掃碼聯(lián)系客服
診斷模型的開發(fā)一直是生信研究的一個經(jīng)典方向，生信人也推出了很多相關(guān)的研究思路，今天小編再和大家介紹一個今年九月剛剛發(fā)表在BMC Medicine（IF:11.150）雜志上的關(guān)于子癇前期miRNA診斷模型的文章。文章整合了多個研究隊(duì)列，開發(fā)了子癇前期無創(chuàng)診斷的miRNA特征，方法簡潔、內(nèi)容清晰、簡單易懂、有理有據(jù)，是一個值得參考的開發(fā)診斷模型的思路，做診斷模型的小伙伴不要錯過呀。
A blood-based miRNA signature for early non-invasive diagnosis of preeclampsia
應(yīng)用于子癇前期無創(chuàng)診斷的血液miRNA特征
一．研究背景
子癇前期(PE)是一種多系統(tǒng)疾病，影響約5 - 8%的妊娠，每年全球都約有7萬名婦女和5萬名嬰兒死于這種疾病，是對產(chǎn)婦和胎兒構(gòu)成風(fēng)險的最嚴(yán)重的妊娠并發(fā)癥之一。PE具有妊娠20周后出現(xiàn)高血壓、內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、胞外細(xì)胞滋養(yǎng)層侵襲差、蛋白尿和胎兒生長遲緩等特征。不過臨床上還沒有可行的無創(chuàng)生物標(biāo)志物檢測方法用于PE早期檢測，這也限制了PE的有效預(yù)防和治療。因此，目前迫切需要識別臨床上可行的生物標(biāo)志物，用于PE的早期診斷和個性化干預(yù)。
二．文章摘要
該研究分為發(fā)現(xiàn)、訓(xùn)練、驗(yàn)證三個階段，是一項(xiàng)跨平臺多隊(duì)列的研究。研究首先通過小RNA測序和qRT-PCR在組織樣本中發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了兩個差異miRNA作為初始生物標(biāo)志物，接著利用Firth少偏邏輯回歸建立了一個miRNA特征--miR2PE-score，并在兩個獨(dú)立的回顧性隊(duì)列和兩個前瞻性血漿隊(duì)列中對這一特征進(jìn)行了驗(yàn)證，最后也對miRNA特征的診斷效能進(jìn)行了評估。
三．主要內(nèi)容
1. 研究隊(duì)列特征
文章第一部分首先對研究的隊(duì)列特征進(jìn)行了整體介紹。研究流程如圖1所示，共納入了六個包含PE及正常對照樣本的隊(duì)列，用于特征的開發(fā)及驗(yàn)證，這些隊(duì)列分別為：WMU1-4以及Canada和USA隊(duì)列，各隊(duì)列的臨床特征如表1所示。研究發(fā)現(xiàn)所有隊(duì)列中健康對照組和PE患者的年齡和BMI無統(tǒng)計學(xué)差異，而PE患者的術(shù)前收縮壓(PreSBP)、術(shù)前舒張壓(PreDBP)和尿蛋白及尿CERA均顯著高于健康對照組，且與健康對照組相比，PE患者的分娩中位胎齡較早，平均出生體重較低，且除隊(duì)列1外，白蛋白和血尿素氮也都具有統(tǒng)計學(xué)意義。
2. PE相關(guān)miRNA生物標(biāo)志物的識別和驗(yàn)證
這一部分介紹了發(fā)現(xiàn)階段PE相關(guān)miRNA生物標(biāo)志物的識別和驗(yàn)證。研究對WMU隊(duì)列1中的5例PE患者和5例健康對照的胎盤組織樣本的miRNA表達(dá)譜進(jìn)行了差異分析識別了5個顯著差異表達(dá)的miRNA (DEmiRNAs)(圖2A)。接著研究進(jìn)行無監(jiān)督的層次聚類發(fā)現(xiàn)這5個DEmiRNAs的表達(dá)模式能夠區(qū)分PE樣本和健康對照樣本(圖2B)。進(jìn)一步作者觀察到這五個DEmiRNAs有2個在PE胎盤樣本中上調(diào)，3個在PE胎盤樣本中下調(diào)(圖2C)。接著作者進(jìn)行GO和KEGG功能富集分析發(fā)現(xiàn)這些DEmiRNAs的靶基因傾向富集于與胎兒生長發(fā)育和PE發(fā)病相關(guān)的生物學(xué)過程和通路(圖2D-G)。此外，作者為了進(jìn)一步研究DEmiRNAs表達(dá)水平與PE相關(guān)臨床特征之間的關(guān)聯(lián)，計算了Pearson相關(guān)系數(shù)，發(fā)現(xiàn)這5個DEmiRNAs中有4個與至少1個臨床特征相關(guān)(圖3A, B)。作者也使用qRT-PCR在WMU隊(duì)列2的20例PE患者和20例健康對照的胎盤組織樣本中驗(yàn)證了這4種DEmiRNAs的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)miR-196b-5p和miR- 584-5p兩個miRNA是穩(wěn)健的生物標(biāo)志物(圖3C)。
3. 在兩個跨平臺回顧性隊(duì)列中建立和驗(yàn)證用于PE診斷的miRNA特征
