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文献分享 | 基于大规模多中心人群的肝癌血清标志物研究

分类:
阿趣动态
发布时间:
2019/03/04 13:32
浏览量
 
百趣代谢组学全国巡讲如火如荼的进行着,某日有老师问Lavender,为什么都是多组学发的高分文章,我只想做代谢组学可以发高分吗?
 
答案当然是 Yes。接下来Lavender就为大家分享由大连物化所许国旺老师课题组今年2月份发表在HEPATOLOGY上面的一篇文章。文章的题目为:A Large-Scale, Multicenter Serum Metabolite Biomarker Identification Study for the Early Detection of Hepatocellular Carcinoma。
 
代谢组学
 
摘要
 
HCC(肝细胞癌)是全球较致命的恶性肿瘤之一,全球约有50%的新病例和死亡相关的肝癌发生在中国。目前HCC在高危人群中的早期诊断仍然具有挑战性,所以发现新型标志物是一个迫切的需求。 该实验通过纳入1448名受试者,采用LC-MS分析技术,鉴定并验证到了一组新型的肝癌组合代谢标志物:甘氨酸胆酸、苯丙酰色氨酸。
 
实验设计
 
 
代谢组学
 
图1 实验设计NC:正常对照;Cir:肝硬化;CHB:慢性乙型肝炎;HCC:肝细胞癌;S-HCC:小肝细胞癌; GSC:胃癌;ICC:肝内胆管细胞癌
 
①训练集包含108个样本,用来发现候选biomarker。
 
②测试集包含684个样本,用来测试候选biomarker,找到潜在biomarker;其中S-HCC样本用来评估早期肝癌的代谢标志物。
 
③ 验证集中572个样本组成的队列1用来建立代谢物组合回归模型,并分别评价他们的诊断性能。队列2是一个巢式病例对照研究,将建立好的组合回归模型应用到cohort2队列中,再次评估这个生物标志物组合对于HCC的预测能力。
 
研究方法
 
血清样本收集
 
禁食过夜后,6:00-8:00 am收集临床血清样本
 
检测平台
 
训练集,测试集:ACQUITY UPLCTM + Q-Trap 5500
 
验证集:LC (Nexera x2)-MS (TQ8050)
 
数据库:home-developed database(>2000) , HMDB, metlin
 
By the way,这里的训练集和测试集检测用到了拟靶向的方法。
 
代谢组学
 
图2 拟靶向检测原理(Shili Chen,Guowang Xu,et al. Pseudotargeted Metabolomics Method and Its Application in Serum Biomarker Discovery for Hepatocellular Carcinoma Based on Ultra High-Performance Liquid Chromatography/Triple Quadrupole Mass Spectrometry,analytical chemistry)
 
之前Biotree代谢组学微信公众号也曾推出拟靶向检测的案例分享,大家感兴趣的话可关注文末微信公众号深度阅读(文献分享 | 从SWATH到MRM:一种新型高覆盖度靶向代谢组学技术
 
数据分析
 
SIMCA-P:PCA,PLS-DA
 
Multi Experiment Viewer: Wilcoxon Mann-Whitney test,Benjamini-Hochberg-based false discovery rate
 
SPSS:Binary logistic regression,correlation analysis
 
Metaboanalyst:pathway analysis
 
研究结果
 
训练集筛选差异代谢物
 
代谢组学
 
图3 (A)训练集的total PCA  (B)多元变量统计结果 (C)单变量统计分析结果
 
结合多变量统计分析和单变量统计分析,后来筛选到17个候选biomarker。
 
筛选验证潜在biomarker
 
首先考察这17个差异代谢物在测试集HCC VS NC, HCC VS Cir, S-HCC VS NC, and S-HCC VS Cir这四组对比中众有显著差异,并且上下调趋势是否与训练集一致,从而在17个代谢物中筛选到了8个差异化合物。最后再结合二元logistic回归分析,筛选到一组标志物组合:Phe-Trp, GCA。
 
代谢组学
 
图4 血清代谢物组(2-Meta)、AFP和两者联合的ROC分析
 
在训练集和测试集中分别计算该标志物组区分肝细胞癌和肝硬化的ROC,AUC值分别达到0.93.和0.892,远远高于AFP的诊断能力。而如果与甲胎蛋白联用的话,则能表现出更高的诊断灵敏度。 另外测试集的数据也显示,在区分小肝细胞癌和肝硬化的时候,该标志物组相对于AFP有较高的诊断敏感度和相似的诊断特异性。而肝硬化是患小肝细胞癌的高危人群,在临床上很难鉴别,该标志物组的发现对于早期肝癌的发现具有显著意义。
 
验证集数据也与训练集测试集的结果类似,相比AFP,该代谢物组表现出了较高的诊断能力。
 
代谢组学
图5血清代谢物组(2-Meta),AFP和两者联合在HCC和S-HCC中的诊断性能比较
 
另外我们也可以看到,对于具有HCC和S-HCC的AFP假阴性(AFP <20ng / mL)的患者,该组的诊断准确度能够大幅度提升。基于这些结果逐步鉴定并验证了HCC诊断的生物标志物。 
 
巢式队列研究
 
代谢组学
 
图6 血清代谢物组(2-Meta),AFP和两者联合在临床诊断前预测HCC的表现
 
验证队列2收录了84个样本,进一步评估代谢物组。标志物组的敏感度能达到80%-70.3%,并且从3年前到1年前的数据可以看到,它对临床前HCC的诊断的敏感性是持上升趋势的。而与AFP结合使用的话,能够大幅度提升它的诊断特异性。 
 
关联分析
 
代谢组学
图7 临床指标与代谢物的相关性分析
 
关联分析的结果可以看出,几种胆汁酸水平与天冬氨酸氨基转移酶,丙氨酸氨基转移酶,总胆红素,直接胆红素和间接胆红素水平呈正相关,与总蛋白和白蛋白水平呈负相关。Phe-Trp,5-羟色胺,肌醇,胆碱,牛磺酸等的水平则显示出相反的关系。而这些不同代谢物的水平与BMI,AFP水平,年龄和性别无关。 
 
结果与讨论
 
这项研究从多个中心招募了1448名受试者,对这些样本进行代谢组学LC-MS/MS检测,并结合多变量和单变量的统计分析,鉴定验证到了一组生物标志物:phe-trp和GCA,能够显著提升HCC的诊断敏感度和特异性。并且该生物标志物组可以识别AFP假阴性患者,并从高风险人群中区分患有S-HCC的患者,其诊断性能优于AFP。本研究另一个独特的方面是巢式病例对照研究的验证。该标志物组随时间表现出的诊断敏感度增加趋势符合HCC的临床进展,并且敏感性和特异性与AFP互补,可在临床诊断前筛查来自高危人群的临床前HCC。 
 
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