CN116246775A - 冠状动脉扩张症的诊断系统、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗数据处理技术领域，具体涉及冠状动脉扩张症的诊断系统、装置。具体地，本发明提供了一种冠状动脉扩张症的诊断系统，所述系统包括输入模块、计算模块和输出模块，其特征在于：所述输入模块用于向计算模块传递SGCD的表达量和/或甲基化程度的检测结果；所述计算模块将输入模块收集的数据与阈值进行对比；所述输出模块用于输出计算模块的对比结果。如果输入的SGCD的表达量低于表达量阈值，则输出患病；反之则输出未患病；如果输入的SGCD的甲基化程度高于甲基化程度阈值，则输出患病；反之则输出未患病。

Description

冠状动脉扩张症的诊断系统、装置

技术领域

本发明涉及医疗数据处理技术领域，具体涉及冠状动脉扩张症的诊断系统、装置。

背景技术

冠状动脉扩张病(coronary artery ectasia，CAE)指各种原因造成冠状动脉局限性或弥漫性扩张超过其邻近正常冠脉管径的1.5倍或以上。常累及多支血管，以右冠状动脉扩张多见，是一种少见的冠状动脉异常，男性多于女性。

冠状动脉扩张病的病因包括先天性和获得性。前者罕见，常与其他结构性心脏疾病伴发，如主动脉瓣二叶畸形、室间隔缺损等。后者包括动脉粥样硬化、川崎病、感染性脓栓栓塞、结缔组织病、马方综合征、大动脉炎及医源性如经皮腔内冠脉成形术、支架植入术等。其中，川崎病是儿童及青少年发病的主要原因，动脉粥样硬化是成人发病的主要原因。

冠状动脉扩张病的发病机制尚不清楚，冠脉中层弹力纤维的降解和缺失被认为是发病的中心环节，多种因素如高同型半胱氨酸血症、高胰岛素血症、肺炎支原体感染、一氧化氮过度暴露等，导致细胞外基质金属蛋白酶及细胞内半胱氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶等活性增强，引起冠脉中层及内外弹性膜的降解，造成炎性细胞向血管中层的弥散，促进局部血管平滑肌细胞的增殖和迁移及细胞外基质的生成，最终引起冠状动脉的扩张性重塑。此外，脂蛋白在血管壁的沉积、RAAS系统的过度激活及过度的氧化应激反应等与动脉粥样硬化相关的危险因素也参与了血管重塑。遗传因素有一定作用，家族性高胆固醇血症发病率高。血小板激活，血管扩张引起血液湍流及滞留，增加血小板聚集及血栓形成风险。

冠状动脉扩张症的发生、发展过程均有DNA甲基化的参与，其发病机制至今不清，因此，对冠状动脉扩张症发病机制的研究一直是热点和难点。高通量测序技术的快速发展和应用，为冠状动脉扩张症发病机理的研究提供了更加全面和快速的分析手段，也为冠状动脉扩张症的进一步治疗方案提供崭新思路。

发明内容

冠状动脉扩张病属于罕见病，因其发病率低、机制复杂，目前尚无最佳或者公认的CAE治疗。现有治疗包括药物治疗、介入治疗和手术治疗，尽早的诊断有利于临床确定治疗方式，使患者尽快收益。

本发明通过测序获得冠状动脉扩张症患者的基因信息，结合甲基化分析结果，提供了可以诊断冠状动脉扩张病的诊断靶点SGCD，所示诊断靶点SGCD在患者样本中的表达量变化经荧光定量PCR验证与数据分析结果一致，又经过受试者工作特征曲线验证，证明了本发明所提供的SGCD在诊断中的应用价值。

第一方面，本发明提供了一种冠状动脉扩张症的诊断系统，所述系统包括输入模块、计算模块和输出模块，其特征在于：

所述输入模块用于向计算模块传递SGCD的表达量和/或甲基化程度的检测结果；

所述计算模块将输入模块收集的数据与阈值进行对比；

所述输出模块用于输出计算模块的对比结果。如果输入的SGCD的表达量低于表达量阈值，则输出患病，反之则输出未患病；如果输入的SGCD的甲基化程度高于甲基化程度阈值，则输出患病，反之则输出未患病。

