先天性心臟病標記物組關(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：
　　隨著精準醫(yī)學的提出和發(fā)展，個體化醫(yī)療模式的逐步建立，基因測序技術(shù)快速發(fā)展，臨床大數(shù)據(jù)及生物學網(wǎng)絡不斷建立，通過跨學科協(xié)同完成的技術(shù)應用在疾病預測、診斷與疾病病因分析方面，被不斷完善，這些技術(shù)使實現(xiàn)對疾病和特定患者個體化精準治療成為可能，也在提高疾病的預防中具有重要意義。
　　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)境因素共同作用導致心臟的發(fā)育異常。由于先天性心臟病遺傳機制的復雜性，對如何導致心臟畸形的原因仍不清楚。先天性心臟病的種類復雜多樣，給先天性心臟病的治療和預防造成了極大的難題。
　　臨床研究表明血清學指標可以反映心功能狀態(tài)，臨床檢測指標主要有高敏C反應蛋白、脂蛋白a、心肌肌鈣蛋白、鈉尿肽等，心臟的異?？蓪е卵鍖W標記物的水平異常變化，通過先天性心臟病相關(guān)血清標記物組

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標記之間的關(guān)系目前尚未報道。而隨著生物信息學的快速應用，GO（Gene Ontology）已成為生物信息領(lǐng)域中一個重要的工具和方法。GO數(shù)據(jù)庫是一個結(jié)構(gòu)化的標準生物學模型，涵括了基因的細胞組分（cellular component）、分子功能（molecular fu

4、nction）、生物學過程（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)在細胞中的位置、分子功能及其參與的生物學過程，從而將基因及其產(chǎn)物的注釋簡化為標準化的詞匯。
　　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因素；基于臨床血清標記物水平，利用Logistic回歸及支持向量機兩種方法建立先天性心臟病的標記物組關(guān)系模型；通過G

5、O分析對先天性心臟病易感基因及血清學標記物進行功能注釋，建立易感基因及血清標記物之間的功能關(guān)系。
　　本研究運用臨床醫(yī)學、Meta分析及生物信息學GO分析等多學科結(jié)合的研究方法，為尋找與疾病病因相關(guān)基因表達和血清標志物的相關(guān)性提供了理論依據(jù)。利用血清標志物等指標建立的標記物組關(guān)系模型，也可能為其他疾病的早期預測提供技術(shù)支持。
　　該研究主要分為以下三個部分：
　　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因素。
　　方法：
　　以CNKI、維普、萬方、PubMed數(shù)據(jù)庫作為文獻的主要來源，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；血清危險因素的中文檢索詞為“先天性心臟病”，“血

7、清標志物”，“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19篇，其中NKX2.5基因相關(guān)文獻7篇，GATA4基因相關(guān)文獻11篇，F(xiàn)

8、OG2基因相關(guān)文獻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因素納入Meta分析文獻20篇，心肌肌鈣蛋白合并SMD為0.33，95%CI為0.12-0.55；高敏C-反應蛋白合并效應量SMD為1.84，95%CI為1.36-2.32

9、；BNP的合并效應量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因素。
　　第二部分、先天性心臟病臨床標記物組關(guān)系模型的建立
　　目的：
　　建立先天性心臟病的標記物組關(guān)系模型并評價其應用價值。
　　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）為研究對象。他們被分為兩組：實驗組（先天性心臟病患者）和對照組（正常體檢者）。采用酶聯(lián)免疫吸附分析
　　（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）方法檢測血清BNP水平，采用免疫速率比濁法檢測血清hs-CRP，采用免疫

11、發(fā)光法檢測血清cTnI水平，采用酶聯(lián)免疫吸附試驗（ELISA）雙抗夾心法檢測血清Lp(a)水平。以臨床實驗結(jié)果對Meta篩選出血清學結(jié)果進行對照補充。
　　2.以先天性心臟病診斷結(jié)果（患者=1，健康者=0）為應變量，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標志物，通過逐步運算，最終得到建模指標。利用支持向量機建立先天性心臟病的血清標記物組關(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、對照者中的60例作為測試集樣本，輸入到支持向量機中進行訓練。
　　3.以Logistic回歸模型變量的檢測水平為檢驗變量，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）評價其對先天性心臟病的應用價值；選取其余的20例先天性心臟病患者和20例對照者作為測試集樣本，輸入訓練后的支持向量機中網(wǎng)絡，得到對應的判別結(jié)果（1或0），和目標對比后可得出判別準確率，并評價創(chuàng)建

13、的標記物組關(guān)系模型的應用價值。
　　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)計學意義。
　　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ROC曲線下面積AUC分別為0.994、0.981、0.999，準確率分別為93.4%、87.1%、97.2%，具有較高的應用價值；支持向量機診斷模型的診斷準確率為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)合檢測模型及基于SVM建立的先天性心臟病標記物組關(guān)系

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

16、找血清標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.利用實時熒光定量PCR檢測先天性心臟病患者及健康對照者的易感基因表達水平，與血清標記物水平進行對比，分析易感基因及血清標記物之間的可能關(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與血清標記物Lp(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.實時熒光定量PCR檢測結(jié)果表明，相對于健康者，先天性心臟病患者的NKX2.5、GATA4、FOG2基因相對表達量2-ΔΔCt分別為0.59±0.18，0.47±0.14，0.33±0.99，病例組的表達量明顯低于對照組，而病例組的血清Lp(a)及BNP水平顯著高于對照組。
　　小結(jié)：
　　先天性心臟病易感基因NKX2.5、GATA4、FOG2與血清標記物Lp(a)與BNP之間在GO功能注釋方面存在聯(lián)系，與Lp(a)主要