CN110286222A - 肾透明细胞癌的代谢标志物及其在早期诊断中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了肾透明细胞癌的代谢标志物及其在早期诊断中的应用,本发明通过高通量代谢物组学分析,首次发现了20‑三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3‑甲基壬烯二酸在肾透明细胞癌患者中呈现差异表达,且代谢物具有较高的曲线下面积,提示将20‑三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3‑甲基壬烯二酸应用于肾透明细胞癌具有较高的诊断价值。
Description
技术领域
本发明属于生物医药领域,涉及肾透明细胞癌的代谢标志物及其在早期诊断中的应用。
背景技术
肾癌是起源于肾实质泌尿小管上皮系统的恶性肿瘤,包括起源于泌尿小管不同部位的各种肾细胞癌亚型。肾癌占肾脏恶性肿瘤的80%~90%。在我国泌尿系肿瘤中,肾癌发病率仅次于膀胱癌居于第二位。在世界范围内,发达国家的肾癌发病率要比发展中国家高(A.Znaor,J.Lortet-Tieulent,M.Laversanne,A.Jemal,F.Bray,Internationalvariations and trends in renal cell carcinoma incidence and mortality,European urology,67(2015)519-530)。肾癌依据形态学和分子特征主要可分为肾透明细胞癌(ccRCC,70%-85%)、乳头状肾细胞癌(pRCC,7%-15%)、嫌色细胞癌(chRCC,5%-10%)及其它少见肾癌(<10%)等。透明细胞癌是肾癌最常见的病理学类型,也是目前研究的热点。目前,临床常用的肾癌诊断方法有超声、核磁共振、动态增强CT等影像学技术,虽然极大的提高了肾癌诊断水平,但对于早期诊断的准确性仍有不足。肾癌起病隐匿,往往缺乏早期临床表现,大约30%的肾癌患者在诊断时已经发生转移,未转移的肾癌患者在进行手术切除后,还有大约40%的患者会复发(B.Ljungberg,K.Bensalah,S.Canfield,S.Dabestani,F.Hofmann,M.Hora,M.A.Kuczyk,T.Lam,L.Marconi,A.S.Merseburger,P.Mulders,T.Powles,M.Staehler,A.Volpe,A.Bex,EAU guidelines on renal cellcarcinoma:2014update,European urology,67(2015)913-924)。早期筛查是控制癌症发展的根本。世界卫生组织提出,40%的癌症可以通过早发现,早诊断,早治疗治愈。如果能更早期发现肾癌的迹象,通过早干预、早预防等干预手段完全可以避免或延缓肾癌的发生和发展,对于提高肾癌患者的治疗效果及预后存活率具有重要的意义(J.T.Loud,J.Murphy,Cancer Screening and Early Detection in the 21(st)Century,Seminars inoncology nursing,33(2017)121-128)。因此,急需发展新的无损性肾癌早期筛查标志物。
代谢组学(metabonomics)是研究生物体系受刺激或扰动后其代谢产物一内源性代谢物质种类、数量及其变化规律的科学。生命机体在病证状态和各类药物作用下,亦同样会引起全身水平的内源性代谢物及代谢网络变化。运用代谢组学技术考察和分析这些代谢物的变化,对于探究病证本质,阐明药物作用机理有极大的助益。尿液代谢组学是通过分析尿液中的小分子代谢物,发现敏感性和特异性较强的标志物。
在本发明中,我们收集了肾透明细胞癌尿液和年龄性别相匹配的正常人的尿液,采用非靶向联合靶向代谢组方法对尿液代谢组进行定性定量分析。通过对OPLS-DA监督聚类分析,差异倍数分析和T检验分析,筛选出潜在的生物标记物,进一步数据分析发现其代谢物对肾癌组具有很好的区分,具有良好的临床应用前景。
发明内容
为了弥补现有技术的不足,本发明的目的在于提供与肾透明细胞癌相关的代谢标志物,通过检测代谢标志物的水平,可以判断患者是否患有肾透明细胞癌,从而为肾透明细胞癌的早期诊断提供一种新的手段。
为了实现上述目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明提供了代谢物在制备早期诊断肾透明细胞癌的试剂盒中的应用,所述代谢物包括:20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3-甲基壬烯二酸中的一种或几种。
