泛癌癥分析及基于泛癌癥分子標志物的腫瘤預后模型構(gòu)建.pdf

1、腫瘤是一類嚴重威脅人類健康的疾病，被稱為“眾病之王”，是目前人類健康的重要殺手之一。它可發(fā)源于人體的各個組織和器官，但都具有一個共同的特征—細胞的異常增殖。在與腫瘤持續(xù)斗爭的數(shù)千年期間，人類對腫瘤的探索從未停止。伴隨著科技水平的整體快速發(fā)展，人類對于腫瘤的認識程度從最開始的一無所知，到現(xiàn)在已是柳暗花明。
　　借助基因測序技術(shù)，我們已經(jīng)知道腫瘤細胞是由正常細胞經(jīng)過一系列基因突變轉(zhuǎn)化而來。細胞由于無法對其生長進行正常調(diào)控，因此導致自身

2、的異常增殖與分化，從此不再受機體控制，最終破壞人體正常的組織與器官。近幾十年來，隨著人類對腫瘤認識的不斷深入，化療、放療、靶向治療甚至免疫治療等多種治療手段不斷涌現(xiàn)。但到目前為止，我們?nèi)匀粵]有可以一勞永逸治愈腫瘤的技術(shù)手段。
　　2012年癌癥基因組圖譜組織發(fā)起泛癌癥研究計劃。泛癌癥研究將整合分析多種腫瘤類型，旨在從基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等不同組學角度研究腫瘤之間的差異性和相似性，進而希望可以指導臨床診斷與治療。腫瘤研究面臨的一

3、個重要難題就是腫瘤的異質(zhì)性。這種異質(zhì)性的內(nèi)在體現(xiàn)是腫瘤細胞在基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組等分子水平上具有差別，導致腫瘤在發(fā)生和發(fā)展過程中的分子機制并不相同。而這種異質(zhì)性的外在表現(xiàn)則是同類腫瘤的患者在預后狀況、治療效果、是否復發(fā)轉(zhuǎn)移等方面可能都存在明顯區(qū)別，這給腫瘤的診斷與治療帶來了巨大挑戰(zhàn)。如能針對不同的腫瘤亞型，采用精確的診斷方法和治療策略，則可以顯著改善腫瘤患者的診療體驗和效果。另一方面，有研究表明腫瘤之間不僅僅具有差異性，同時還具有相

4、似性。例如不同組織或器官來源的腫瘤可能含有相同分子特征，在這種情況下應用靶向共同特征的藥物可以實現(xiàn)精準治療。綜上所述，泛癌癥研究分析發(fā)現(xiàn)腫瘤之間的差異性與相似性，將有助于加深我們對腫瘤的理解和認識，協(xié)助探索腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的重要分子機制，最終推動臨床精準診斷與治療的發(fā)展。
　　本論文主要研究內(nèi)容包含三部分：即腫瘤類型間相似度的泛癌癥研究；腫瘤個體間相似度的泛癌癥研究；基于泛癌癥分子標志物的腫瘤預后研究。
　　第一部分，腫瘤

5、類型間相似度的泛癌癥研究。我們從GEO數(shù)據(jù)庫中收集了144個包含多種腫瘤及其亞型的基因芯片數(shù)據(jù)集，其中共包含2362個基因表達譜，涉及98種腫瘤及其亞型?；虮磉_印記是指一系列可以代表數(shù)據(jù)集的特征基因集合，它能夠反映基因表達水平在腫瘤組織和正常組織之間的變異情況。我們采用分層多數(shù)表決算法將每個數(shù)據(jù)集內(nèi)的基因表達譜融合形成對應的基因表達印記，而后利用基因富集分析方法衡量不同數(shù)據(jù)集間的相似度?；谀[瘤相似度矩陣，我們應用層次聚類方法探索腫瘤

6、類型及亞型之間的相似程度。分析結(jié)果顯示，大部分腫瘤類型與同種組織器官來源的腫瘤類型更為相似，如腦腫瘤、腎癌、淋巴瘤、結(jié)直腸癌和卵巢癌。但有的腫瘤類型或亞型與其他組織器官來源的腫瘤類型或亞型相似性程度更高，如乳腺癌、腎上腺皮質(zhì)癌、肺癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌和胸膜間皮瘤。
　　第二部分，腫瘤個體間相似度的泛癌癥研究。我們收集了TCGA中13個腫瘤類型的RNA-seq數(shù)據(jù)，并從中挑選出633個同時包含腫瘤組織和癌旁正常組織配對數(shù)據(jù)的樣本。根

7、據(jù)同一個體腫瘤組織和癌旁正常組織計算得到的轉(zhuǎn)錄響應譜，我們采用保守聚類方法將633個樣本分為10個類。這10個類在分子表達、富集通路和免疫組成上均有明顯差異。其中一類包含膀胱癌、乳腺癌、頭頸鱗癌和子宮內(nèi)膜癌四種腫瘤類型。頭頸鱗癌在保守聚類結(jié)果中被分為差異明顯的兩個亞型，一個亞型富集細胞周期相關(guān)功能，另一個亞型富集細胞粘附相關(guān)功能，二者可能對不同的治療方式有反應。此外，我們還發(fā)現(xiàn)92個基因在多種腫瘤中均上調(diào)，文獻調(diào)研和功能注釋的結(jié)果表明，

8、這些基因可能參與腫瘤細胞周期、細胞凋亡等過程的調(diào)控。我們從中選擇了FAM64A和TROAP兩個基因進行初步的功能實驗驗證。RNA干涉實驗顯示，在MDA-MB-231細胞中分別敲低二者的表達量，可以明顯抑制腫瘤細胞的生長。
　　第三部分，基于泛癌癥分子標志物的腫瘤預后模型構(gòu)建。通過文獻調(diào)研，我們選出了75個在不同腫瘤中與預后相關(guān)的分子標志物，這些分子標志物基本覆蓋了腫瘤發(fā)展過程中涉及到的全部信號通路。采用免疫組化方法，我們在非小細胞

9、肺癌中定量檢測了75個分子標志物的表達情況。生存分析顯示，在肺腺癌和肺鱗癌中分別有41個和22個分子標志物與臨床預后相關(guān)，但二者互相之間交集很少。隨后我們采用隨機森林方法分別篩選出肺腺癌和肺腺癌預后相關(guān)的分子標志物組合，并采用支持向量機方法分別構(gòu)建了肺腺癌和肺鱗癌預后模型，驗證結(jié)果顯示模型的預測性能良好。
　　綜上所述，本研究從不同角度開展泛癌癥研究，采用不同方法展示了腫瘤之間的相似性和差異性，對腫瘤的臨床診斷和治療具有一定參考價

10、值。本文的主要創(chuàng)新點包括：
　　1.首次將正常樣本數(shù)據(jù)應用于泛癌癥研究，從腫瘤類型間和腫瘤個體間相似的兩個角度發(fā)現(xiàn)了具有生物學意義的研究結(jié)果。我們的研究提示癌旁正常組織樣本作為腫瘤研究的良好參照因素，可以提供額外的有價值信息，在泛癌癥研究中能夠發(fā)揮積極作用；
　　2.將多種腫瘤的預后相關(guān)分子標志物應用于非小細胞肺癌的預后判斷，并獲得了預測性能良好的預后模型。提示泛癌癥分子標志物在不同腫瘤類型中均具有預測生存的能力，對于腫瘤的