基因集富集分析在腫瘤標(biāo)志物篩選中的比較研究.pdf

1、DNA微陣列技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)研究,成為探索生命奧秘的重要工具之一?；虮磉_(dá)譜反映了基因的活動信息,可以用于分析基因表達(dá)的變化情況,基因之間是否相關(guān),在不同表型和條件下基因的表達(dá)如何受到影響;通過基因表達(dá)譜可以了解細(xì)胞當(dāng)前生理狀態(tài),如細(xì)胞是正常還是惡化、藥物對腫瘤細(xì)胞的有效性如何、是否敏感等。所以基因表達(dá)譜能夠在醫(yī)學(xué)臨床診斷、藥物療效研究、揭示疾病發(fā)生機(jī)制等方面發(fā)揮著重要的作用。因此如何從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取出有關(guān)基因的結(jié)構(gòu)與功能信息,

2、得到生物體中具體生理、病理過程的確切描述,是基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析的主要研究和應(yīng)用方向。由于基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)具有高維度和樣本量小的特點(diǎn),并且其中含有大量未知和(或)無關(guān)基因,如何從這些海量基因信息挖掘到有用的信息,能夠深層次研究基因及基因間的相互作用,已成為微陣列技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的主要問題。目前,基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析方法的研究已成為生物與醫(yī)學(xué)統(tǒng)計學(xué)研究領(lǐng)域的重要任務(wù)和熱點(diǎn)問題。本研究基于微陣列中基因集富集差異表達(dá)(GeneSetEnrichmen

3、tAnalysis)的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù)分析方法,圍繞篩選差異表達(dá)富集基因集、自限性原假設(shè)分析方法、一元和多元的分析方法在腫瘤生物標(biāo)志物(Biomarker)篩選中應(yīng)用的有效性和可靠性的比較性研究。本研究主要做了以下工作:
　　1.簡要介紹了基因芯片中實(shí)驗(yàn)設(shè)計方法、微陣列數(shù)據(jù)的預(yù)處理及其標(biāo)準(zhǔn)化方法。回顧了微陣列數(shù)據(jù)基因集富集差異表達(dá)分析的統(tǒng)計方法。根據(jù)微陣列研究統(tǒng)計設(shè)計和數(shù)據(jù)資料類型,分別引入了目前在實(shí)際應(yīng)用中統(tǒng)計方法上較具有代表性的

4、一元的基因集富集分析方法SAM-GS和GAGE以及多元的基因集富集分析方法GlobalAncova和MANOVA共四種方法,介紹了其各自的理論基礎(chǔ)和特點(diǎn)。
　　2.探討了在微陣列數(shù)據(jù)中基因集的定義和其特點(diǎn),基因集富集分析方法及其較單基因差異表達(dá)分析的優(yōu)勢所在,以及其在生物醫(yī)學(xué)中的開發(fā)和應(yīng)用。探討了腫瘤生物醫(yī)學(xué)研究中的難點(diǎn),重點(diǎn)討論了腫瘤標(biāo)志物對于腫瘤病人的早期診斷和治療的意義。微陣列基因集富集分析如何在篩選腫瘤標(biāo)志物方面發(fā)揮其優(yōu)勢

5、和作用,以及如何來評價基因集富集分析方法在篩選腫瘤標(biāo)志物的效率和準(zhǔn)確度。
　　3.采用NCI60腫瘤細(xì)胞系數(shù)據(jù),選定已知生物學(xué)證據(jù)的由p53、PTEN和p16分別參與構(gòu)成的信號通路(基因集)作為陽性目的檢測指標(biāo),對應(yīng)的RAC1、PRKARB2和PRKACB參與構(gòu)成的基因集為陰性目的檢測指標(biāo)。分別以四種基因集富集分析方法對數(shù)據(jù)的分析,比較其各自檢出結(jié)果與包含已知突變和野生基因集的符合程度,判斷其檢出效率,通過計算ROC曲線下面積,對

6、四種方法給以客觀的評價。在樣本量較小的情況下,一元的分析方法SAM-GS和GAGE的檢驗(yàn)效率高于多元的分析方法GlobalAncova和MANOVA,隨著樣本量增大,四種方法間的效率差異減小,一元的方法仍舊保持較好的穩(wěn)定性和可重復(fù)性,以GAGE的表現(xiàn)最佳。
　　4.為了檢驗(yàn)四種不同的方法在實(shí)際數(shù)據(jù)中的應(yīng)用結(jié)果,進(jìn)一步對四種基因集富集分析方法進(jìn)行實(shí)例研究,分別選用結(jié)腸癌數(shù)據(jù)GSE4107和非小細(xì)胞肺癌數(shù)據(jù)GSE3593,篩選不同表型