进一步,所述试剂盒包括检测样本中代谢物含量的试剂。其中样本是生物学样本。生物来源的样本(即生物学样本)通常包含多种代谢物。待用于本发明方法的优选试验样本是来自体液,优选来自血液、血浆、血清、淋巴、汗、唾液、眼泪、精液、阴道液体、粪便、尿液或脑脊液的样本,或来自例如通过活体解剖来自细胞、组织或器官的样本。这也包括包含亚细胞区室或细胞器(如线粒体、高尔基体网络或过氧化物酶体)的样本。此外,生物学样本也包括气体样本,如生物体的挥发物。生物学样本来自如此处其他地方具体说明的受试者。用于获得上述不同类型生物学样本的技术为本领域所熟知。例如,通过血液采集获得血液样本,通过尿液采集获得尿液样本。
优选地,在上述样本用于本发明方法前将其预处理。所述预处理可包括释放或分离化合物,或去除多余物质或废物所需要的处理。合适的技术包含离心、萃取、分馏、纯化和/或富集化合物。此外,进行其他预处理以提供适合于化合物分析的形式或浓度的化合物。例如,如果气相层析偶联质谱用于本发明的方法,将需要在所述气相层析前衍生化化合物。合适并必要的预处理依赖于进行本发明方法的工具并为本领域技术人员所熟知。如前描述的预处理的样本也包含在如本发明所用的术语“样本”中。
进一步,所述试剂包括通过靶向或非靶向的色谱法、光谱法、质谱法检测样本中代谢物含量的试剂。
进一步,所述色谱包括GC,CE,LC,HPLC和UHPLC;光谱包括UV/Vis,IR,NIR和NMR;其中,GC=气相色谱,CE=毛细管电泳,LC=液相色谱,HPLC=高度液相色谱,UHPLC=超高效液相色谱,UV-Vis=紫外可见,IR=红外,NIR=近红外,NMR=核磁共振。
质谱法包括例如串联质谱法、基质辅助激光解吸电离(MALDI)飞行时间(TOF)质谱法、MALDI-TOF-TOF质谱法、MALDI四极杆-飞行时间(Q-TOF)质谱法、电喷射离子化(ESI)-TOF质谱法、ESI-Q-TOF、ESI-TOF-TOF、ESI-离子阱质谱法、ESI三重四极杆质谱法、ESI傅立叶变换质谱法(FTMS)、MALDI-FTMS、MALDI-离子阱-TOF和ESI-离子阱TOF。以其最基本的水平,质谱法涉及使分子电离和随后测量所得离子的质量。由于分子以公知的方式电离,可以精确地由离子的质量确定分子的分子量。
串联质谱法涉及首先获得所关注的离子的质谱,随后破碎该离子并获得片段的质谱。串联质谱法因此提供分子量信息和破碎谱,其可一起结合分子量信息使用以识别肽或蛋白质或小分子(低于1500道尔顿)的确切序列
进一步,所述样本为尿液。
进一步,当受试者样本中的20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸的含量下调时,受试者患有肾透明细胞癌或者存在患肾透明细胞癌的风险。
在从已知未患有肾透明细胞癌的受试者或群体中获得参考结果的情况下,可以基于从试验样本中获得的试验结果与上述参考结果的差异,即基于关于至少一种代谢物的定性或定量组成中的差异来诊断所述疾病或易感性。差异可以是代谢物绝对或相对量的增加(有时称作代谢物上调)或代谢物所述量的减少或无可检测的量(有时称作代谢物下调)。优选地,相对或绝对量的差异是显著的,即在45到55百分位数、40到60百分位数、30到70百分位数、20到80百分位数、10到9百分位数、5到95百分位数的参考值区间外。相对量改变的优选值(即“倍数”变化)或改变类型(即导致更高或更低相对量和/或绝对量的“上”调或“下”调)。如果指定代谢物在受试者中是“上调的”,相对和/或绝对量将增加,如果其为“下调的”,代谢物的相对和/或绝对量将减少。此外,“倍数”变化表示增加或减少的程度,例如,2倍的增加指与参考相比,所述量是代谢物量的两倍。
因此,在优选实施方案中包括来自已知患有肾透明细胞癌的受试者或组的参考,或已知具有其易感性的受试者或组的参考。最优选地,试验样本和所述参考的相同或相似结果(即所述至少一种代谢物相似的相对或绝对量)在该情况下指示肾透明细胞癌或其易感性。在本发明另一个优选实施方案中,所述参考来自已知未患有肾透明细胞癌的受试者或已知不具有其易感性的受试者,或者所述参考是可计算参考。
本发明提供了一种诊断肾透明细胞癌的试剂盒,所述试剂盒包括检测样本中20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸的试剂。
进一步,所述试剂包括通过靶向或非靶向的核磁共振法、色谱法、光谱法、质谱法检测样本中代谢物含量的试剂。
本发明提供了代谢物在构建预测肾透明细胞癌的计算模型中的应用,所述代谢物包括20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3-甲基壬烯二酸中的一种或几种。
本发明提供了一种系统,包含:
1)用于测定样本中20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸特征值的工具,
2)比较样本中代谢物特征值的工具;
3)数据存储介质。
