CN106119402A - 一种脓毒症的分子诊断标志物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脓毒症的分子诊断标志物，具体地该诊断标志物为CYB561A3，CYB561A3在脓毒症患者中表达下调。本发明提供了一种诊断脓毒症的产品，使得脓毒症的早期诊断成为可能，降低因诊断不及时而导致的高死亡率，节约医疗资源。

Description

一种脓毒症的分子诊断标志物

技术领域

本发明属于生物医药领域，涉及一种脓毒症的分子诊断标志物，具体地该分子标志物为CYB561A3。

背景技术

脓毒症是一种感染导致的严重全身性炎症反应为特征的医学状况，在严重的创伤、烧伤、各种休克、大型手术术后等情况下多见，进一步的发展就可能导致感染性休克和多器官功能障碍(MODS)，脓毒症是目前重症监护病房(ICU)患者的主要死亡原因。约28.3％至41％脓毒症患者因多器官功能衰竭进而死亡。脓毒症的相关病理机制被认为错综复杂，免疫促进和抑制在脓毒症中矛盾存在，并与病情发展同步，呈现出相应的变化。

机体内病源微生物入侵后，出现炎症性因子的瀑布式释放，免疫能力亢进，机体内由于相关炎症性反应过于强大进而引发免疫源性伤害；而同时机体的相关免疫源性的病例伤害也被过于强大的相关炎症性反应所引发；同期，脓毒症病例的机体内环境发生变化，以淋巴细胞为代表的大量免疫细胞出现凋亡，机体免疫能力的抑制逐渐发展。免疫的相关调控在脓毒症的病理过程中起着关键的作用。脓毒症的临床表现以全身性的炎症性反应(SIRS)初始，随后进展为伴随有MODS的严重脓毒症，进而导致伴有持续性低血压的脓毒性休克。此外，由于最初的炎症反应也可以由非感染性因素，如烧伤、创伤和急性胰腺炎等，脓毒症可能被误诊为SIRS。因此，迫切需要开发出用于诊断脓毒症更精准的生物标志物。

目前发现的生物学标记已经有很多，包括脓毒症疾病过程中各个环节的生物学标记物，如凝血，炎症等，包括C反应蛋白，降钙素原等，部分已经应用于临床。另外还有目前临床常用的评分系统，如APACHE II评分和SOFA评分。但是目前应用的这几种标记物，敏感性和特异性均不理想，而评分系统可以用来评估脓毒症患者的预后和病情的严重程度，却不能用于脓毒症的诊断，且不能用作脓毒症治疗的潜在靶点，新的可以用来预测脓毒症预后的生物学标记物和治疗靶点亟待发现。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明的目的之一，提供一种脓毒症的诊断标志物；

本发明的目的之二，提供一种诊断产品，实现脓毒症的早期诊断。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了检测CYB561A3基因的试剂在制备诊断脓毒症的产品中的应用。

进一步，所述CYB561A3基因在脓毒症患者中表达下调。

进一步，所述诊断脓毒症的产品包括：通过RT-PCR、实时定量PCR、免疫检测、原位杂交或微阵列芯片诊断脓毒症的产品。

进一步，所述用RT-PCR诊断脓毒症的产品至少包括一对特异扩增CYB561A3基因的引物；所述用实时定量PCR诊断脓毒症的产品至少包括一对特异扩增CYB561A3基因的引物；所述用免疫检测诊断脓毒症的产品包括：与CYB561A3蛋白特异性结合的抗体；所述用原位杂交诊断脓毒症的产品包括：与CYB561A3基因的核酸序列杂交的探针；所述用微阵列芯片诊断脓毒症的产品包括：蛋白芯片和基因芯片；其中，蛋白芯片包括与CYB561A3蛋白特异性结合的抗体，基因芯片包括与CYB561A3基因的核酸序列杂交的探针。

在本发明的一个具体实施方式中，所述用实时定量PCR特异扩增CYB561A3基因的引物序列如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。

进一步，所述诊断脓毒症的产品包括芯片和/或试剂盒；其中所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒。