优选地，所述SGCD的表达量和/或甲基化程度的检测结果是由检测模块进行检测的，也即，诊断系统中还可以包括检测模块，所述检测模块将检测结果传递给输入模块。

更具体地，所述检测模块可以进行表达量和/或甲基化程度的检测。所述表达量和/或甲基化程度的检测方法、设备仪器都是本领域所熟知并通用的。

优选地，所述检测模块可以是检测器。

如本文使用的，术语“检测器”指能够检测SGCD表达量和/或甲基化程度的模块，如进行以下方法所需要的实验仪器：ELISA、PCR、qPCR、流式细胞术、质谱法、基于抗体的蛋白质芯片、凝胶电泳、蛋白质印迹、蛋白质免疫沉淀、放射免疫测定、配体结合测定和液相层析。在一个实施方案中，检测器生成SGCD表达量和/或甲基化程度的输出信号。

优选地，所述系统还包括阈值检测模块，可以通过结合受试者是否患病的信息与检测结果，判断诊断的阈值。

另一方面，本发明提供了一种冠状动脉扩张症的诊断方法，所述方法包括将SGCD的表达量检测结果和/或甲基化程度检测结果与阈值比较，根据比较结果判断受试者是否患有冠状动脉扩张症。

更具体地，所述SGCD的表达量检测结果、甲基化程度检测结果是针对来自受试者的样本进行检测得到的。

优选地，所述样本是血液。

更具体地，所述判断的方法是比较SGCD的表达量检测结果与阈值的大小，如果输入的SGCD的表达量低于阈值，则代表患病；反之则未患病；如果输入的SGCD的甲基化程度高于阈值，则代表患病；反之则未患病；

在一种具体的实施方式中，获得所述阈值的检测方法需要与针对该受试者样本的检测方法相同。

在一个实施方案中，当提及样本中SGCD的存在时，所述SGCD的“水平”、“浓度”和“量”可以互换使用。

另一方面，本发明提供了一种冠状动脉扩张症的诊断装置，所述诊断装置包括获取单元、计算单元和输出单元，所述计算单元中比较SGCD的表达量检测结果与阈值的大小，并根据比较结果判断受试者是否患有冠状动脉扩张症。

可选地，所述诊断装置还包括：

检测单元，用于针对受试者样本进行检测；

或，阈值检测单元，用于根据不同来源样本的检测结果及相应患病情况计算阈值。

更具体地，所述检测结果是连续变量。具体地，所述患病情况包括“是”或“否”两种情况，诊断依照本领域通用CAE诊断标准。

如本发明所述“阈值”是指医学上的阈值(cutoff值)，为分界值、临界值或截断值的意思，是阳性的判断值。其确定方法是本领域所通用的。不同的检测程序获得的阈值不同，有时同一厂商不同批号的试剂测得的阈值也会有差异，所以临床应用中需根据实验试剂、检测方法的变动随时调整阈值，而在实验试剂、检测方法不变的情况下，所述诊断装置中则不需要设置阈值检测单元。

如本发明所述的，CAE诊断的金标准是冠状动脉造影。冠状动脉造影提示冠状动脉管腔的扩张程度达到CAE标准合并或者不合并冠状动脉粥样硬化斑块、狭窄、血栓。同时不伴随川崎病、系统性血管炎(红斑狼疮、多发性大动脉炎、结节性多动脉炎和白塞病等)、梅毒以及冠状动脉旋磨、支架植入等个入治疗并发症等情况。

另一方面，本发明提供了一种电子设备，

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述冠状动脉扩张症的诊断方法。

另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述冠状动脉扩张症的诊断方法。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、RAM、ROM、EPROM(Electrically Programmable Read-Only-Memory，可擦除可编程只读存储器)或快闪存储器、光纤、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，便捷式紧凑盘只读存储器)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(Cathode-Ray Tube，阴极射线管)或者LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

本发明所述“冠状动脉扩张症”即coronary artery ectasia(CAE)，指各种原因造成冠状动脉局限性或弥漫性扩张超过其邻近正常冠脉管径的1.5倍或以上。

如本文所用的术语“样本”也可是毛发、指甲、皮肤、汗液、泪液、眼部液体、鼻拭子或鼻咽洗液、痰、咽喉拭子、唾液、粘液、血液、血清、血浆、胎盘液、羊水、脐带血、重点流体(emphatic fluid)、腔液、耳垢、油、腺体分泌物、胆汁、淋巴、脓、微生物群、胎粪、乳汁、骨髓、骨、CNS组织、脑脊液、脂肪组织、滑液、粪便、胃液、尿液、精液、阴道分泌物、胃、小肠、大肠、直肠、胰腺、肝、肾、膀胱、肺，以及源自或获自受试者的其他组织和流体。该生物样本可以是无细胞(或不含细胞的)生物样本。

