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CN108929910B - 一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物及其应用 - Google Patents

一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种与肺腺癌癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物及其应用，该标志物为miR‑133a‑3p,miR‑584‑5p,miR‑10b‑5p和miR‑221‑3p中的一种或多种。血清miRNA作为新型的生物标志物，具有稳定性好、微创易获取，灵敏性和特异性高的特点。这类分子标志物的开发利用将为包括肿瘤在内的各种疾病的诊断以及进一步治疗提供新的方向。本研究将更有针对性的得出具有临床诊断潜能的肺腺癌血清miRNA标记物。研究证实了这组miRNA作为诊断肺腺癌的无创标记物的可靠性以及可重复性。

Description

一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物及其应用
技术领域
本发明属于基因工程及肿瘤学领域，涉及一种与肺腺癌癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物及其应用。
背景技术
肺癌是世界上死亡率最高的一种恶性肿瘤，非小细胞肺癌(Non-small cell lungcancer,NSCLC)占到了肺癌总数的80％。非小细胞肺癌根据病理分型又可以分为肺腺癌、肺鳞癌等，且目前肺腺癌发病率已经超过了肺鳞癌，成了最常见的肺癌类型。手术治疗仍是目前治疗非小细胞肺癌的最有效方法。但是绝大部分患者在就诊时已处于中晚期，使得中位生存期始终徘徊在7-11个月，5年生存率只有17％左右。目前针对肺癌的分子和临床特征的研究不断深入，临床筛查和治疗方法也有长足进步，但是，这些方法或者过于依赖检测者经验，或者价格太高无法推广，或者检测灵敏度和特异性还有待加强。因此，迫切需要开发新的可靠的非侵入性早期诊断标记物，促进早期干预和治疗，延长病人的生存期。
微小RNA(Micro ribonucleic acids，miRNAs)的发现是最近这些年来重大发现之一。成熟的miRNA是一类进化保守，长度在18-25个核苷酸的小非编码RNA分子。据研究，miRNA可在转录后水平调控机体1/3以上的基因，从而参与机体的众多生理病理过程。miRNA的表达具有时间特异性以及组织特异性。同时，一些miRNA能够参与特定的生理病理以及特异的疾病过程。因此，某些特异的miRNA可以作为某些生理病理以及某些疾病例如肿瘤等疾病的标志物。2008年，Mitchell在外周血中检测到游离的miRNA，发现其能够稳定存在于外周血，并且能够作为诊断肿瘤的无创标志物。这一研究发现拉开了全球众多研究者开始探索循环miRNA作为无创标志物的大幕。现有研究证实了循环miRNA在包括肺癌、胃癌、乳腺癌、结直肠癌中的潜在诊断价值。最近的临床试验显示，对肺癌进行精确的亚组分型能够使得患者获得最大的治疗益处并避免潜在的治疗副反应。这就是精准医疗思想的体现。但目前针对肺癌的循环miRNA研究，主要都是针对非小细胞肺癌这一含有众多亚型的集合。研究所选取的非小细胞肺癌亚型构成的不同，都可能会引起结果的偏倚。
因此，本研究将目光聚焦于肺癌最常见的亚型——肺腺癌，利用Exiqon miRNAqPCRpanel芯片以及基于qRT-PCR的绝对定量法，来寻找具有潜在诊断肺腺癌的血清miRNA。并对这些miRNA在肺癌组织中以及血清外泌体中的表达进行验证，以进一步明确其与肺腺癌的关系。若根据这类miRNA设计针对于肺腺癌的诊断试剂盒，将会推动我国肺腺癌的诊治水平，也为将来对肺癌的进一步研究提供思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物。
本发明的另一目的在于提供上述血清miRNA标志物及其引物在制备肺腺癌辅助诊断试剂盒以及在制备治疗肺腺癌的药物中的应用。
