CN115927636B

CN115927636B - 宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒及使用方法和系统

Info

Publication number: CN115927636B
Application number: CN202211645332.6A
Authority: CN
Inventors: 夏小凯; 程鲁向; 程天龄; 杜金凤
Original assignee: Shanghai Jienuo Biotechnology Co ltd
Current assignee: Shanghai Jienuo Biotechnology Co ltd
Priority date: 2022-12-15
Filing date: 2022-12-15
Publication date: 2023-07-28
Anticipated expiration: 2042-12-15
Also published as: CN116814789B; CN116814789A; CN115927636A

Abstract

本发明公开宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒及使用方法和系统。本申请的试剂盒特定标志物的组合实现高灵敏和特异性的宫颈高级别病变检测，从而能够早期发现和干预宫颈癌。此外，本申请的试剂盒采用酶法甲基化检测避免重亚硫酸氢盐反应严苛的不足，并通过优化条件及结果解读规则，大大提升了宫颈高级别病变检测的灵敏度和特异度。

Description

宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒及使用方法和系统

技术领域

本发明涉及宫颈病变检测领域，具体地涉及宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒及使用方法和系统。

背景技术

宫颈癌是常见的女性恶性肿瘤之一，其历程漫长，从癌前病变发展到浸润癌，有5-10年的潜伏期。规范的体检可预防90％以上的宫颈癌发生，扼杀在“癌前病变”的萌芽状态。目前临床上常用的宫颈癌筛查方法包括醋酸染色肉眼观察、细胞学检查、HPV DNA检测。其中，HPV DNA检测的灵敏度较高，但大部分HPV为一般性感染，不会发展为宫颈癌前病变或宫颈癌，给妇女造成了不必要的恐慌，也浪费了医疗资源。因此，亟需一种可以识别真正高风险的生物学标志物。

研究表明宿主基因甲基化水平随宫颈病变严重程度的增加而升高，可以作为宫颈癌及癌前病变筛查的生物学标志物。目前已公开了基于甲基化水平诊断宫颈癌相关疾病的方法。例如，中国专利公布CN111893183A公开了一种用于宫颈癌检测的DNA甲基化qPCR试剂盒及使用方法。该试剂盒通过检测或测量受试样品DNA中一种或多种特定基因的甲基化状态或水平来筛查和诊断宫颈癌，能够在早期及时对人宫颈癌进行诊断，使得早期准确诊断宫颈癌成为可能。

再例如，中国专利公布CN107653322A公开了一种宫颈病变及宫颈癌相关基因甲基化检测试剂盒及方法，该试剂盒包含的试剂有PCR反应液、阳性对照品、阴性对照品以及用于提取样本DNA的细胞裂解液；该检测方法的步骤包括提取样本DNA，处理和纯化样本DNA，配制PCR反应体系和加样，进行PCR扩增反应，收集荧光信号，并得出分析扩增曲线和熔解曲线，再通过分析扩增曲线和熔解曲线，获得每个标志物的Ct值和Tm值，制订基于加权算法的阳性判定方法，对每个标志物进行阳性判定并整合，最后进行样本结果的解释。该试剂盒具有灵敏度高，特异性强，无创伤性等特点。

然而，上述方法均基于重亚硫酸氢盐转化的甲基化检测，由于基因中未甲基化的C数量占多数，从而使的基于重亚硫酸氢盐转化得到的基因中存在碱基不平衡，进而影响PCR反应及检测结果，并且重亚硫酸氢盐法为化学法，对于DNA的损伤大。

背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

为解决现有技术中的至少部分技术问题，本发明提供一种基于酶法的宫颈病变及宫颈癌相关基因甲基化检测试，其反应条件更为温和，并且通过优化大大提高了酶法检测的灵敏度和特异度。具体地，本发明包括以下内容。

