CN105567822B - 一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组和试剂盒 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组和试剂盒。本发明的引物组包括用于进行肺癌易感SNP的PCR扩增反应的正向引物序列、反向引物序列,以及用于进行单碱基延伸反应的特异性延伸引物序列。本发明的试剂盒包含上述引物组。本发明针对中国人群肺癌的易感位点,结合可乘性风险评估模型,可以有效预测肺癌发病风险。
Description
技术领域
本发明涉及癌症风险预测技术领域,尤其涉及一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组和试剂盒。
背景技术
根据中国肿瘤防治研究办公室和全国肿瘤登记中心发布的2013年肿瘤登记工作总结,2010年我国登记地区恶性肿瘤病例高达315.7万,累积发病率为21.51%,累积死亡率为13.49%,成为我国居民的第二大死因。其中肺癌的累积发病率在所有癌症中排第一位,高达3.7%,死亡率更是远高于其它癌症,是我国癌症第一杀手。
吸烟与肺癌的发生有显著相关性,12.56%的死亡因素可归结于吸烟。肺癌的发生通常是一个缓慢的过程,除了吸烟等环境因素外还有癌症基因变异、携带肿瘤风险基因等遗传因素,是基因与环境共同作用的结果。
通过基因检测和遗传咨询,可以预测一些肿瘤的发病风险,了解到风险基因是否会遗传给下一代,还可以结合肿瘤预防手段管理个体健康。当前,我国的基因检测和遗传咨询还处于发展初期,早期的疾病预防往往被忽视,更多的人是在发病中期甚至是晚期才觉察到。肺癌作为“难治”的肿瘤,更应该注重预防和早期筛查。通过基因检测,预测肺癌发病风险,从而实现早知道、早预防。
当前的肺癌风险预测基因检测,大多基于高加索人的遗传特征。由于遗传的异质性、基因多效性等,例如肿瘤易感位点、易感位点突变频率、肿瘤发病率在不同的种群中会有不同程度的差异,特别的,来源于全基因组关联分析研究(GWAS)的肿瘤易感位点对种群的要求更是严格,这些因素促使肿瘤风险预测基因检测需要根据中国人群的遗传特征进行优化。
发明内容
本发明提供一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组和试剂盒,针对中国人群肺癌的易感位点,结合可乘性风险评估模型,可以有效预测肺癌发病风险。
根据本发明的第一方面,本发明提供一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组,包括用于进行肺癌易感SNP的PCR扩增反应的正向引物序列SEQ ID NO:1-22、反向引物序列SEQ ID NO:23-44,以及用于进行单碱基延伸反应的特异性延伸引物序列SEQ ID NO:45-66。
根据本发明的第二方面,本发明提供一种用于肺癌风险预测的基因检测试剂盒,包括第一方面的引物组,即包括用于进行肺癌易感SNP的PCR扩增反应的正向引物序列SEQID NO:1-22、反向引物序列SEQ ID NO:23-44,以及用于进行单碱基延伸反应的特异性延伸引物序列SEQ ID NO:45-66。
作为本发明的进一步改进的方案,上述试剂盒还包括用于进行PCR扩增反应的其它组分。
作为本发明的优选方案,上述用于进行PCR扩增反应的其它组分包括PCR缓冲液、镁离子、dNTP混合物、DNA聚合酶和水中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进的方案,上述试剂盒还包括用于对PCR产物进行处理的碱性磷酸酶。
作为本发明的优选方案,上述碱性磷酸酶是虾碱性磷酸酶。
作为本发明的进一步改进的方案,上述试剂盒还包括用于进行单碱基延伸反应的其它组分。
作为本发明的优选方案,上述用于进行单碱基延伸反应的其它组分包括延伸反应缓冲液(iPLEX缓冲液,iPLEX Buffer plus)、反应终止子(iPLEX终止子,iPLEXterminator)和反应用酶(iPLEX酶,iPLEX enzyme)中的一种或多种。