本发明提供了一种诊断脓毒症的产品，所述的产品能够通过检测样品中CYB561A3基因的表达水平来诊断脓毒症。

进一步，上面所述的产品包括芯片、或试剂盒。其中，所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述基因芯片包括固相载体以及固定在固相载体上的寡核苷酸探针，所述寡核苷酸探针包括用于检测CYB561A3基因转录水平的针对CYB561A3基因的寡核苷酸探针；所述蛋白质芯片包括固相载体以及固定在固相载体上的CYB561A3蛋白的特异性抗体；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒；所述基因检测试剂盒包括用于检测CYB561A3基因转录水平的试剂；所述蛋白免疫检测试剂盒包括CYB561A3蛋白的特异性抗体。其中，所述基因芯片可用于检测包括CYB561A3基因在内的多个基因(例如，与脓毒症相关的多个基因)的表达水平。所述蛋白质芯片可用于检测包括CYB561A3蛋白在内的多个蛋白质(例如与脓毒症相关的多个蛋白质)的表达水平。通过将多个与脓毒症的标志物同时检测，可大大提高脓毒症诊断的准确率。

进一步，所述基因检测试剂盒用于特异性扩增CYB561A3基因引物对。

进一步，所述用于扩增CYB561A3基因的引物对的序列如SEQ ID NO.3和SEQ IDNO.4所示。

在本发明中，“抗体”覆盖单克隆抗体、多克隆抗体、多特异性抗体(例如双特异性抗体)、及抗体片段、组合抗体等，只要它们展现出期望的生物学活性即可。“单克隆抗体”指从一群基本上同质的抗体获得的抗体，即构成群体的各个抗体相同和/或结合相同表位，除了生产单克隆抗体的过程中可能产生的可能变体外，此类变体一般以极小量存在。此类单克隆抗体典型的包括包含结合靶物的多肽序列的抗体，其中靶物结合多肽序列是通过包括从众多多肽序列中选择单一靶物结合多肽序列在内的过程得到的。

单克隆抗体还包括“嵌合”抗体，其中重链和/或轻链的一部分与衍生自特定物种或属于特定抗体类别或亚类的抗体中的相应序列相同或同源，而链的剩余部分与衍生自另一物种或属于另一抗体类别或亚类的抗体中的相应序列相同或同源，以及此类抗体的片段，只要它们展现出期望的生物学活性即可。

“抗体或抗体片段”指无论自天然生成抗体的任何物种衍生，还是通过重组DNA技术创建；无论自血清、B细胞、杂交瘤、转染瘤、酵母或细菌分离的抗体(例如IgG、IgM、IgA、IgD或IgE)或片段(诸如Fab、F(ab’)²、Fv、二硫化物连接的Fv、scFv、闭合构象多特异性抗体、二硫化物连接的scFv、双抗体)。

在本发明中，术语“探针”指能与另一分子的特定序列或亚序列或其它部分结合的分子。除非另有指出，术语“探针”通常指能通过互补碱基配对与另一多核苷酸(往往称为“靶多核苷酸”)结合的多核苷酸探针。根据杂交条件的严谨性，探针能和与该探针缺乏完全序列互补性的靶多核苷酸结合。探针可作直接或间接的标记，其范围包括引物。杂交方式，包括，但不限于：溶液相、固相、混合相或原位杂交测定法。

在本发明中，术语“微阵列”是杂交阵列原件有序排列在基质上，所述杂交阵列原件诸如聚核苷酸探针(例如寡核苷酸)或结合剂(例如抗体)。所述基质可以是固体基质，例如，玻璃或二氧化硅玻片、珠、纤维光学粘结剂或半固态基质，例如硝酸纤维素膜。核苷酸序列可以是DNA、RNA或其中的任何排列。

各种探针阵列已经描述在文献中并且可以用于本发明上下文中检测可能与本文所述表型相关的标志物。例如，DNA探针阵列芯片或较大的DNA探针阵列晶片(否则，可以通过打断晶片而获得各个体芯片)用于本发明的一个实施方案。DNA探针阵列晶片一般包含玻璃晶片，其上放置了高密度DNA探针(短DNA片段)阵列。这些晶片各自可以保持例如约6000万个用于识别较长样品DNA序列(例如，来自个体或群体，例如，包含所关注的标志物)的DNA探针。用玻璃晶片上的DNA探针组识别样品DNA通过DNA杂交进行。当DNA样品与DNA探针阵列杂交时，样品结合于样品DNA序列互补的那些探针。通过评价个体样品DNA与那些探针更稳固地杂交，有可能确定已知的核酸序列是否存在于样品中，由此确定核酸中发现的标志物是否存在。还可以使用这一手段通过控制杂交条件以允许区别单一核苷酸，例如，用于SNP鉴定和一种或多种SNP的样品基因分型来进行ASH。阵列提供了一种同时(或串连)检测多个多态性标志物的便利性实施方案。