另一方面，本发明提供了前述产品以及SGCD检测试剂在制备诊断冠状动脉扩张的产品中的应用。

优选地，所述检测试剂包括针对mRNA和/或蛋白表达量进行检测的试剂、针对甲基化程度进行检测的试剂。

如本发明所使用的，所述甲基化程度的检测方法包括焦磷酸测序法、重亚硫酸盐转化测序法、甲基化芯片法、qPCR法、数字PCR法、二代测序法、三代测序法、全基因组甲基化测序法、DNA富集检测法、简化亚硫酸氢盐测序技术、HPLC法、MassArray、甲基化特异PCR(MSP)。

如本发明所使用的，所述SGCD表达量可以通过原位杂交、Northern印迹和聚合酶链式反应(PCR)来测定mRNA表达量；或者，通过Western印迹、放射性免疫测定法、ELISA、三明治式免疫测定法、免疫沉淀测定法、沉淀素反应、凝胶扩散沉淀素反应、免疫扩散测定法、凝集测定法、补体结合测定法、免疫放射计量测定法、荧光免疫测定法等方法测定蛋白表达量。具体地，所述PCR包括多种衍生方法，在具体实施例中使用了荧光定量PCR。

附图说明

图1是差异分析得到的火山图。

图2是差异分析得到的热图。

图3是差异甲基化位点的火山图。

图4是差异甲基化位点的曼哈顿图。

图5是SGCD在诊断冠状动脉扩张中的受试者工作特征曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的说明，以下所述，仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。

实施例1：数据分析及验证

步骤1、样本收集及测序数据处理

对收集到的血液样本进行测序，本发明涉及的样本信息如表1所示。基于边合成边测序(Sequencing By Synthesis，SBS)技术，使用Illumina HiSeq高通量测序平台对cDNA文库进行测序，能够产出大量的高质量Reads，测序平台产出的这些Reads或碱基称为原始数据(Raw Data)。通过Illumina平台，得到了大量的样本双端测序数据。鉴于数据错误率对结果的影响，采用Trimmomatic软件对原始数据进行质量预处理，并对整个质控过程中的reads数进行统计汇总，汇总结果如表2所示。

表1、正常对照及CAE患者的样本信息

表2、测序数据统计表

注：(1)Sample：样本名称；(2)Rawreads：原始reads数目；(3)Rawbases：原始测序量，即碱基数目；(4)CleanReads：过滤后得到的cleanreads数目；(5)CleanBases：过滤后得到的测序量，碱基数目；(6)ValidBases：有效碱基百分比(7)Q30：计算Phred数值大于30的碱基占总体碱基的百分比；(8)GC：计算碱基G和C的数量总和占总的碱基数量的百分比

转录组测序数据中，只有比对到参考基因组上的数据才能用于后续分析。因此，将比对到指定的参考基因组上的Reads称为Mapped Reads。

表3、各样本mapping比对效率统计

/>

注：sample：样本名称；total_reads：测序数据在质控后的cleanreads数；total_map：比对到基因组上的reads数及其百分比；read1_map：比对到参考基因组的read1数及其百分比；read2_map：比对到参考基因组的read2数及其百分比；splice_map：拆分比对到基因组上的reads数及其百分比；unsplice_map：未拆分比对到基因组上的reads数及其百分比proper_map：成对的read1和read2同时比对到基因组的reads数及其百分比

用已知的参考基因序列以及注释文件作为数据库，采取序列相似性比对的方法鉴定出各蛋白编码基因在各样本中的表达丰度。使用htseq-count软件获取每个样本中比对到蛋白编码基因上的reads数。比对获得counts后，需要对蛋白编码基因进行过滤，去除reads数为零的基因。各样本中检出基因数目如表4。

表4、检出基因数目统计部分结果展示

对两组mRNA的测序结果进行差异分析，首先根据counts均值对基因进行过滤，只保留counts均值大于2的基因进行下一步分析。利用DESeq2对各个样本基因的counts数目进行标准化处理(采用BaseMean值来估算表达量)，计算差异倍数，并采用NB(负二项分布检验的方式)进行差异显著性检验，最终根据差异倍数及差异显著性检验结果来筛选差异蛋白编码基因。筛选差异的条件为p<0.05&|log2foldChange|>1。经分析得到152个差异表达基因，包括93个上调，59个下调。差异分析得到的火山图及热图如图1、2所示。