本发明的第一方面，提供一种宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其包括试剂条、容器1和容器2；其中，所述试剂条设置有至少一个小管，所述小管的内壁固定有含错配碱基的甲基化特异性引物对，所述容器1容纳有含3-吗啉丙磺酸、α-KG、NaCl、二硫苏糖醇和抗坏血酸的缓冲液，所述容器2容纳有2-甲基吡啶-硼烷。此处错配碱基是指与野生基因型对应的碱基不同，通常错配碱基对应于野生基因型的甲基化位点的碱基，特别是甲基化C碱基。此时错配碱基是指T碱基。此处小管可以固定连接于试剂条，也可以与试剂条可拆卸连接。错配碱基优选位于引物的3’端。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，所述试剂条设置有至少6个小管，且各小管的内壁分别固定有对应于一个甲基化位点或基因的引物对。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，所述甲基化位点或基因选自ZNF671、ASTN1、DLX1、ITGA4、RXFP3、SOX17。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，所述引物对选自SEQ ID NO:1-12所示的序列。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，进一步包括容纳TET酶和β-葡糖基转移酶复合酶的容器3。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，进一步包括容纳硫酸亚铁铵溶液的容器4。

在某些实施方案中，根据本发明所述的宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其中，进一步包括容纳PCR反应液的容器5。

本发明的第二方面，提供一种用于宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测的反应体系，其包括反应液1，反应液2和反应液3中的至少之一，其中：

反应液1包含40-60mM 3-吗啉丙磺酸，0.5-1.5mMα-KG、40-60mM NaCl、0.5-1.5mM二硫苏糖醇和1.5-2.5mM抗坏血酸、0.1-1mM TET酶、0.1-1mMβ-葡糖基转移酶和90-150mM硫酸亚铁铵。3-吗啉丙磺酸的浓度优选45-55mM，进一步优选50-55mM；α-KG的浓度优选0.8-1.3mM，进一步优选1-1.2mM；NaCl的浓度优选45-55mM，进一步优选50-55mM；二硫苏糖醇的浓度优选0.6-1.2mM，更优选0.8-1mM；抗坏血酸的浓度优选1.2-2mM，更优选1-1.5mM；TET酶的浓度优选0.2-0.8mM，更优选0.4-0.6mM；β-葡糖基转移酶的浓度优选0.2-0.8mM，更优选0.4-0.6mM；硫酸亚铁铵的浓度优选95-120mM，更优选100-110mM。TET酶和β-葡糖基转移酶组成复合酶，两者摩尔用量之比一般为(0.8-1.2):1，如1:1。

反应液2包含1-10M 2-甲基吡啶-硼烷和1-5M乙酸钠；

反应液3包含dNTPs、Taq酶、染料和溶剂，优选地，进一步包含镁离子，本申请中反应液3中镁离子的浓度高于传统qPCR在相同反应条件下的浓度。

本发明的第三方面，提供第一方面所述试剂盒的使用方法，其包括以下步骤：

构建反应液1、反应液2和反应液3，其中反应液1包含40-60mM 3-吗啉丙磺酸、0.5-1.5mMα-KG、40-60mM NaCl、0.5-1.5mM二硫苏糖醇和1.5-2.5mM抗坏血酸、0.1-1mM TET酶、0.1-1mMβ-葡糖基转移酶和90-150mM硫酸亚铁铵，反应液2包含1-10M 2-甲基吡啶-硼烷和1-5M乙酸钠，反应液3包含dNTPs、Taq酶、染料和溶剂；

向反应液1中加入提取的DNA，于25-40℃反应1h-3h，然后加入蛋白酶K于35-45℃反应0.5h-1h，纯化DNA；

将纯化的DNA加入反应液2于25-40℃反应10h-20h，进一步纯化得到处理后的DNA；

将反应液3和处理后的DNA分别或同时加入试剂条的小管，密封后利用荧光定量PCR进行扩增。

本发明的第四方面，提供一种用于宫颈癌高级别病变或宫马颈癌诊断的系统，其包括：

a.数据获取单元，其用于获取利用权利要求1-7任一项所述试剂盒得到的分析扩增曲线和熔解曲线或由此进一步得到的Ct值和Tm值数据；

b.数据存储单元，其用于存储至少获取的Ct值和Tm值数据，以及标志物基因的Ct值和Tm值的阳性判定范围和标志物基因的赋予规则；

c.数据处理单元，其用于调取所述数据获取单元获取的数据，并根据对应标志物基因的Ct值和Tm值进行阳性判断，并分别给出各标志物基因的对应分值，计算各标志物基因的分值总和；若分值总和小于样本阳性判定值，则样本检测结果为阴性；若分值总和大于等于样本阳性判定值，则样本检测结果为阳性，提示宫颈癌变转化风险高；