上述探针具有与靶点基因的特定的碱基序列互补的碱基序列。这里，所谓“互补”，只要是杂交即可，可以不是完全互补。这些多核苷酸通常相对于该特定的碱基序列具有80％以上、优选90％以上、更优选95％以上、特别优选100％的同源性。这些探针可以是DNA，也可以是RNA，另外，可以为在其一部分或全部中核苷酸通过PNA、LNA、ENA、GNA、TNA等人工核酸置换得到的多核苷酸。

在本发明的上下文中，“CYB561A3基因”包括人CYB561A3基因序列及其变体。所述序列的“变体”是生物活性的序列，其因为在天然序列中一个或多个核苷酸的插入、缺失、修饰和/或替换具有与天然序列或野生型序列(或其补体)不同的核苷酸序列。这种变体通常与天然序列或其补体的序列一致性小于100％。然而，生物活性的变体通常与对应的天然存在的序列或其补体具有至少约70％的序列一致性，通常至少约75％、更通常至少约80％、甚至更通常至少约85％、甚至更通常至少约90％、且甚至更通常至少约95％、96％、97％、98％或99％序列一致性。任何长度的变体核苷酸片段保留对应天然序列的生物活性。变体还包括其中在5’或3’端或在天然序列或其补体内添加一个或多个核苷酸的序列。变体还包括其中一些核苷酸被删除和任选地被一个或多个不同核苷酸替换的序列。

CYB561A3基因包括与目前国际公共核酸序列数据库GeneBank中CYB561A3基因(NC_000011.10)DNA序列具有70％以上同源性，且编码相同功能蛋白质的DNA序列；在本发明的具体实施方案中，所述CYB561A3基因的编码序列是SEQ ID NO.1所示的DNA序列。

本发明的CYB561A3基因可以是天然的或是人工合成的，或者使用可以表达CYB561A3的DNA片段的载体转染细胞获得。所述载体所述载体包括病毒载体、真核表达载体。

病毒载体可以是任何适当的载体，包括但不限于逆转录病毒载体、腺病毒载体、腺病毒相关病毒载体、疱疹病毒(例如单纯疱疹病毒、痘苗病毒及EB病毒)载体、甲病毒载体。真核表达载体可以是任何适当的表达载体，包括但不限于pCMV-Myc表达载体、pcDNA3.0表达载体、pcDNA3.1表达载体、pEGFP表达载体、pEF Bos表达载体、pTet表达载体、pTRE表达载体、或者在公知表达载体的基础上经改造的载体，比如pBin438、pCAMBIA1301等。

在本发明的上下文中，CYB561A3基因表达产物包括人CYB561A3蛋白以及人CYB561A3蛋白的部分肽。所述CYB561A3蛋白的部分肽含有与脓毒症相关的功能域。

“CYB561A3蛋白”包括CYB561A3蛋白以及CYB561A3蛋白的任何功能等同物。所述功能等同物包括CYB561A3蛋白保守性变异蛋白质、或其活性片段，或其活性衍生物，等位变异体、天然突变体、诱导突变体、在高或低的严紧条件下能与人CYB561A3的DNA杂交的DNA所编码的蛋白质。在本发明的具体实施方式中，所述CYB561A3蛋白是由序列表中SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列组成的蛋白质。

通常，已知的是，一个蛋白质中一个或多个氨基酸的修饰不会影响蛋白质的功能。本领域技术人员会认可改变单个氨基酸或小百分比的氨基酸或对氨基酸序列的个别添加、缺失、插入、替换是保守修饰，其中蛋白质的改变产生具有相似功能的蛋白质。提供功能相似的氨基酸的保守替换表是本领域公知的。

在本发明的上下文中，“诊断脓毒症”既包括判断受试者是否已经患有脓毒症、也包括判断受试者是否存在患有脓毒症的风险。

术语“样品”，可以是血液、组织、尿液、血清、血浆、羊水、脑脊液、胎盘细胞或者组织、内皮细胞、白细胞或单核细胞。样品可以得自患者或对象直接使用，或者进行预处理，如通过过滤、蒸馏、提取、浓缩、离心、失活干扰成分、加入试剂等方式处理，以如本文所述或者本领域已知的一些方式修饰样品的特性。

本发明的优点和有益效果：

本发明首次发现了CYB561A3基因与脓毒症的发生发展相关，对于揭示脓毒症的发病机理具有重要的意义

本发明提供了一种诊断产品，通过检测CYB561A3的表达水平，来判断患者是否患有脓毒症或者患脓毒症的风险高低，从而实现脓毒症患者的早期诊断，降低因脓毒症引起的死亡率，节约医疗资源。

附图说明

图1显示利用QPCR检测CYB561A3基因在脓毒症患者中的表达情况.