本发明的又一目的在于提供用于肺腺癌辅助诊断和治疗的试剂盒及药物。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物，该标志物为miR-133a-3p(uuugguccccuucaaccagcug),miR-584-5p(uuaugguuugccugggacugag),miR-10b-5p(uacccuguagaaccgaauuugug),和miR-221-3p(agcuacauugucugcuggguuuc)中的一种或多种。
该血清miRNA标志物优选为miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中两种或两以上的组合，进一步优选为miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p四种miRNA所组成的组合。
上述的血清miRNA标志物在辅助诊断肺腺癌中的应用。
上述的血清miRNA标志物在制备肺腺癌辅助诊断试剂盒或制备治疗肺腺癌药物中的应用。
一种与肺腺癌辅助诊断相关的血清miRNA标志物的引物，该引物包含miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中的一种或多种miRNA的引物；优选为包含血清miRNA中miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中两种或两以上miRNA的引物；进一步优选为包含血清miRNA中miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p四种miRNA的引物。
上述的引物在辅助诊断肺腺癌或制备肺腺癌辅助诊断试剂盒中的应用。
一种肺腺癌辅助诊断试剂盒，该试剂盒中含有血清miRNA中miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中的一种或多种miRNA的引物；优选为含有血清miRNA中miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中两种或两种以上miRNA的引物；进一步优选为含有血清miRNA中miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p四种miRNA的引物。
该试剂盒中还包括PCR技术常用的试剂或/和免疫组化技术常用的试剂。
该试剂盒还可以包括PCR反应常用试剂，如逆转录酶，缓冲液，dNTPs，MgCl2，DEPC水和Taq酶等；还可以含有标准品和/或对照品。
本发明所涉及的与肺腺癌诊断相关的血清miRNA标志物miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p中的每种miRNA的序列均已公开，但是将各miRNA标志物进行组合作为肺腺癌辅助诊断标志物需要本领域技术人员付出创造性劳动。各miRNA标志物的扩增引物均可通过市场购买获得，本发明实施例中使用的血清miRNA标志物的引物为购自广州锐博公司所合成生产的特异性miRNA茎环RT-PCR引物。
具体地说，本发明解决问题的技术方案包括：(1)建立统一标准的标本库和数据库：以标准操作程序(SOP)采集符合标准的血液样本，系统收集完整的人口学资料和临床资料。(2)血清miRNA差异表达谱分析：分析肺腺癌和正常对照人群中差异表达的血清miRNA，并对差异表达miRNAs进行进一步大样本多阶段验证。(3)通过多阶段的验证，明确这些miRNA诊断肺腺癌的能力。(4)血清miRNA诊断试剂盒的研制：根据肺腺癌与正常人群血清中的差异表达miRNA开发miRNAs诊断试剂盒，实现对肺腺癌患者的无创辅助诊断。(4)分析这些miRNA在肺腺癌组织、动脉血清以及外泌体中的表达情况，揭示这些miRNA与肺腺癌的关系，为将来研制可能与这些miRNA相关的治疗肺腺癌的药物提供依据。
本发明人以标准操作程序(SOP)采集符合标准的血液样本，系统收集完整的人口学资料、临床资料，并采用了Exiqon miRNA qPCR panel芯片以及qRT-PCR方法等。
具体来说研究的实验方法主要包括以下几个部分：
1.研究样本选择：初治、未行手术以及放化疗干预且之后经病理确认为肺腺癌的病人。正常对照为在医院进行体检的正常人群。
2.Exiqon miRNA qPCR panel芯片初筛：利用TRIZOL-LS试剂对血清混合样本进行RNA提取，并进行qRT-PCR操作获得初筛结果。
3.训练集、验证集以及额外验证集：利用AM1556试剂盒(ABI公司)对每个血清样本进行RNA提取，通过逆转录反应得到cDNA样品，加入PCR引物和SYBR Green荧光染料进行PCR反应。通过比对标准品的Ct值，得出样本中的miRNA含量。