本发明中的数据存储介质存储数据集合,术语“数据集合”指在物理上和/或逻辑上集合的数据集合。因此,数据集合可落实到单个数据存储介质中或彼此有效连接的物理上分离的数据存储介质中。优选地,数据集合落实到数据库中。因此,如此处所用的数据库包含在合适的存储介质上的数据集合。此外,数据库优选还包含数据库管理系统。数据库管理系统优选为基于因特网的分级数据库管理系统或面对对象数据库管理系统。此外,数据库可以是联合数据库或集成数据库。更优选地,数据库将落实为分布式(联合)系统,例如Client-Server-System。更优选地,构造数据库以允许搜索算法来比较试验数据组和包含数据集合的数据组。尤其是,通过使用此类算法,可以搜索数据库(即查询搜索)得到指示肾透明细胞癌或其易感性的相似或相同数据组。因此,如果可以在数据集合中鉴定到相同的或相似的数据组,试验数据组将与肾透明细胞癌或其易感性相关。结果,从数据集合中获得的信息可以基于从受试者获得的试验数据组用于诊断肾透明细胞癌或其易感性。更优选地,数据集合包含上文记载的任何一组包含的所有代谢物的特征值。
术语“数据存储介质”包括基于单个物理实体如CD、CD-ROM、硬盘、光存储介质或磁盘的数据存储介质或者云盘。此外,所述术语还包括由物理分离实体组成的数据存储介质,所述物理分离实体以提供上述数据集合的方式,优选以查询搜索的合适方式彼此有效连接。
本发明中的“系统”涉及彼此有效连接的不同工具。所述工具可落实到单个装置中或可以是彼此有效连接的物理上分离的装置。用于比较代谢物特征值的工具优选基于用于比较的算法而进行运作。数据存储介质优选包含上述数据集合或数据库,其中存储数据组的每一组指示肾透明细胞癌或其易感性。因此,本发明的系统允许鉴定存储在数据存储介质中数据集合是否包含试验数据组。结果,本发明的系统可用作诊断肾透明细胞癌或其易感性的诊断工具。
在系统的优选实施方案中,包含用于测定样本代谢物特征值的工具。
术语“用于测定代谢物特征值的工具”优选涉及用于测定代谢物的如质谱分析装置、NMR装置,或进行代谢物化学或生物测定的装置。
此外,本发明涉及诊断工具,其包含用于测定选自上述提及组中任何一组的至少一种代谢物的工具。
本发明提供了代谢物在制备治疗肾透明细胞癌的药物组合物中的应用,所述代谢物为20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸。
进一步,所述药物组合物包括代谢物的促进剂,促进剂是指能够使差异代谢物恢复到正常水平的物质。
术语“代谢物”是指代谢的中间产物和最终产物,(也有时称为具有小于1500道尔顿的分子量的小分子或分析物)。代谢物被分类为直接参与正常生长、发育和繁殖的初级代谢物。次级代谢物不直接参与后面的过程,但可以具有重要的生态学功能(例如,抗生素、色素)。代谢物的示例性生物学功能包括作为生物合成途径中的中间或终点产物或作为细胞信号分子。
本发明的优点和有益效果:
本发明首次发现了与肾透明细胞癌相关的代谢标志物:20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸,通过检测上述代谢物标志物的含量,可以在判断受试者是否患有肾透明细胞癌以及患肾透明细胞癌的风险,以期实现癌症早期的诊断,从而在癌症早期进行干预治疗,提高患者的生存质量。
附图说明
图1是肾透明细胞癌和对照组尿液代谢谱PCA分类图,其中△代表肾透明细胞癌,○代表对照;
图2是肾透明细胞癌和对照组尿液代谢谱OPLS-DA分类图,其中△代表肾透明细胞癌,○代表对照。
具体实施方式
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。
实施例与肾透明细胞癌相关的代谢物的筛选
1、材料与试剂
1)仪器:Waters H-class液相色谱仪(waters公司);LTQ-Orbitrap velos pro质谱仪(Thermofisher Scientific公司)。
2)主要试剂:乙腈(Thermofisher Scientific公司);C18反相色谱柱(3.0mm×100mm,C18,1.7μm,Waters公司)。
3)样本:67例肾透明细胞癌患者的尿液和96例年龄、性别匹配的正常对照组的尿液,来自北京协和医院。
2、实验方法
2.1样本收集
收集空腹晨尿,5000g的转速离心30min,去除沉淀。
2.2代谢物的提取
取200μl尿液上清,加200μl乙腈,涡旋,4℃静置30min,14000g离心10min,取上清,离心浓缩,用200μl 2%乙腈水复溶,14000g离心10min,过10kD滤膜后取10μl进样。
2.3液相分析
色谱柱:waters BEH C18(3.0X100mm,1.7μm),柱温50℃;流动相A为0.1%甲酸水,流动相为乙腈;分析梯度为:0-1min,2%B;1-8min,2%B-98%B;8-8.1min,98%B-100%B;8.1-12min,100%B;12-12.1min,100%-2%B;12.1-17min,2%B;流速为0.5ml/min;进样体积为10μl。
2.4质谱分析
UPLC质谱串联LTQ-Orbitrap velos(Thermo Fisher Scientific,SanJose,CA,USA)质谱,采用电喷雾离子源正离子模式;鞘气为氮气和辅助气,流速分别为45arbitraryunits and 10arbitrary units;质谱扫描范围为100–1000m/z;spray voltages设为4.2KV;离子传输管温度350℃。数据采用高分辨傅里叶转换模式(FT)获取,一级分辨率为60000;二级分辨率为15000。
