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基于转录组测序技术筛选并验证慢性乙型肝炎-肝纤维化/肝硬化-肝细胞癌疾病进展新型生物标志物
Authors Zhao D , Zhang X, Tang Y, Guo P, Ai R, Hou M, Wang Y, Yuan X, Cui L, Zhang Y, Zhao S, Li W, Wang Y, Sun X, Liu L, Dong S, Li L, Zhao W, Nan Y
Received 7 January 2022
Accepted for publication 27 April 2022
Published 9 May 2022 Volume 2022:9 Pages 389—403
DOI https://doi.org/10.2147/JHC.S357380
Checked for plagiarism Yes
Review by Single anonymous peer review
Peer reviewer comments 2
Editor who approved publication: Dr Ahmed O Kaseb
目的:识别并验证乙型肝炎病毒(HBV)相关慢性肝炎、肝纤维化/肝硬化和肝细胞癌患者发生发展的新型生物标志物。
方法:基于肝组织病理学诊断,选择健康对照(CON,4 例)、慢性乙型肝炎(CHB ,5 例)乙肝肝纤维化/肝硬化(LF/LC,5 例)及相关肝细胞癌(HCC,5 例)4 组人群肝组织样本,进行高通量测序检测 mRNA 表达谱;进行生物信息学分析,通过加权基因共表达网络分析(weighted gene co-expression network analysis,WGCNA)和趋势分析(short time-series expression miner,STEM),筛选出 HBV 相关系列肝脏疾病发生发展过程中关键分子,并通过 GO(Gene Ontology)和 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)功能分析预测主导基因的生物功能。应用定量逆转录酶聚合酶链反应(quantitative real-time polymerase chain reaction,qRT-PCR)及免疫组化(immunohistochemical,IHC)试验验证所选指标表达趋势与高通量测序结果的一致性。然后,利用验证组 200 例血浆样本和测试组 400 例血浆样本,通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测筛选靶蛋白的表达水平。采用 ROC 分析衡量所选指标及模型的诊断效能。
结果:
1. mRNA 的差异表达及初步分析:应用柱状图、韦恩图和火山图来描述 mRNA 的表达情况。与对照组相比,慢性乙型肝炎组共检测到 1581 个明显差异表达 mRNA,其中上调的有 901 个,下调的有 2680 个;乙肝肝纤维化/肝硬化组有 2141 个明显差异表达的 mRNA,其中 1493 个上调,648 个下调;在肝细胞癌组,共有 1588 个明显差异表达 mRNA,包括 1130 个上调的 mRNA 和 458 个下调的 mRNA。
2. 筛选慢性乙型肝炎-肝纤维化/肝硬化-肝细胞癌疾病进展关键分子:对 CON、CHB、LF/LC、HCC 四组样本测序所得的 mRNA 对应基因进行 WGCNA 分析,选择与肝纤维化及肝癌相关的黄绿色、绿色、绿松石色和白色模块;同时对所有 mRNA 进行趋势分析,选择在 4 组中呈递增趋势的趋势集。综合 WGCNA 和 STEM 分析,选择 Shc 衔接蛋白 1(SHC adaptor protein 1, SHC1)、SLAM 家族成员 8 (SLAM family member 8, SLAMF8)、白介素 32(interleukin-32, IL-32)、整合素 β2(integrin subunit beta 2, ITGB2)、中脑星形胶质细胞源性神经营养因子(mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor, MANF)、串联 C2 结构域核(tandem C2 domains nuclear, TC2N)、突触足蛋白(synaptopodin, SYNPO)、UDP-葡萄糖焦磷酸化酶 2(UDP-glucose pyrophosphorylase 2, UGP2)、含有纤维蛋白样细胞外基质蛋白 1(EGF-containing fibulin extracellular matrix protein 1, EFEMP1)这 9 个指标进行后续诊断标志物分析。
3. qRT-PCR 初步验证 mRNA 表达情况:肝组织 PCR 试验检测所选 9 个指标表达水平,发现 SHC1、SLAMF8、IL-32、ITGB2、MANF、TC2N、SYNPO 和 EFEMP1 在正常、慢性乙型肝炎、乙肝肝纤维化/肝硬化及肝细胞癌四组中呈逐渐增加表达趋势。应用 qRT-PCR 进一步验证外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell,PBMC)9 个 mRNA 的表达水平,发现 SHC1,SLAMF8 和 IL-32 在四组样本呈递进增高表达趋势。
4. 正常及病变肝组织中 SHC1、SLAMF8、IL-32、ITGB2、MANF 免疫组化染色:积分光密度(IOD)分析显示,SHC1、SLAMF8 和 IL-32 在 HCC 患者的肝脏表达最高,其次是 LF/LC 患者、CHB 患者,健康对照组表达量最低。ITGB2 和 MANF 在 LF/LC 表达量最高,明显高于 CHB 和对照组,但 HCC 患者肝组织中 ITGB2 和 MANF 表达水平下降。
5. 验证集中健康对照、慢性乙型肝炎、乙肝肝纤维化/肝硬化及肝细胞癌人群基本特征:随着 HBV 相关肝脏疾病病情逐渐严重,男性受试者比例、年龄、AST、铁蛋白、FIB-4、APRI、SHC1、SLAMF8 和 IL-32 水平逐渐升高,而 WBC、PLT 和 ALB 水平逐渐下降。
6. 验证集中 HBV 系列肝脏疾病病程进展相关因素分析:单因素和多因素有序逻辑回归分析结果表明,age、PLT、铁蛋白、SHC1、SLAMF8 和 IL-32 是 HBV 相关系列肝脏疾病发生发展的独立影响因素。
7. 筛选并建立新型生物诊断标志物及诊断模型:基于 3 种 mRNA,结合 age、PLT、铁蛋白建立 APFSSI 模型。在区分慢性乙型肝炎与健康对照组时,APFSSI 模型的最佳诊断界值为 1.624,曲线下面积为 0.966,优于 SHC1(AUC=0.900)、SLAMF8(AUC=0.744)和 IL-32 (AUC=0.821)。以 2.470 作为 APFSSI 的诊断界值,其区分 LF/LC 患者与 CHB 患者的敏感性为 90.0%,特异性为 84.0%,AUC 为 0.924,明显优于 SHC1、SLAMF8 和 IL-32(AUC 分别为 0.812、0.684 和 0.741)。当诊断界值为 3.349 时,APFSSI 模型在区分 HCC 患者和 LF/LC 患者方面显示出 84.0% 的敏感性和 86.0% 的特异性,比其他变量(SHC1、SLAMF8 和 IL-32)具有更好的诊断效能。
8. 在测试集中验证新型生物诊断标志物及诊断模型:测试集中呈递进增加或减少趋势的变量与验证集中的变量一致,APFSSI 模型在鉴别诊断 CHB、LF/LC 或 HCC 患者的诊断性能最高,均优于其他参数。
结论:
1. SHC1、SLAMF8、IL-32 可区分 “HCC 患者与 LF/LC 患者”、“LF/LC 患者与 CHB 患者”、“CHB 患者与健康对照组”。
2. 基于年龄、PLT、铁蛋白、SHC1、SLAMF8 和 IL-32 建立的 APFSSI 模型诊断效能最大,根据相应界值有助于区分 HBV 不同疾病阶段,为 HBV 相关慢性肝炎、肝纤维化/肝硬化及肝细胞癌患者早期诊断提供依据。
关键词:HBV 相关肝病,转录组测序,Shc 衔接蛋白 1,SLAM 家族成员 8,白介素 32