4.利用TRIZOL-LS试剂提取肺腺癌和癌旁组织中的RNA，ExoQuick试剂盒(SBI公司)和AM1556试剂盒(ABI公司)提取外泌体中的RNA，通过qRT-PCR的方法，检测miRNA在组织中以及外泌体中的表达差异。
5.统计分析：运用χ2检验、配对t检验以及非参数秩和检验比较miRNA表达水平在不同研究组中的差异。通过计算风险值和ROC曲线分析证实血清miRNA的诊断价值。
本发明研究组目前通过对肺腺癌病人的外周血清中的miRNA进行系统的表达分析，现已发现了一组4个具有临床诊断潜能的肺腺癌血清microRNA标记物(miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p and miR-221-3p)。
本发明的有益效果：
1.相较于传统的肿瘤标志物，血清miRNA作为新型的生物标志物，具有稳定性好、微创易获取，灵敏性和特异性高的特点。这类分子标志物的开发利用将为包括肿瘤在内的各种疾病的诊断以及进一步治疗提供新的方向。
2.相较于以前的研究，本研究将目光聚焦于肺癌最常见的亚型，即肺腺癌，而不是针对整个肺癌或者非小细胞肺癌这一众多肺癌亚型的合集。本研究将更有针对性的得出具有临床诊断潜能的肺腺癌血清miRNA标记物。
3.研究者通过Exiqon miRNA qPCR panel芯片以及基于qRT-PCR的绝对定量法，对肺腺癌和正常对照人群血清中的差异表达miRNA进行严密、多阶段的验证和评价。证实了这组miRNA作为诊断肺腺癌的无创标记物的可靠性以及可重复性。
4.研究者发现了血清中的miR-133a-3p,miR-584-5p以及miR-10b-5p在EGFRDelE746-A7750的患者中要比EGFR野生型的患者中表达高，提示潜在的指示EGFR突变的作用以及将来可能用于EGFR突变的相关治疗作用。
5.研究者发现miR-221-3p在肺癌组织中的表达与血清中表达一致，显示了这个miRNA与肺癌之间的紧密关系。同时miR-10b-5p在血清外泌体中的表达也是高于正常对照的。这些结果将给未来研究这些miRNA对于肺腺癌的机制以及针对这些miRNA对于肺腺癌的治疗提供新的思路。
附图说明
图1：实验流程图
图2：在肺腺癌血清中高表达的4个miRNA
图3：对所获得的miRNA进行ROC曲线分析。A：训练集与验证集的合集；B：训练集；C：验证集；D：外部验证集。
图4：4个miRNA在肺腺癌组织中的表达情况
图5：miR-133a-3p,miR-584-5p及miR-10b-5p在EGFR突变的患者中的表达情况。
具体实施方式
发明人于2012年至2016年从南京医科大学第一附属医院收集了大量的肺腺癌患者和正常体检人群的静脉血清样品，通过对样品资料的整理，从中选择了170例肺腺癌和170例正常对照的样本作为Exiqon miRNA qPCR panel芯片初筛和后续一系列qRT-PCR验证的实验样品。同时还留取了19对肺腺癌和癌旁组织。所选择的患者血清样本均来自于初治、未行手术以及放化疗干预且之后经病理确认为肺腺癌的病人。并系统采集了这些样本的人口学资料、临床资料。
参照流程图(图1)，从肺腺癌以及正常对照血清样本中随机选择了30例肺腺癌样本以及10例正常对照，并且分别混合成了3例肺腺癌血清混合样本和1个正常混合样本(一个混合样本由10例200ul血清样本汇合形成2ml的样本)。对这4例混合样本进行ExiqonmiRNA qPCR panel芯片初筛和分析，具体步骤参照Exiqon miRNA qPCR panel芯片的说明书：
1.血清抽提
取出血清样品，样品化冻后3000x g离心5min去除一些碎片及一些不溶成分。转移上清至新的1.5ml管中，加入750ul TRIZOL-LS后，剧烈震荡5s。
2.两相分离
匀浆后样品于15到30℃孵育5分钟。每1ml的TRIZOL-LS试剂匀浆的样品中加入0.2ml的氯仿，盖紧管盖。手动剧烈振荡管体15秒后，15到30℃孵育2到3分钟。4℃下13,000g离心15分钟。
3.RNA沉淀
将水相转移到新离心管中。水相与异丙醇混合以沉淀其中的RNA，加入异丙醇的量为：每个样品匀浆时加入1ml TRIZOL-LS试剂的同时加0.5ml的异丙醇和5ul的糖元。4℃静置半小时，让RNA尽可能的析出。于4℃13,000g离心15分钟。
4.RNA清洗