步骤2、差异甲基化分析

从GEO数据库下载GSE87016数据集，该数据集包含23个样本的甲基化数据(NOR:CAE＝12:11)，采用CHAMP包对甲基化数据进行差异甲基化分析。设置的筛选标准是P.Value<0.05，得到9377个差异甲基化位点，共4318个差异甲基化基因，包括2289个高甲基化基因，2029个低甲基化基因。差异甲基化位点的火山图和曼哈顿图如图3、4所示。

步骤3、筛选异常甲基化修饰的差异表达基因

对mRNA差异表达基因和差异甲基化基因取交集以获得异常甲基化调控的差异表达基因，得到9个高甲基化修饰表达下调的基因和11个低甲基化修饰的表达上调基因。

步骤4、荧光定量PCR验证

基于前述分析结果，SGCD在CAE患者中高甲基化且低表达。

以SGCD作为候选基因(病例组vs对照组)，收集冠状动脉扩张症患者血液和对照血液(>15例)，提取RNA样本，利用荧光定量PCR(qRT-PCR)验证候选基因在疾病组和对照组的差异表达。

步骤5、ROC曲线验证

受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve)简称ROC曲线，又称感受性曲线(sensitivity curve)；ROC曲线上各点反映的都是相同的感受性，通过对疾病组和参照组的测定结果进行分析，确定测定值的上下限、组距以及截断点，按选择的组距间隔列出累积频数分布表，并分别计算出所有截断点的真阳性率(灵敏度)、特异性和假阳性率(1-特异性)，作图绘成ROC曲线。灵敏度(sensitivity)，即敏感度，是指筛检方法能将实际有病的人正确地判定为患者的比例。特异度(specificity)，是指筛检方法能将实际无病的人正确地判定为非患者的比例。

根据SGCD获得的ROC曲线中，AUC值为0.791，敏感度为0.769，1-特异度为0.188，具体如图5所示。

Claims (10)

1.一种冠状动脉扩张症的诊断系统，所述系统包括输入模块、计算模块和输出模块，其特征在于：

所述输入模块用于向计算模块传递SGCD的表达量和/或甲基化程度的检测结果；

所述计算模块将输入模块收集的数据与阈值进行对比；

所述输出模块用于输出计算模块的对比结果；如果输入的SGCD的表达量低于表达量阈值，则输出患病，反之则输出未患病；如果输入的SGCD的甲基化程度高于甲基化程度阈值，则输出患病，反之则输出未患病。

2.如权利要求1所述的诊断系统，所述SGCD的表达量和/或甲基化程度的检测结果是由检测模块进行检测的。

3.如权利要求1所述的诊断系统，所述系统还包括阈值检测模块。

4.一种冠状动脉扩张症的诊断装置，所述诊断装置包括获取单元、计算单元和输出单元，所述计算单元中比较SGCD的表达量检测结果与阈值的大小，并根据比较结果判断受试者是否患有冠状动脉扩张症。

5.如权利要求4所述的诊断装置，所述诊断装置以下任意一种：

检测单元，用于针对受试者样本进行检测；

阈值检测单元，用于根据不同来源样本的检测结果及相应患病情况计算阈值。

6.一种电子设备，

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行冠状动脉扩张症的诊断方法；

所述诊断方法包括将SGCD的表达量检测结果和/或甲基化程度检测结果与阈值比较，根据比较结果判断受试者是否患有冠状动脉扩张症。

7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行前述冠状动脉扩张症的诊断方法，所述诊断方法包括将SGCD的表达量检测结果和/或甲基化程度检测结果与阈值比较，根据比较结果判断受试者是否患有冠状动脉扩张症。

8.如权利要求7所述的计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括机器可读信号介质或机器可读储存介质；

优选地，所述机器可读介质包括电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合；

优选地，所述机器可读存储介质包括电气连接、便携式计算机盘、硬盘、RAM、ROM、EPROM或快闪存储器、光纤、CD-ROM、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

9.权利要求1所述的诊断系统、权利要求4所述的诊断装置、权利要求6所述的电子设备、权利要求7所述的计算机可读存储介质或SGCD的检测试剂在制备诊断冠状动脉扩张的产品中的应用。

10.如权利要求9所述的应用，所述检测试剂包括针对mRNA和/或蛋白表达量进行检测的试剂、针对甲基化程度进行检测的试剂。

Images