具体的实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，例如Sambrook等人，分子克隆：实验室手册(New York:Cold Spring HarborLaboratoryPress,1989)中所述的条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1 筛选与脓毒症相关的基因标志物

1、样品收集

各收集10例正常人血液和脓毒症患者血液样本，上述所有标本的取得均通过伦理委员会的同意。

2、RNA样品的制备及质量分析

2.1 RNA样品的制备

使用Promega公司的RNA提取试剂盒提取总RNA。具体步骤如下：

1)取1ml收集在肝素或EDTA处理过的试管中的全血，放进无菌离心管中；

2)收集血细胞：3000rpm离心5min，小心地从样品顶部吸走上清；

3)加1ml血细胞裂解液，小心吸放4-5次，重悬沉淀物；

4)3000rpm离心5min；

5)重复步骤3)和4)两次(共三次)；

6)避开细胞沉淀物，小心吸走几乎所有上清，只保留100μl上清液；确认一下BME已经加到RNA裂解液中，然后加175μl RNA裂解液到细胞中，吸放重悬并裂解细胞；

7)加350μl RNA稀释液，颠倒混合3-4次；

8)置于70℃水浴中3min；

9)室温下13000g离心10min；

10)将清亮裂解物转移到一支无菌离心管中；

11)向澄清裂解液中加入200μl 95％乙醇，用移液枪吸放3-4次以混合；将此混合物转移到离心柱装配体中，13000g离心1min；

12)从离心柱装配体上拿下离心柱，弃去收集管中的液体，将离心柱装回到收集管上，确认一下RNA Wash Solution已用乙醇稀释，加600μl RNA洗涤液于离心柱装配体，13000g离心1min；

13)弃去收集管中的液体，将离心柱装回到收集管上，将50μl新鲜制备的DNase孵育混合物直接加到离心柱内的膜上；

14)室温下孵育15min，向离心柱中加入200μl DNA酶终止缓冲液(确认已加入乙醇)，13000g离心1min；

15)加入600μl RNA洗涤液(已加入乙醇)，13000g，离心1min；

16)清空收集管，向离心柱内加入250μl RNA洗涤液(已加入乙醇)，高速离心2min；

17)将离心柱从收集管上转移到洗脱管上，向膜上加100μl无核酸酶水，将离心柱装配体放进离心机并使洗脱管的盖子朝外，13000g离心1min，丢弃离心柱，盖好盛有RNA的洗脱管，存于-70℃。

2.2RNA样品的质量分析(NanoDrop1000分光光度计)

NanoDrop1000分光光度计检测RNA样品，RNA-seq测序的样品要求：OD260/OD280为1.8-2.2。

2.3RNA样品的质量分析(Agilent Technologies 2100Bioanalyzer)

将上述提取的RNA进行琼脂糖凝胶电泳，Agilent Technologies2100Bioanalyzer检测RNA样品质量，观察28S rRNA和18S rRNA主带明显、无降解、RNA完整性指数合格、浓度达到要求的符合RNA-seq测序cDNA文库构建的要求，可以用于文库构建及测序。

3、高通量转录组测序

3.1 RNA-seq读段定位

首先将低质量的读段去除得到清洁读段，然后利用TopHat v1.3.1将清洁片段与UCSC H.sapiens参考基因组(hg19)进行匹配，H.sapiens UCSC hg19版的预先构建的索引从TopHat主页下载，并作为参考基因组，利用TopHat与基因组匹配时，允许每个读段(默认到20)有多个匹配位点，最多2次错配。TopHat根据外显子区域和GT-AG剪切信号建立可能的剪切位点库，根据这些剪切位点库将没有定位到基因组的读段定位到基因组上。我们使用TopHat方法的系统默认参数。