移去上清液，每1ml TRIZOL-LS试剂匀浆的样品中加入至少1ml的75％(v/v)乙醇，清洗RNA沉淀。静置10分钟，然后4℃下10000g离心5分钟。
5.重新溶解RNA沉淀
去除乙醇溶液，空气中干燥RNA沉淀5-10分钟，加入无RNA酶的水用枪反复吹打几次，然后55到60℃孵育10分钟。
6.测量浓度：
通常能得到～5μg RNA/50ml血清。
7.cDNA合成
(1)稀释模板RNA：使用DEPC水将20－25ng模板RNA稀释至14ul(终浓度为1.492－1.786ng/μl)。
(2)准备反应液：将5×Reaction Buffer以及DEPC水置于冰上溶解，并震荡混匀。Enzyme mix置于-20℃冰盒，使用前轻弹混匀后置于冰上。所有试剂均离心后使用。
(3)配置反应液：配置下表中的反应液
Figure BDA0001753880710000061
(4)混合并离心试剂：震荡或者抽吸混匀反应液后离心，以保证所有溶液彻底混合均匀。
(5)逆转录反应及热失活：将反应液于42℃温育60分钟后，于95℃温育5分钟以失活逆转录酶。
8.Real-Time PCR
试剂：
Nuclease free water(Exiqon)
SYBRTMGreen master mix(Exiqon)
cDNA模板
ROX(Invitrogen)
miRNA PCR ARRAY(Exiqon)
仪器：
ABI PRISM7900system(Applied Biosystems)
(1)准备Real-time PCR试剂：将制备的cDNA模板，DEPC水和SYBRTMGreen mastermix置于冰上溶解15-20分钟。
(2)稀释cDNA模板：将RT反应获得的cDNA模板用nuclease free water稀释110倍(例如，向20μl反应液中加入2180ul nuclease free water)。
(3)混合所有反应试剂：
A.将PCR板简单离心后，移去封膜。
B.将110倍稀释的cDNA模板与2×SYBR Green master mix按照1：1混合。
C.倒置混匀反应液并离心
D.将混合反应液加入板中的每个孔
E.重新封好PCR板
(4)将PCR板简单低温离心
(5)Real-time PCR扩增：根据下表中的反应条件进行Real-time PCR扩增和溶解曲线分析。
Real-time PCR循环条件如下表：
Figure BDA0001753880710000071
数据分析：采用ΔΔCt方法
使用PCR仪器附带的软件进行初步数据分析，获得原始的Cq值(Cp或Ct，依仪器不同名称可能不同)。
我们建议使用GenEx qPCR分析软件(www.exiqon.com/mirna-pcr-analysis)对数据进行标准和深入的数据分析。
a.计算每个处理组中的每个通路相关基因的ΔCt。
ΔCt(group 1)＝average Ct–average of HK genes’Ct for group 1array
ΔCt(group 2)＝average Ct–average of HK genes’Ct for group 2array
b.计算2个PCR Array(或两组)中每个基因的ΔΔCt。
ΔΔCt＝ΔCt(组2)-ΔCt(组1)
备注：通常组1是对照，组2是实验组。
c.同过2-ΔΔCt计算组2与组1对应基因的表达差异。
在芯片初筛后，得到了如下表中的35个差异表达miRNA(3个肺腺癌血清混合样本中相对于正常样本都超过了2倍差异)。接着我们通过对混合样本中的40例样本，采取逐一验证的方法对这35个miRNA进行验证，得到了9个差异表达miRNA(差异倍数大于1.5倍且P值小于0.05)。
Figure BDA0001753880710000072
Figure BDA0001753880710000081
对于初筛得到的9个差异表达miRNA，通过训练集、验证集以及额外验证集，采用基于qRT-PCR的绝对定量法进行验证，具体步骤为：
1.血清RNA提取：选用ABI公司血清RNA提取试剂盒(AM1556)，参照试剂盒说明，每个样本吸取200ul进行提取RNA，并最后用100ul DEPC水进行溶解。
2.cDNA的制备：
1)采用50μL反应体系进行逆转录实验
Figure BDA0001753880710000091
以上反应体系混匀，瞬时离心后，以下列程序进行反应：
Figure BDA0001753880710000092
