先天性心臟病標(biāo)記物組關(guān)系模型的建立及其血清因子與易感基因關(guān)聯(lián)的GO功能解析.pdf

1、背景：
　　隨著精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的提出和發(fā)展，個(gè)體化醫(yī)療模式的逐步建立，基因測(cè)序技術(shù)快速發(fā)展，臨床大數(shù)據(jù)及生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)不斷建立，通過跨學(xué)科協(xié)同完成的技術(shù)應(yīng)用在疾病預(yù)測(cè)、診斷與疾病病因分析方面，被不斷完善，這些技術(shù)使實(shí)現(xiàn)對(duì)疾病和特定患者個(gè)體化精準(zhǔn)治療成為可能，也在提高疾病的預(yù)防中具有重要意義。
　　先天性心臟病是目前最為常見的先天畸形，同時(shí)也是引起嬰幼兒死亡的首要原因。在新生兒中發(fā)病率約為0.7％~1%，嚴(yán)重危害嬰幼兒的健康。在心臟的發(fā)

2、育過程中涉及到多種因素在時(shí)間和空間上的相互作用，而胚胎期遺傳因素和環(huán)境因素共同作用導(dǎo)致心臟的發(fā)育異常。由于先天性心臟病遺傳機(jī)制的復(fù)雜性，對(duì)如何導(dǎo)致心臟畸形的原因仍不清楚。先天性心臟病的種類復(fù)雜多樣，給先天性心臟病的治療和預(yù)防造成了極大的難題。
　　臨床研究表明血清學(xué)指標(biāo)可以反映心功能狀態(tài)，臨床檢測(cè)指標(biāo)主要有高敏C反應(yīng)蛋白、脂蛋白a、心肌肌鈣蛋白、鈉尿肽等，心臟的異?？蓪?dǎo)致血清學(xué)標(biāo)記物的水平異常變化，通過先天性心臟病相關(guān)血清標(biāo)記物組

3、的優(yōu)化建?？梢詾橄忍煨孕呐K病的病因分析、早期診斷和治療提供理論依據(jù)。
　　越來越多的研究表明先天性心臟病的發(fā)病機(jī)制和某些轉(zhuǎn)錄因子有關(guān)，而先天性心臟病的易感基因和血清學(xué)標(biāo)記之間的關(guān)系目前尚未報(bào)道。而隨著生物信息學(xué)的快速應(yīng)用，GO（Gene Ontology）已成為生物信息領(lǐng)域中一個(gè)重要的工具和方法。GO數(shù)據(jù)庫是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的標(biāo)準(zhǔn)生物學(xué)模型，涵括了基因的細(xì)胞組分（cellular component）、分子功能（molecular fu

4、nction）、生物學(xué)過程（biological process）。在基因功能注釋方面，GO發(fā)揮著巨大的作用，GO可以分析基因或蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的位置、分子功能及其參與的生物學(xué)過程，從而將基因及其產(chǎn)物的注釋簡(jiǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化的詞匯。
　　本研究擬采用Meta分析方法從近年來的國內(nèi)外研究中篩選出先天性心臟病的易感基因及血清危險(xiǎn)因素；基于臨床血清標(biāo)記物水平，利用Logistic回歸及支持向量機(jī)兩種方法建立先天性心臟病的標(biāo)記物組關(guān)系模型；通過G

5、O分析對(duì)先天性心臟病易感基因及血清學(xué)標(biāo)記物進(jìn)行功能注釋，建立易感基因及血清標(biāo)記物之間的功能關(guān)系。
　　本研究運(yùn)用臨床醫(yī)學(xué)、Meta分析及生物信息學(xué)GO分析等多學(xué)科結(jié)合的研究方法，為尋找與疾病病因相關(guān)基因表達(dá)和血清標(biāo)志物的相關(guān)性提供了理論依據(jù)。利用血清標(biāo)志物等指標(biāo)建立的標(biāo)記物組關(guān)系模型，也可能為其他疾病的早期預(yù)測(cè)提供技術(shù)支持。
　　該研究主要分為以下三個(gè)部分：
　　第一部分、先天性心臟病易感基因及臨床研究血清危險(xiǎn)因素的M

