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目的:食管癌(Esophageal carcinoma,EC)是我国常见恶性肿瘤之一,多年来发病率、死亡率居高不下。河北省磁县、涉县地处太行山南麓,是国内主要食管癌高发区,文献报道两县食管癌发病率和死亡率均远高于全国水平,近年研究发现该地区食管癌高发的同时,贲门癌(Gastric cardiacadenocarcinoma,GCA)也有较高的发病率。目前,公认早期发现、早期诊断、早期治疗即“三早”是提高食管癌和贲门癌生存率的重要措施,但由于早期癌及癌前病变多无明显临床症状,导致其检出率较低,高发区缺乏有效初筛方法。因此探索安全简便、经济有效的筛查方法和敏感及特异性均较高的肿瘤标志物应用于高危人群筛查,提高食管癌、贲门癌及癌前病变的检出率是目前亟待解决的重要课题。近年来研究表明,肿瘤性疾病从蛋白组学的角度可以被认为是蛋白质缺陷病,其发生过程中有多种蛋白会发生异常改变,利用蛋白质组学方法检测蛋白质谱的变化可以更准确地诊断肿瘤。表面增强激光解吸电离飞行时间质谱技术(surface enhancedlaser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry,SELDI-TOF-MS)是近几年发展起来的一种新的蛋白质组学技术,可高通量、高效率、高灵敏度的检测微量粗制样本的蛋白图谱,尤其是能检测肿瘤相关的低丰度蛋白,为候选肿瘤蛋白标志物的筛选提供了可能。
本研究用SELDI-TOF-MS方法:
1.检测高发区自然人群中食管癌及癌前病变和正常对照者(Normal,NOR)血清蛋白表达谱的改变,建立高发区食管癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型并探究其筛查价值。
2.检测高发区自然人群中贲门癌及癌前病变和正常对照者血清蛋白表达谱的改变,建立高发区贲门癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型并探究其筛查价值。
方法:标本取自2004年9月至2005年12月期间在食管癌高发区磁县、涉县自然人群中的内镜筛查病例,选取检出的26例食管鳞状上皮轻度不典型增生(Esophageal milddysplasia,EDYS I)、26例中度不典型增生(Esophagealmoderate dysplasia,EDYS Ⅱ)、11例重度不典型增生(Esophageal severe dysplasia,EDYSⅢ)、15例早期食管癌(Early esophageal cancer,EEC)、36例进展期食管癌(Advancedesophageal carcinoma,AEC)、21例贲门腺上皮轻度不典型增生(Gastric-cardia mild dysplasia,GDYS I)、10例中或重度不典型增生(Gastric.cardia moderate or severe dysplasia,GDYSⅡ~Ⅲ)、34例GCA患者,另随机选取年龄和性别匹配的38例NOR一并纳入本研究。全部病例均经内镜碘染色指示性活检,病理组织学确诊,其中癌前病变各组均经复诊印证诊断。上述全部病例采用CM10蛋白芯片及SELDI-TOF-MS技术检测其血清蛋白质谱,所得资料使用浙江大学肿瘤所设计蛋白芯片数据分析系统(Zhejiang university cancer insititute Proteinchip data analysis system,ZUCI-PDAS)软件包分析,对每个质荷比峰值做Wilconxon秩和检验,选出P值最小的10个峰进一步分析。将10个峰的任意组合用于支持向量机模型的输入,选出Youden指数最高的组合作为候选标志物,分别建立食管、贲门癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型,并用留一法交叉验证作为评估模型判别效果的方法。
结果:
1(1)应用SELDI-TOF-MS技术结合支持向量机方法分别建立食管癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型共九个,即诊断模型EDYS I VS NOR、EDYS Ⅱ VS NOR、EDYSⅢ VS NOR、EEC VS NOR、AEC VS NOR、EDYS Ⅰ VSAEC、EDYS Ⅱ VS AEC、EDYSⅢ VS AEC、EEC VS AEC。