d.输出单元，其用于输出所述数据处理单元的结果。

本申请的试剂盒采用特定标志物的组合，能够高灵敏和特异性的检测宫颈高级别病变(CIN III)，从而能够早期发现和干预宫颈癌治疗。本申请的试剂盒采用酶法避免了重亚硫酸氢盐严苛的化学反应条件。而严苛的反应条件使模板DNA产生降解，其严重影响到样品检测量及qPCR的检测灵敏度，对于样本较少的检测而言非常不利。其次，重亚硫酸氢盐法依赖于未经修饰的胞嘧啶至胸腺嘧啶的完全转化，而未经修饰的胞嘧啶约占人类基因组中总胞嘧啶的95％，将所有这些位置转换为胸腺嘧啶会严重降低序列复杂性，影响引物设计时位点的选择。此外，重亚硫酸氢盐法还容易出现对5mC和5hmC的错误检测。本发明的酶法甲基化检测能够克服上述问题。虽然酶法对于甲基化的C碱基转化效率相对于重亚硫酸氢盐法较低，但本申请通过优化条件及结果解读规则，大大提升了宫颈高级别病变检测的灵敏度和特异度。

附图说明

图1ASTN1序列及引物对应位置。

图2DLX1序列及引物对应位置。

图3ITGA4序列及引物对应位置。

图4RXFP3序列及引物对应位置。

图5SOX17序列及引物对应位置。

图6ZNF671序列及引物对应位置。

图7QC序列及引物对应位置。

图8QM序列及引物对应位置。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。

实施例1

本实施例为一种示例性宫颈高级别病变相关基因甲基化qPCR检测试剂盒，其包括八联管和各种溶液或试剂：TET酶缓冲液(pH8.0)、还原剂溶液、复合酶、硫酸亚铁铵溶液和PCR反应液，这些溶液各自独立存在。

本实施例中，八联管为12条八联管，并包括与之对应的管盖12条。其中，10条绿标八联管，用于样本检测，1条红标八联管用于检测阳性质控，1条黄标八联管用于检测阴性质控。八联管各自分别设置有固定的8个小管，分别编号为1-8，其内部固定有不同引物。1号小管固定ASTN1(星型肌动蛋白1)的引物对，2号小管固定DLX1(同源转录因子1)的引物对，3号小管固定ITGA4(整合素α4)的引物对，4号小管固定RXFP3(松弛素家族受体3)的引物对，5号小管固定SOX17(SRY-Box 17)的引物对，6号小管固定ZNF671(锌指蛋白671)的引物对，7号小管固定质控QC(TET酶处理的质控)的引物对，8号小管固定质控QM(甲基化质控)的引物对。具体参见下表。质控QC和QM用作PCR扩增的内参。