作为本发明的进一步改进的方案,上述试剂盒还包括用于对上述单碱基延伸反应的产物进行纯化的树脂。
作为本发明的进一步改进的方案,上述试剂盒还包括用于接受上述纯化后的产物点样的芯片。
现有的肿瘤风险预测通常使用高加索人群数据,不同群体的遗传差异会导致预测效果大打折扣。本发明针对中国人群肺癌的易感位点,结合可乘性风险评估模型,可以有效预测肺癌发病风险。
附图说明
图1为本发明一个实施例的肺癌风险预测模型AUC曲线图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明使用全基因组关联分析研究(GWAS)中针对中国人群的肿瘤易感位点,筛选出可以有效预测肺癌发病风险的22个单核苷酸多态性位点(SNP);根据这些SNP,设计相应的用于PCR扩增反应和单碱基延伸反应的引物组;采集受检者的唾液或者血液样本提取出DNA;通过飞行时间质谱(TOF-MS)技术,准确检测出肺癌易感SNP的基因型。最终通过基因分型结果,使用可乘性风险模型(multiplicative risk model),分析受检者肺癌发病风险,进而可以根据预测结果,制定科学有效的个体健康管理计划,降低高风险因素带来的影响。
发明人已经证明,采用本发明的引物组进行中国人的肺癌风险预测效果优异,表现在其模型AUC结果良好,目前还没有能够实现这么优异的效果的肺癌风险预测技术。
在本发明的一个实施例中,通过筛选全基因组关联分析研究(GWAS)中的肺癌易感位点,检测这些单核苷酸多态性(SNP)的基因型,结合数学分析模型,预测肺癌的发病风险。步骤概括如下:
1.筛选GWAS研究中的肿瘤易感位点
在美国国家生物信息中心(NCBI)的文献检测系统(pubMed)上搜索基于中国人群的GWAS研究中的肺癌易感位点,同时检索GWAS Catalog提供的数据库,筛选出GWAS研究中阳性样本量超过750例、校正后的P值<0.01、在大规模病例对照组研究中得到验证的易感位点,并要求这些位点在中国人群中频率不低于0.05,如果SNPs之间的连锁不平衡系数r2>0.8,则选取比值比(OR)最大的SNP。
筛选后得到的肺癌易感位点,如表1所示。
表1
2.使用商业试剂盒提取人唾液中基因组DNA
使用Hipure Blood DNA Mini Kits(Magen,D3111)或类似产品,提取唾液或血液中的DNA。用分光光度计定量,琼脂糖凝胶电泳质检,基因组DNA电泳条带通常不小于20kb。将质检合格的DNA浓度调整到30-50ng/μL,转移至384孔板,-20℃储存备用。
3.使用飞行时间质谱(TOF-MS)技术基因分型
检测过程结合多重PCR技术、MassARRAY iPLEX单碱基延伸技术和基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱分析质谱技术(matrix-assisted laser desorption/ionization–time of flight,MALDI-TOF)进行分型检测。将包含SNP位点区域的DNA模板通过PCR技术扩增,再使用特异的延伸引物与PCR产物进行单碱基延伸反应。由于多态性位点碱基不同,延伸产物不同的末端碱基将导致延伸后的产物分子量的差异,因此由SNP多态性引起的碱基差异通过分子量的差异而体现,通过基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱分析质谱技术,检测延伸产物分子量的大小,应用专用的分析软件,通过判断分子量的差异而进行SNP分型检测。详细过程包括步骤4~10。
4.引物设计及合成
设计并合成待测SNP位点的PCR扩增引物及单碱基延伸引物。SNP位点及对应的PCR扩增引物和延伸引物序列见表2。
表2
5.PCR扩增
采用多重PCR技术,在384孔板中进行,每个反应体系总体积为5μL。
(1)在一个新的1.5ml EP管中配制PCR预混合液(PCR master mix)溶液,如表3所示。