(2)其中诊断模型EDYS Ⅰ VS NOR、EDYS Ⅱ VS NOR、EDYSⅢvs NoR、EEC vs NoR、AEC VS NOR的特异性(Specificity,Spe)分别为92.11%、84.21%、81.58%、81.58%、89.47%,敏感性(Sensitivity,Sen)分别为42.31%、73.08%、45.45%、80.00%、83.33%。
(3)诊断模型EDYS Ⅰ VS AEC、EDYS ⅡVS AEC、EDYSⅢ VS AEC、EEC VS AEC的Spe分别为92.31%、80.77%、90.91%、73.33%,Sen分别为80.56%、83.33%、94.44%、91.67%。
(4)在上述诊断模型中,质荷比峰Mass/Charge(M/Z)值4291、4975、5644、5664、8775Da重复出现。
2(1)应用上述技术分别建立贲门癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型共六个,即诊断模型GDYS Ⅰ VS NOR、GDYS Ⅱ~Ⅲ VS NOR、GCA VS NOR、GDYS I VS GCA、GDYSⅡ~Ⅲ VS GCA、GDYS I VS GDYSⅡ~Ⅲ。
(2)其中诊断模型GDYS I VS NOR、GDYS Ⅱ~Ⅲ VS NOR、GCAVSNOR的Spe分别为86.84%、100%、94.74%,Sen分别为61.90%、90%、88.24%。
(3)诊断模型GDYS I VS GCA、GDYS Ⅱ~Ⅲ VS GCA的Spe分别为90.48%、80.OO%,Sen分别为88.24%、91.18%。
(4)诊断模型GDYS I VS GDYSⅡ~Ⅲ的Spe为100%,Sen为80.00%。(5)在上述诊断模型中,质荷比峰M/Z值3271、6891、8571Da重复出现。
结论:
1(1)应用SELDI-TOF-MS技术结合支持向量机方法分别建立食管癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型九个,可以有效区分食管癌、癌前病变和正常对照,为高发区高危人群中食管癌及癌前病变的早期筛查和诊断提供了一种特异性强、敏感性高的新方法。(2)食管癌前病变与正常对照比较建立的三个诊断模型(DYS I vs NOR、EDYSⅡ vs NOR、EDYSⅢ vs NOR.)的特异性较高,而敏感性较低,考虑食管癌前病变各组蛋白表达仅有量的差别而无质的改变。(3)食管癌前病变和进展期癌比较建立的三个诊断模型(EDYS I vs AEC、EDYS Ⅱ vs AEC、EDYSⅢvs AEC),特异性和灵敏性均较高(>80%),能良好区分癌前病变和进展期食管癌。(4)构建AEC vs NOR诊断模型的6个质荷比峰(M/Z值为4291、4975、5644、5665、5932、8776Da.)差异呈极显著性(P<1×10<-4>~10<-5>),可能是食管癌相关特异性肿瘤标志物。(5)EEC vs NOR.、AEC vs NOR.和EEC vs AEC三个诊断模型灵敏性和特异性均高,可准确区分早期和进展期癌,有助于临床选择合理的治疗方案。(6)M/Z值4291、4975、5644、5664、8775Da的五个质荷比峰对食管各级病变有相似的分类作用,可能是与食管癌变过程密切相关的生物学标记物,有待于进一步分析和鉴定。
2(1)建立贲门癌及癌前病变血清蛋白指纹图谱模型六个,可以有效区分贲门癌、癌前病变和正常对照。(2)GDYS I vs NOR诊断模型灵敏性较低,GDYS I vs GDYS Ⅱ~Ⅲ组仅检测到3个组间差异显著的质荷比峰,可能与癌前病变各阶段存在较多相似表达的蛋白质有关。(3)构成GCA vs NOR诊断模型的质荷比峰(M/Z值为2748、2824、5643、8571Da)差异呈极显著性(P<1 X 10<-4>~10<-8>),可能是有潜力的贲门癌相关特异性肿瘤标志物。(4)贲门癌前病变与癌组比较诊断模型(GDYS I vs GCA、GDYS Ⅱ~Ⅲ vs GCA)特异性和灵敏性均高(>80%),有助于区分不同病理阶段的癌前病变和癌。(5)M/Z值3271、6891、8571Da的三个质荷比峰在贲门各组诊断模型中重复出现,对贲门各级病变有相似的分类作用,可能是与贲门癌变过程密切相关的生物学标记物。