表1八联管小管内的引物对信息

TET酶缓冲液(pH8.0，1×)含50mM 3-吗啉丙磺酸、1mMα-KG、50mM NaCl、1mM二硫苏糖醇和2mM抗坏血酸。

试剂盒中还可包括用于容纳复合酶的试剂瓶，复合酶包括TET酶和β-葡糖基转移酶。

试剂盒中还可包括用于容纳还原剂的试剂瓶，其中还原剂包含2-甲基吡啶-硼烷溶液，溶液中2-甲基吡啶-硼烷的浓度为8M。可选地，还包含乙酸钠溶液，其浓度为3M。

试剂盒中还可包括用于容纳硫酸亚铁铵溶液的试剂瓶，其中，硫酸亚铁铵的浓度为200mM。

试剂盒中还可包括PCR反应液，与一般PCR反应液(如200μM dNTP、1mM镁离子和适量染料)相比，本申请的PCR反应液含更高浓度的镁离子。

除上述说明外，本实施例中的其他试剂为常规试剂或用量，试剂盒中还可包含本领域公知的常规试剂，在此不做特别说明。

实施例2

1、DNA提取

采用宫颈脱落细胞或组织作为样本提取DNA。具体方法包括：

(1-1)以最大速度涡旋混匀样本5±1秒，并立即转移1mL样本到1.5mL EP管中；

(1-2)10000×g，离心5分钟；

(1-3)小心移除上清液，最多移出980μL；

(1-4)向样本沉淀物中加入40μL细胞裂解液，并以最大速度涡旋混匀3±1秒；

(1-5)将装有混合物的离心管置于恒温摇匀器中，60℃，1000rpm孵育30分钟，得到样本DNA；

2、DNA的TET酶处理及还原

(2-1)取步骤1中的DNA加入EP管的反应液1中，于37℃反应1-2小时，之后加入蛋白酶K，于40℃继续孵育1小时。

表2反应液1的组成体系

组成	浓度或用量
		缓冲液(pH8.0，1x)	15μl
复合酶(TET:βGT＝1:1)	至2μM
		硫酸亚铁铵	25μl
DNA	150ng
		DDW	余量
总体积	50μl

(2-2)加入纯化磁珠(MagMAX)充分混合，室温孵育20min，取EP管于磁力架，去上清。

(2-3)加入乙醇清洗后吸除乙醇，并于室温干燥，加50μl DDW洗脱DNA。

(2-4)取35μl步骤(2-3)的DNA，加入5μl 2-甲基吡啶-硼烷溶液和10μl乙酸钠溶液，搅拌条件下于室温孵育20小时，离心柱分离纯化DNA。

本申请中步骤2可以在一个管内完成全部操作，而无需更换小管。

3、宫颈高级别病变相关基因的甲基化检测

(3-1)配制PCR反应体系和加样：

在每个DNA样本中加入70μL PCR用水，以最大速度涡旋混匀DNA样本3±1秒，离心，从试剂盒中取出PCR反应液(加入适量镁离子至浓度2mM)和PCR八联管，并将PCR八联管放在PCR管架上，其中绿标八联管用于检测样本，红标八联管用于阳性质控，黄标八联管用于阴性质控。注意：在PCR八联管的摆放方向要求上，管盖子上突出部分必须在左侧，此外PCR八联管的反应管有编号1-8，反应管1必须在PCR管架的A行，反应管8位于PCR管架的H行。

漩涡混匀PCR反应液3±1秒，短暂离心，打开所有PCR八联管的管盖，丢弃。在每条PCR八联管的反应管中分别加入10μL PCR反应液。注意：因为每条PCR八联管的反应管中已包含引物，因此每次加液都必须换枪头。

在每条PCR八联管的反应管中分别加入10μL DNA。注意：因为每条PCR八联管的反应管中已包含引物，因此每次加样都必须换枪头。

加样完成后，所有PCR八联管直接盖上平顶透明盖子，并密封。以最大速度涡旋混匀所有PCR八联管3±1秒，短暂离心。注意：取出和盖上管盖时应避免接触管盖内侧，并从侧面检查确保管盖盖紧。

(3-2)qPCR扩增

在PCR八联管放入荧光定量PCR仪器前，先完成PCR反应软件和参数设置。注意：PCR系统设置期间，已配置好的反应体系可保存在冰箱内不超过15分钟。根据荧光定量PCR仪器制造商提供的说明书对仪器进行以下设置：参比荧光(Reference Dye)：ROX；每孔反应体积20μl；采集信号：“阶段2”(30秒保温)和“阶段3”(1％升降温率)。