在這一部分作者對建立miRNA特征進(jìn)行了介紹。研究基于WMU隊(duì)列1中miR-196b-5p和miR-584-5p的表達(dá)水平，采用Firth少偏回歸方法構(gòu)建了預(yù)測模型，使用回歸模型中觀察到的權(quán)重和miR-196b-5p和miR-584-5p的表達(dá)值計算每個樣本的miR2PE-score。接下來，研究將miR2PE-score應(yīng)用于WMU隊(duì)列1時，計算并可視化了5個PE胎盤樣本和5個正常胎盤樣本的miR2PE-score，并對樣本分類，結(jié)果如圖4A所示，在WMU隊(duì)列1中發(fā)現(xiàn)5個PE樣本都被正確分類和5個正常樣本中的也有4個被正確分類，總體準(zhǔn)確率為90.0%。接著作者為驗(yàn)證miR2PE-score在PE診斷中的跨平臺兼容性，基于WMU隊(duì)列2的qRT-PCR數(shù)據(jù)對miR2PE-score進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如圖4B所示miR2PE-score在qRT-PCR數(shù)據(jù)中仍然表現(xiàn)良好，成功識別了40例樣本中的33例，總體準(zhǔn)確率為82.5%，這些結(jié)果初步證實(shí)了miR2PE-score具有可靠性和兼容性。
4. 外部隊(duì)列中miR2PE-score的獨(dú)立驗(yàn)證
在這一部分，作者為了對miR2PE-score進(jìn)行兼容性和穩(wěn)健性評估，因此在兩個外部隊(duì)列中測試了miR2PE-score的性能。首先在Canada隊(duì)列中進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR2PE-score正確分類了20例PE樣本中的16例和21例正常樣本中的15例，總體準(zhǔn)確率為75.6%，同時作者也對特征ROC進(jìn)行了分析，證明了miR2PE-score具有良好的性能 (圖5A-C)。接著研究也在USA隊(duì)列中對miR2PE-score進(jìn)行了評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該特征成功的識別了16例PE樣本中的11例和16例正常樣本中的12例，總體準(zhǔn)確性為71.9% (圖5D，F(xiàn))。這些結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了miR2PE-score的預(yù)測性能的可靠性。
5. miR2PE-score作為一種非侵入性生物標(biāo)志物在獨(dú)立隊(duì)列的全血樣本中的驗(yàn)證
在這一部分作者對miR2PE-score在血液樣本中作為潛在的微創(chuàng)診斷生物標(biāo)志物的性能進(jìn)行了驗(yàn)證。研究分別采用小RNA測序和qRT-PCR分析了識別的兩種miRNA生物標(biāo)志物在WMU隊(duì)列3(包括10例PE和8例正常樣本)和WMU隊(duì)列4(包括19例PE和18例正常樣本)外周血中的表達(dá)水平。結(jié)果如圖6A和圖6B所示，在WMU隊(duì)列3和WMU隊(duì)列4中，兩種miRNA生物標(biāo)志物在PE患者外周血中的表達(dá)水平均低于健康對照樣本，這與胎盤組織中的結(jié)果一致。接著作者在這兩個隊(duì)列中應(yīng)用miR2PE-score，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WMU隊(duì)列3中10個PE樣本中的8個和8個正常樣本中的5個被正確分類，總體準(zhǔn)確率為72.2%(圖6A-D )。而在WMU隊(duì)列4中，miR2PE-score正確分類了19例PE樣本中的17例和18例正常樣本中的15例，總體準(zhǔn)確率為86.5% (圖6 E-F)。綜上所述，miR2PE-score可作為臨床診斷PE的微創(chuàng)診斷生物標(biāo)志物。
6. miR2PE-score與先前發(fā)表的miRNA生物標(biāo)志物的性能比較
在文章的最后一部分，作者將miR2PE-score與先前發(fā)表的其他miRNA生物標(biāo)志物的性能進(jìn)行了比較。研究在多個隊(duì)列中，將miR2PE-score的性能與最近提出的5個PE miRNA生物標(biāo)志物進(jìn)行了比較，結(jié)果如圖7A-C所示，miR2PE-score與之前發(fā)表的其他四個miRNA生物標(biāo)志物相比在三個胎盤組織隊(duì)列中性能更優(yōu)。且與之前發(fā)表的其他5種miRNA生物標(biāo)志物相比，miR2PE-score在基于血液的WMU隊(duì)列3中達(dá)到了最佳預(yù)測性能(圖7D)。這些結(jié)果表明，miR2PE-score有很大的潛力成為一個更有效及穩(wěn)健的無創(chuàng)生物標(biāo)志物，用于PE的早期診斷。
到這里文章的主要內(nèi)容就介紹完了，文章首先識別到了兩個PE相對于正常對照組的差異miRNA，接著基于這兩個miRNA構(gòu)建了預(yù)測PE的診斷模型，并在多個數(shù)據(jù)中對這個特征模型進(jìn)行了驗(yàn)證。文章使用的方法簡單易懂，但卻發(fā)了11+，小編覺得亮點(diǎn)在于關(guān)注臨床早期診斷血液miRNA的研究角度及對使用篩選的生物標(biāo)志物構(gòu)建診斷模型并從多個角度驗(yàn)證其穩(wěn)健性的思路，值的小伙伴們參考學(xué)習(xí)。