6、eta分析
　　目的：
　　篩選先天性心臟病的易感基因及血清危險(xiǎn)因素。
　　方法：
　　以CNKI、維普、萬方、PubMed數(shù)據(jù)庫作為文獻(xiàn)的主要來源，易感基因的中文檢索詞為“先天性心臟病”、“基因”、“突變”，英文檢索詞為“congenital heart disease”，“gene”，“mutations”，發(fā)表年限為2006年1月1日至2014年06月31日；血清危險(xiǎn)因素的中文檢索詞為“先天性心臟病”，“血

7、清標(biāo)志物”，“早期診斷”，英文檢索詞為“congenital heart disease”，“serum markers”，“diagnosis”，發(fā)表年限為2000-01-01至2014-10-31。納入文獻(xiàn)的全文均為中文或英文。提取有效的數(shù)據(jù)，利用Revman5.1軟件進(jìn)行Meta分析。
　　結(jié)果：
　　1.先天性心臟病易感基因納入Meta分析文獻(xiàn)19篇，其中NKX2.5基因相關(guān)文獻(xiàn)7篇，GATA4基因相關(guān)文獻(xiàn)11篇，F(xiàn)

8、OG2基因相關(guān)文獻(xiàn)4篇。NKX2.5基因合并OR值為2.02，95%CI為1.42-2.86；GATA4基因合并OR值為2.08，95%CI為1.50-2.88，F(xiàn)OG2基因合并OR值為19.43，95%CI為4.52-83.63。
　　2.先天性心臟病血清危險(xiǎn)因素納入Meta分析文獻(xiàn)20篇，心肌肌鈣蛋白合并SMD為0.33，95%CI為0.12-0.55；高敏C-反應(yīng)蛋白合并效應(yīng)量SMD為1.84，95%CI為1.36-2.32

9、；BNP的合并效應(yīng)量SMD為321.33，95%CI為279.03-364.29。
　　小結(jié)：
　　NKX2.5、GATA4、FOG2基因作為遺傳因素，是先天性心臟病的易感基因；血清cTnI、hsCRP、BNP是先天性心臟病的危險(xiǎn)因素。
　　第二部分、先天性心臟病臨床標(biāo)記物組關(guān)系模型的建立
　　目的：
　　建立先天性心臟病的標(biāo)記物組關(guān)系模型并評(píng)價(jià)其應(yīng)用價(jià)值。
　　方法：
　　1.選取以2009年

10、12月至2014年09月我院心臟外科收治的80例（男性54例，女性76例，年齡7天~59歲）先天性心臟病患者及門診體檢正常者80例（男性38例，女性42例，年齡0.3~51歲）為研究對(duì)象。他們被分為兩組：實(shí)驗(yàn)組（先天性心臟病患者）和對(duì)照組（正常體檢者）。采用酶聯(lián)免疫吸附分析
　?。╡nzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）方法檢測(cè)血清BNP水平，采用免疫速率比濁法檢測(cè)血清hs-CRP，采用免疫

11、發(fā)光法檢測(cè)血清cTnI水平，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)（ELISA）雙抗夾心法檢測(cè)血清Lp(a)水平。以臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)Meta篩選出血清學(xué)結(jié)果進(jìn)行對(duì)照補(bǔ)充。
　　2.以先天性心臟病診斷結(jié)果（患者=1，健康者=0）為應(yīng)變量，用向前法作逐步Logistic回歸分析篩選用于判斷先天性心臟病的血清學(xué)標(biāo)志物，通過逐步運(yùn)算，最終得到建模指標(biāo)。利用支持向量機(jī)建立先天性心臟病的血清標(biāo)記物組關(guān)系模型，選取收集的80例先天性心臟病患者中的60例和80例健康