3.2转录丰度评估

匹配上的读段文件通过Cufflinks v1.0.3处理，Cufflinks v1.0.3将RNA-seq片段数目进行标准化计算转录本的相对丰度。FPKM值指的是每一百万测序片段中匹配到特定基因1kb长的外显子区域的片段数目。通过贝叶斯推理方法计算FPKM估计值的置信区间。Cufflinks使用的参考的GTF注释文件从Ensembl数据库下载(Homo_sapiens.GRCh37.63.gtf)。

3.3差异表达基因的检测

将下载的Ensembl GTF文件和通过TopHat匹配的原始文件传输到Cuffdiff，Cuffdiff使用原始的匹配文件重新估算GTF文件中列出的转录本的表达丰度，检测差异表达。在Cuffidff输出中只有q值＜0.01，测试显示成功的比较才被认为是差异表达。

4、结果

RNA-seq结果显示，CYB561A3基因在脓毒症患者血液中的表达量显著低于正常人中的表达量。

实施例2 QPCR测序验证CYB561A3基因的差异表达

1、根据高通量测序的检测结果选择CYB561A3基因进行大样本QPCR验证。按照实施例1中的样本收集方式选择脓毒症患者血液和正常人血液各80例。

2、RNA提取步骤同实施例1。

3、逆转录：使用TAKARA公司的反转录试剂盒进行操作。具体步骤如下：

(1)取总RNA 2μg进行逆转录，加入Oligo(dT)2μl，充分混匀；70℃水浴；5min后立即冰浴2-3min；

(2)构建25μl反应体系，其中包括5×逆转录缓冲液5μl，dNTP(2.5mM)5μl，RNasin40U/μl，M-MLV 200U/μl，补无核酶水至25μl；

(3)42℃水浴60min后，95℃水浴5min以灭活M-MLV；

(4)-20℃储存备用。

4、QPCR扩增

(1)引物设计

根据Genebank中CYB561A3基因和GAPDH基因的编码序列设计QPCR扩增引物，由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。具体引物序列如下：

CYB561A3基因：

正向引物为5’-ATCCTCTTCACTATCTACT-3’(SEQ ID NO.3)；

反向引物为5’-TCCATAGAATACCACCAT-3’(SEQ ID NO.4)。

GAPDH基因：

正向引物为5’-CTCTGGTAAAGTGGATATTGT-3’(SEQ ID NO.5)；

反向引物为5’-GGTGGAATCATATTGGAACA-3’(SEQ ID NO.6)。

(2)按照表1配制PCR反应体系：

其中，SYBR Green聚合酶链式反应体系购自Invitrogen公司。

表1 PCR反应体系

试剂	体积
		正向引物	1μl
反向引物	1μl
		SYBR Green聚合酶链式反应	12.5μl
体系模板	2μl
		去离子水	补足25μl

(3)PCR反应条件：95℃10min，(95℃15s，60℃60s)×45个循环。以SYBR Green作为荧光标记物，在Light Cycler荧光定量PCR仪上进行PCR反应，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。

5、统计学方法

实验采用3次重复实验，结果数据都是以平均值±标准差的方式来表示，使用SPSS13.0统计软件来进行统计分析的，两者之间的差异采用t检验，认为当P<0.05时具有统计学意义。

6、结果

结果如图1所示，与正常人的血液相比，CYB561A3基因在脓毒症患者血液中的表达下调，差异具有统计学意义(P<0.05)，同RNA-sep结果一致。

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.检测CYB561A3基因的试剂在制备诊断脓毒症的产品中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述CYB561A3基因在脓毒症患者中表达下调。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述诊断脓毒症的产品包括：通过RT-PCR、实时定量PCR、免疫检测、原位杂交或微阵列芯片诊断脓毒症的产品。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述用实时定量PCR诊断脓毒症的产品至少包括一对特异扩增CYB561A3基因的引物。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述特异扩增CYB561A3基因的引物序列如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。

6.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述诊断脓毒症的产品包括芯片和/或试剂盒，其中所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒。

7.一种诊断脓毒症的产品，其特征在于，所述的产品能够通过检测样品中CYB561A3基因来诊断脓毒症。

8.根据权利要求7所述的产品，其特征在于，所述产品包括芯片、或试剂盒；其中，所述芯片包括基因芯片、蛋白质芯片；所述试剂盒包括基因检测试剂盒和蛋白免疫检测试剂盒。

9.根据权利要求8所述的产品，其特征在于，所述基因检测试剂盒包括用于特异性扩增CYB561A3基因引物对。

10.根据权利要求9所述的产品，其特征在于，所述用于扩增CYB561A3基因的引物对的序列如SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4所示。