利用荧光定量PCR仪，按照下表所示的PCR扩增程序，对加入DNA的PCR反应体系进行PCR扩增：

表3PCR扩增程序

*表示在阶段2的67℃反应30秒的保温期和阶段3的97℃反应30秒之前的升温期收集荧光信号，并由此得出分析扩增曲线和熔解曲线。

4、检测结果的判读

在荧光定量PCR仪上，设置适用于样本的分析阈值和开始、结束循环基线。主要对保存在STM^TM中的样本进行了检测，确定适用于该样本的分析阈值、开始和结束循环反应基线。

通过检测嵌入性荧光染料和定义熔解曲线峰值，分析扩增曲线和熔解曲线，分别获得标志物DLX1、ITGA4、RXFP3、SOX17、ZNF671、ASTN1、QC、QM的Ct值和Tm值；然后制订不同的基于加权算法的阳性判定方法：

表4

根据下表，分别赋予DLX1、ITGA4、RXFP3、SOX17、ZNF671、ASTN1相应的分值：

表5

标志物	分数
		ASTN1	1
DLX1	1
		ITGA4	1
RXFP3	1
		SOX17	1
ZNF671	3

利用表4中给出的各个标志物的Ct值和Tm值的阳性判定范围，分析6个宫颈病变标志物DLX1、ITGA4、RXFP3、SOX17、ZNF671、ASTN1的Ct值和Tm值。若某个标志物的Ct值和Tm值在阳性判定范围内，则将该标志物定义为阳性，并且获得表5中该标志物所赋予的相应分值。若某个标志物的Ct值和Tm值超出阳性判定范围，则将该标志物定义为阴性，并且获得的分值为零。由此可计算由DLX1、ITGA4、RXFP3、SOX17、ZNF671、ASTN1共6个标志物组合的总分数。若分值总和小于3，则样本检测结果为阴性；若分值总和大于等于3，则样本检测结果为阳性，患高级别宫颈病变的风险高，需要进一步检查并结合组织病理检测结果。

5、结果验证

本申请为基于TET酶法检测甲基化的试剂盒，与之前申请人开发的基于重亚硫酸氢盐试剂盒相比，本申请的试剂盒通过使用温和的酶促和化学反应来在不影响未经修饰的胞嘧啶的情况下能够实现甲基化的有效检出。

另外，发明人比较了本申请的试剂盒与基于重亚硫酸氢盐的试剂盒的检测结果。通过优化条件及结果判读规则，本申请试剂盒的检测灵敏度与重亚硫酸氢盐试剂盒的灵敏度相当，而特异性明显高于重亚硫酸氢盐试剂盒。

表6不同试剂盒检测结果的比较

如表6所示，本申请TET酶法对于CIN II及以上的宫颈病变具有优异的检测灵敏度，而对于CIN I的检出率则较低，与CIN II及以上的宫颈病变的检出率差异明显。该检测结果与重亚硫酸氢盐法相当，而本申请TET酶法的特异度更高。

尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims

1. 甲基化qPCR试剂在制备用于检测CIN II以上宫颈病变及宫颈癌的试剂盒中的用途，其特征在于，所述试剂包括试剂条、容器1、容器2和容器3；其中，所述试剂条设置有至少一个小管，所述小管的内壁固定有含错配碱基的甲基化特异性引物对，所述容器1容纳有40-60mM 含3-吗啉丙磺酸、0.5-1.5mM α-KG、40-60mM NaCl、0.5-1.5mM二硫苏糖醇和1.5-2.5mM抗坏血酸的TET酶缓冲液，所述容器2容纳有2-甲基吡啶-硼烷，所述容器3容纳TET酶和β－葡糖基转移酶复合酶；

其中，所述甲基化位点所在的基因为ZNF671、ASTN1、DLX1、ITGA4、RXFP3和SOX17，所述引物对的序列如SEQ ID NO:1-12所示。

2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述试剂条设置有至少6个小管，且各小管的内壁分别固定有对应于一个甲基化位点的引物对。

3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，进一步包括容纳硫酸亚铁铵溶液的容器4。

4.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，进一步包括容纳qPCR反应液的容器5。