表3
(2)使用24通道加样器,调节加样体积为4μL,在384孔板的每个加样孔中加入PCR预混合液。该384孔板即为PCR反应板。
(3)取出已经制备好的DNA样品384孔板,使用24通道加样器,调节模板加样体积为1μL,每个5μL PCR反应体系中包含模板DNA 20-50ng,Hotstar Taq 0.5U,每条扩增引物0.5pmol,0.1μL的25mM dNTPs。
(4)在兼容384孔板的PCR仪上设定PCR反应条件为:94℃4分钟;94℃20秒,56℃30秒,72℃1分钟,45个循环;72℃3分钟;4℃保持。将384孔PCR反应板放置于PCR仪上,启动PCR反应。
6.PCR产物碱性磷酸酶处理
在PCR反应结束后,将PCR产物用SAP(shrimp alkaline phosphatase,虾碱性磷酸酶)处理,以去除体系中游离的dNTPs。
(1)配制碱性磷酸酶处理反应液(SAP Mix),如表4所示。
表4
SAP Mix组分 | 对每个反应(μL) |
水 | 1.53 |
SAP缓冲液(10x) | 0.17 |
SAP酶(1.7U/μL) | 0.3 |
总体积 | 2 |
(2)使用24通道加样器,调节加样体积为2μL,将SAP Mix加入384孔PCR反应板。对于每个碱性磷酸酶处理反应孔,反应体系总体积为7μL,其中PCR产物5μL,SAP混合液2μL(0.5U)。
(3)将384孔板放置在兼容384孔板的PCR仪上,设定反应条件:37℃40分钟;85℃5分钟;4℃维持,启动PCR仪进行碱性磷酸酶处理。
7.单碱基延伸反应
(1)在碱性磷酸酶处理结束后,进行单碱基延伸反应,反应体系总体积9μL。
(2)配制单碱基延伸反应液(EXTEND Mix),如表5所示。
表5
(3)使用24通道加样器,调节加样体积为2μL,将EXTEND Mix对应加入384孔反应板。对于每个反应孔,单碱基延伸反应体系包含SAP处理后PCR产物7μL及EXTEND Mix液2μL(其中各延伸反应引物混合物0.94μL,延伸反应用酶(iPLEX酶)0.041μL,延伸反应终止子0.2μL)。
(4)将384孔板放置在兼容384孔板的PCR仪上,设定PCR反应条件如下:
I.94℃30秒;
II.94℃5秒;
III.52℃5秒;
IV.80℃5秒;
V.转到III,再4次;
VI.转到II,再39次;
VII.72℃3分钟;
VIII.4℃维持。
启动PCR仪进行单碱基延伸反应。
8.树脂纯化
(1)将Clean Resin树脂平铺到6mg的树脂板中;
(2)加16μL水到延伸产物的对应孔内;
(3)将干燥后的树脂倒入延伸产物板中,封膜,低速垂直旋转30分钟,使树脂与反应物充分接触;
(4)离心使树脂沉入孔底部。
9.芯片点样
启动MassARRAY Nanodispenser RS1000点样仪,将树脂纯化后的延伸产物移至384孔SpectroCHIP(Sequenom)芯片上。
10.质谱检测
将点样后的SpectroCHIP芯片使用MALDI-TOF(matrix-assisted laserdesorption/ionization–time of fligh,基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱)分析,检测结果使用TYPER 4.0软件(sequenom)分型并输出结果。
11.使用肿瘤易感位点基因型、中国人群中的频率和肿瘤发病率,根据可乘性风险模型(multiplicative risk model),分析肿瘤发病风险。具体过程包括步骤12~16。
12.人群基因型频率
易感位点中国人群中的频率来源于千人(1000genomes)项目。从千人提供的FTP地址(ftp://ftp.ncbi.nih.gov/1000genomes/ftp/release/20130502/)下载个体基因型数据,选取中国汉族人群CHB、CHS共208个样本,计算出每种基因型的比例作为人群基因型频率。