2)上述反应之后再反应体系中再加入如下反应物
Figure BDA0001753880710000093
3.qPCR
1)采用5μL反应体系，按以下比例进行试验
Figure BDA0001753880710000094
反应体系混匀，瞬时离心后，放置于实时定量PCR仪中，以下列程序进行反应：
Figure BDA0001753880710000095
反应结束后添加溶解曲线。
数据分析：通过比对不同浓度的标准品的Ct值，汇成标准曲线后可以计算获得每个样本中的miRNA的绝对浓度。利用SPSS 16.0软件进行统计分析，得到了一组在训练集，验证集中都一致于肺腺癌血清中高表达4个miRNA：miR-133a-3p,miR-584-5p,miR-10b-5p和miR-221-3p(在训练集，验证集中P值都小于0.05，图2)。通过这4个miRNA，可以计算每个样本的风险值RSF，具体步骤为：
1.利用ROC曲线，计算每个miRNA区分肺腺癌以及正常对照的截断值；
2.若该样本大于该截断值则记为1，反之记为0；
3.运用公式风险值
Figure BDA0001753880710000101
Sij为2中所算得的样本i相对的miRNAj的数值，Wj为该miRNA的单因素回归系数。
如图3，这4个miRNA组成的分子标志物能够很好的区分肺腺癌患者和正常人群。额外训练集则进一步证实了结果的可靠性。
研究组中共有14例肺腺癌患者进行了临床EGFR突变分析，其中5例为野生型，3例为EGFR DelE746-A7750突变型，6例为L858R突变型。通过卡方检验分析得出，miR-133a-3p,miR-584-5p及miR-10b-5p在EGFR突变型的患者中要比EGFR野生型的患者中表达高(图5)。
研究组之后进一步检测了这4个miRNA在肺腺癌组织以及血清中外泌体的表达，肺腺癌组织提取RNA利用TRIZOL，外泌体提取试剂盒为ExoQuick试剂盒(SBI公司)。200ul血清所提取出的外泌体用200ul DEPC水重悬后，利用AM1556试剂盒(ABI公司)对外泌体RNA进行提取，步骤同血清RNA提取过程。
运用非参数检验分析发现，miR-221-3p在肺腺癌组织中的表达高于癌旁组织(图4)。同时，miR-10b-5p在肺腺癌血清中外泌体中的表达较正常人群血清外泌体中是呈高表达的(P<0.05,见下表)。
miRNA 倍数 P value
miR-10b-5p 1.82 0.006
miR-133a-3p 1.24 0.988
miR-584-5p 1.12 0.791
miR-221-3p 1.65 0.192
试剂盒包括一批血清miRNA qRT-PCR引物，还可以有相应PCR技术所需的常用试剂，如：逆转录酶，缓冲液，dNTPs，MgCl2，DEPC水，荧光探针，RNA酶抑制剂，Taq酶等，可根据具体采用的实验方法选用，这些常用试剂都是本领域技术人员熟知的，另外还可以有标准品和对照(如定量标化的正常人样本等)。此试剂盒的价值在于只需要血清而不需要其它组织样品，通过最精简的荧光法检测血清样本中miRNA的表达含量，来辅助诊断该样本来源患者的罹患肺腺癌的可能性。血清miRNA不仅稳定，检测方便，且定量精确，大大提高疾病诊断的敏感性和特异性，因此将此试剂盒投入实践，可以帮助指导诊断以及进一步的个体化治疗。

Claims (2)

1.检测血清中miR-133a-3p, miR-584-5p, miR-10b-5p和miR-221-3p四种miRNA表达水平的引物在制备肺腺癌辅助诊断试剂盒中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的试剂盒中还包括逆转录酶、缓冲液、dNTPs、MgCl2、DEPC 水、荧光探针、RNA 酶抑制剂和Taq 酶。
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Screening for circulating nucleic acids and caspase activity in the peripheral blood as potential diagnostic tools in lung cancer;Carina Roth等;《MOLECULAR ONCOLOGY》;20110224;第5卷;摘要，第285页第5段 *

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