12、對(duì)照者中的60例作為測(cè)試集樣本，輸入到支持向量機(jī)中進(jìn)行訓(xùn)練。
　　3.以Logistic回歸模型變量的檢測(cè)水平為檢驗(yàn)變量，以病理診斷結(jié)果為狀態(tài)變量，制作其ROC曲線，根據(jù)ROC曲線下面積值（area under the curve，AUC）評(píng)價(jià)其對(duì)先天性心臟病的應(yīng)用價(jià)值；選取其余的20例先天性心臟病患者和20例對(duì)照者作為測(cè)試集樣本，輸入訓(xùn)練后的支持向量機(jī)中網(wǎng)絡(luò)，得到對(duì)應(yīng)的判別結(jié)果（1或0），和目標(biāo)對(duì)比后可得出判別準(zhǔn)確率，并評(píng)價(jià)創(chuàng)建

13、的標(biāo)記物組關(guān)系模型的應(yīng)用價(jià)值。
　　結(jié)果：
　　1.先天性心臟病患者的血清cTnI、hs-CRP、BNP、Lp(a)水平明顯高于健康者，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　2.Logistic回歸分析結(jié)果表明，單變量Lp(a)、cTnI、BNP與先天性心臟病的發(fā)生相關(guān)，多變量cTnI、BNP、Lp(a)與先天性心臟病的發(fā)生非顯著相關(guān)，Lp(a)與cTnI，Lp(a)與BNP，BNP與cTnI聯(lián)合變量與先天性心臟病的發(fā)生相關(guān)，其聯(lián)

14、合檢測(cè)ROC曲線下面積AUC分別為0.994、0.981、0.999，準(zhǔn)確率分別為93.4%、87.1%、97.2%，具有較高的應(yīng)用價(jià)值；支持向量機(jī)診斷模型的診斷準(zhǔn)確率為85%。
　　小結(jié)：
　　先天性心臟病患者較正常人的血清cTnI、hs-CRP、BNP、Lp(a)水平存在顯著異常；基于Logistic回歸建立的Lp(a)與cTnI，Lp(a)與BNP，BNP與cTnI聯(lián)合檢測(cè)模型及基于SVM建立的先天性心臟病標(biāo)記物組關(guān)系

15、模型均具有較高的輔助診斷價(jià)值，Logistic回歸建立的模型準(zhǔn)確率更高，可為先天性心臟病的輔助診斷提供技術(shù)支持。
　　第三部分、血清標(biāo)記物L(fēng)p(a)、BNP與先天性心臟病易感基因的生物信息學(xué)功能解析
　　目的：
　　探討先天性心臟病易感基因及相關(guān)血清標(biāo)記物之間的功能關(guān)系。
　　方法：
　　1.利用生物信息學(xué)方法，通過GO（Gene Ontology）分析對(duì)先天性心臟病易感基因及血清標(biāo)記物分別進(jìn)行功能注釋，尋

16、找血清標(biāo)記物與易感基因之間的相同功能，并建立血清與基因之間的功能關(guān)系圖。
　　2.利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)先天性心臟病患者及健康對(duì)照者的易感基因表達(dá)水平，與血清標(biāo)記物水平進(jìn)行對(duì)比，分析易感基因及血清標(biāo)記物之間的可能關(guān)系。
　　結(jié)果：
　　1.GO分析結(jié)果表明，先天性心臟病易感基因NKX2.5、GATA4、FOG2與血清標(biāo)記物L(fēng)p(a)及BNP之間在功能上存在關(guān)聯(lián)，而與血清cTnI、hs-CRP未發(fā)現(xiàn)相關(guān)性；
　

17、　2.實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢測(cè)結(jié)果表明，相對(duì)于健康者，先天性心臟病患者的NKX2.5、GATA4、FOG2基因相對(duì)表達(dá)量2-ΔΔCt分別為0.59±0.18，0.47±0.14，0.33±0.99，病例組的表達(dá)量明顯低于對(duì)照組，而病例組的血清Lp(a)及BNP水平顯著高于對(duì)照組。
　　小結(jié)：
　　先天性心臟病易感基因NKX2.5、GATA4、FOG2與血清標(biāo)記物L(fēng)p(a)與BNP之間在GO功能注釋方面存在聯(lián)系，與Lp(a)主要