RNA；

(3)将步骤(2)获得的RNA逆转录成cDNA；

(4)在荧光实时定量PCR仪上将步骤(3)获得的cDNA和参照基因进行扩增检测；

(5)通过融解曲线分析和电泳确定目的条带，ΔΔCT法进行相对定量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述RNA逆转录成cDNA使用的引物序列为Oligo(dT)特异性的RT引物；对于miRNA-26a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.3所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物；对于miRNA-199a来说，所述扩增引物的上游引物序列如SEQ ID NO.4所示，所述扩增引物的下游引物为通用反向引物。