2.5质谱数据分析
由UPLC-LTQ orbitrap获得的原始数据,采用Waters公司的商业组学分析软件progenesis QI(Version 2.0,Nonlinear Dynamics,UK)进行处理。该软件可自动完成峰对齐,峰识别和峰校正等前处理程序,最终输出三维矩阵,即由保留时间和精确质荷比组成的谱峰索引变量、样本名称和峰强度/面积组成。获得的数据矩阵导入多变量统计软件SIMCA-P software 14.0(Umetrics AB,Umea,Sweden)进行PCA分析,可视化组间变化趋势。组间差异变量通过OPLS-DA模型获取的VIP值进行筛选,VIP值大于1,非参检验p值小于0.05的变量认为是组间显著性差异变量,筛选为透明肾细胞癌早期潜在标志物。对筛选的差异变量进行二级碎裂,采用HCD(High collision dissociation)碎裂方式,根据具体代谢物选择20,40,60eV能量。将二级碎片采用progenesis QI软件进行解卷积,搜索HMDB(HUMANMETABOLOME DATABASE)数据库,确定差异代谢物结构,以HMDB数据库编号表示。
通过逻辑回归算法优化筛选出的存在差异变量的代谢物,采用ROC曲线法以及计算曲线下面积(AUC)以评价有意义的影响因素对肾透明细胞癌的诊断价值。
3、结果
非监督PCA得分图显示(图1)透明肾细胞癌组和对照组呈现出一定的区分度。进一步采用监督OPLS-DA构建模型(图2),两组区分度更加明显。通过生物信息学分析,发现代谢物20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸具有较好的预测价值,AUC值都大于0.8,差异代谢物含量信息如表1所示。
表1差异代谢物含量信息
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.代谢物在制备早期诊断肾透明细胞癌的试剂盒中的应用,其特征在于,所述代谢物包括:20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3-甲基壬烯二酸中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述试剂盒包括检测样本中代谢物含量的试剂。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于,所述试剂包括通过靶向或非靶向的核磁共振法、色谱法、光谱法、质谱法检测样本中代谢物含量的试剂。
4.根据权利要求2或3所述的应用,其特征在于,所述样本为尿液。
5.根据权利要求1-3任一项所述的应用,其特征在于,当受试者中的20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸的含量下调时,受试者患有肾透明细胞癌或者存在患肾透明细胞癌的风险。
6.一种诊断肾透明细胞癌的试剂盒,其特征在于,所述试剂盒包括检测样本中权利要求1中所述的代谢物的试剂。
7.根据权利要求6所述的试剂盒,其特征在于,所述试剂包括通过靶向或非靶向的核磁共振法、色谱法、光谱法、质谱法检测样本中代谢物含量的试剂。
8.代谢物在构建预测肾透明细胞癌的计算模型中的应用,其特征在于,所述代谢物包括20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素、3-甲基壬烯二酸中的一种或几种。
9.一种系统,其特征在于,包含:
1)用于测定样本中权利要求1中所述的代谢物特征值的工具,
2)比较样本中代谢物特征值的工具;
3)数据存储介质。
10.代谢物在制备治疗肾透明细胞癌的药物组合物中的应用,其特征在于,所述代谢物为20-三氟白细胞三烯B4、氟氢缩松、日齐素或3-甲基壬烯二酸。
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XIAOYAN LIU等: "Urine Metabolomics for Renal Cell Carcinoma(RCC) Prediction: Tryptophan Metabolism as an Important Pathway in RCC", 《FRONTIERS IN ONCOLOGY》 * |
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CN111965289A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-11-20 | 中国医学科学院基础医学研究所 | 尿液中髓母细胞瘤的代谢标志物及其用途 |
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