13.肿瘤发病率
肿瘤发病率来源于世界卫生组织下属的国际癌症研究机构公布的2012年全球肿瘤流行病统计数据(GLOBOCAN 2012),选取中国人群对应的肺癌发病率数据。
14.计算单个位点的风险值
肿瘤发病率计为Pr(D),3种基因型分别为G1,G2,G3,不同基因型条件下的发病率为Pr(D|Gm),根据全概率公式
Pr(D)=Pr(D|G1)Pr(G1)+Pr(D|G2)Pr(G2)+Pr(D|G3)Pr(G3) (1)
OR1,OR2,OR3分别对应3种基因型下的比值比(odds ratio),其中OR1为低风险定义为1,OR2为杂合子基因型下的比值比,OR3为高风险下的比值比,GWAS研究中通常使用逻辑可加(logit-additive)模式,则OR3=OR2 2。根据OR定义
联合公式(1)计算出Pr(D|Gm),该基因型下的风险值m
15.计算多位点的风险值
假设各肿瘤易感位点满足哈低温伯格尔平衡(HWE),独立遗传,独立影响肿瘤风险,则多位点下的风险
ORC=∏ORm (5)
16.计算肿瘤发病风险
根据OR定义,个体基因型条件下的肿瘤发病率
比较该发病率和GLOBOCAN 2012发布的肿瘤发病率,即可知道个体肿瘤发病风险高于、等于或者低于正常人群。
17.肺癌风险预测方法评估
肿瘤风险预测的评估一般有临床样本评估及模拟样本评估,后者在效果上基本等同于前者,由于其经济有效,在疾病研究中被采用。具体过程包括步骤18~19。
18.样本模拟
使用肺癌风险位点基因型频率和肺癌中国人群发病率,采用生物信息学技术,随机模拟100000个体的基因型;根据GWAS研究中的肺癌风险值OR,采用公式1~6,计算每个个体肿瘤发病风险;模拟0-1之间的随机数,如果个体肿瘤发病风险高于随机数则患病,否则不患病。
19.计算AUC
AUC(受试者工作特征曲线ROC下面积)常用于评估模型的性能。根据模拟样本基因型和公式1~6,计算出个体肿瘤发病风险,并根据个体表型计算AUC。该步骤采用R语言的PredictABEL包完成,结果见图1。AUC结果0.693(0.686-0.7),可以较好的表现预测效果。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于肺癌风险预测的基因检测引物组,其特征在于,包括用于进行肺癌易感SNP的PCR扩增反应的正向引物序列SEQ ID NO:1-22、反向引物序列SEQ ID NO:23-44,以及用于进行单碱基延伸反应的特异性延伸引物序列SEQ ID NO:45-66。
2.一种用于肺癌风险预测的基因检测试剂盒,其特征在于,包括权利要求1所述的引物组。
3.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,还包括用于进行PCR扩增反应的其它组分。
4.根据权利要求3所述的试剂盒,其特征在于,所述用于进行PCR扩增反应的其它组分包括PCR缓冲液、镁离子、dNTP混合物、DNA聚合酶和水中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,还包括用于对PCR产物进行处理的碱性磷酸酶。
6.根据权利要求5所述的试剂盒,其特征在于,所述碱性磷酸酶是虾碱性磷酸酶。
7.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,还包括用于进行单碱基延伸反应的其它组分。
8.根据权利要求7所述的试剂盒,其特征在于,所述用于进行单碱基延伸反应的其它组分包括延伸反应缓冲液和反应用酶中的一种或多种。
9.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,还包括用于对单碱基延伸反应的产物进行纯化的树脂。
10.根据权利要求9所述的试剂盒,其特征在于,还包括用于接受纯化后的产物点样的芯片。
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