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研究背景和目的:全球范围内,肺癌是最常见的恶性肿瘤之一,并且位于恶性肿瘤死亡原因之首。近些年来,与肺癌发生发展有关的信号传导通路或基因被广泛报道。其中,Notch通路作为调控机体细胞增生、分化和凋亡过程的主要通路在非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)的生物学发生及治疗选择方面发挥着至关重要的作用。因此,本研究提出假设:Notch信号传导通路基因多态性与NSCLC总体生存期有关。本研究的目的是:(1)拟找出Notch通路中与NSCLC预后相关的风险基因;(2)拟找出Notch通路中与NSCLC预后相关的风险基因上风险SNP;(3)寻找风险SNP的功能证据,确定其生物学意义。材料和方法:本研究基于美国一项前列腺癌、肺癌、大肠癌和卵巢癌大型癌症筛查(Prostate,Lung,Colorectal and Ovarian,PLCO)数据库,分析了来自Notch信号传导通路中132个基因19 571个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)位点与PLCO数据库中1 185名NSCLC患者总体生存期的相关性。本研究主要应用单变量和多变量Cox比例风险回归分析方法,分析基因多态性与NSCLC预后的关系;利用错误发现率(false discovery rate,FDR)进行多重假设检验校正以控制假阳性发生率;SAS 9.4用于数据分析;其它应用软件如Haplo View、R语言Gen ABEL软件包、Stata等及网站如SNPinfo、Regulome DB、UCSC等将在论文中进一步阐述。结果:(1)PLCO数据库1 185名NSCLC患者各临床变量与疾病总体生存期的相关性分析本研究发现临床变量如年龄、性别、吸烟状态、病理、分期、手术治疗、化疗、放疗与NSCLC预后密切相关,且具有显著的统计学意义(P?0.05),因此,这些临床变量也被筛选出来作为多变量调整因素进行下一步预后分析。(2)Notch通路基因单核苷酸多态性与NSCLC总体生存期相关性分析本研究首先对Notch通路中132个基因19 571个SNPs进行多变量Cox比例风险回归分析,发现10个基因(ADAM12,CNTN1,CNTN6,DTX1,HDAC9,LNX1,NCOR2,RAB6A,TLE1及E2F3)共144个SNPs与NSCLC预后相关,且通过FDR?0.05(P?0.05)。对上述SNPs进行SNP-基因表达分析,筛选出可以影响相应基因表达的SNPs:ADAM12基因24个SNPs,DTX1基因8个SNPs,TLE1基因4个SNPs,E2F3基因1个SNP。对同一基因上的SNP进行关联分析后确定标签SNPs:ADAM12 rs10794069、DTX1 rs1732793、TLE1 rs199731120、TLE1 rs35970494和E2F3 rs3806116供进一步预后分析。(3)标签SNPs与NSCLC总体生存期相关性分析本研究结果显示标签SNPs如:ADAM12 rs10794069 A>G,DTX1 rs1732793 G>A,TLE1 rs199731120 C>CA,TLE1 rs35970494 T>TC及E2F3 rs3806116 G>T与NSCLC密切相关,相比于野生型,其变异碱基与总体生存期差,预后不良有关。多变量Cox比例风险回归分析提示5个标签SNPs风险比(hazards ratio,HR)依次为:1.27(95%可信区间=1.13-1.42,P=3.62×10-5),1.30(1.14-1.49,8.16×10-5),1.40(1.16-1.68,3.47×10-4),1.27(1.11-1.44,3.38×10-4)及1.21(1.09-1.33,2.56×10-4)。(4)单体型分析本研究将位于同一基因的两个SNPs rs199731120和rs35970494进行单体型分析发现,rs199731120 C+rs35970494 T(未变异)发生率最高,占82.2%,预后最好;单体型rs199731120 CA+rs35970494 TC(变异)发生率最低,占7.6%,预后最差。多变量分析提示变异单体型死亡风险是非变异者的1.41倍,且具有显著的统计学意义(P=2.18×10-4)。(5)组合分析本研究将5个标签SNPs风险基因型(ADAM12 rs10794069 AG+GG,DTX1rs1732793 GA+AA,TLE1 rs199731120 C/CA+CA/CA,TLE1 rs35970494 T/TC+TC/TC及E2F3 rs3806116 GT+TT)组合后进行分析发现:随着风险基因型数量的增多,其预后(总体生存期)越差(Ptrend test=3.44×10-13)。将风险基因型重新组合,即具有0-1个风险基因型者称为低危险组(0-1分),具有2-5个风险基因型者称为高风险组(2-5分),经多变量Cox比例风险回归分析提示相比于低风险组,高风险组可以使NSCLC死亡风险增高1.56倍(P=1.46×10-8)。(6)分层分析本研究在对每个标签SNP进行分层分析及组间异质性检验时发现接受放疗且具有ADAM12 rs10794069 AG或GG风险基因型的患者较未接受放疗的患者死亡风险更高,且具有显著的统计学意义(P异质性=0.024);年龄>71的具有TLE1 rs35970494 T/TC或TC/TC风险基因型的患者较年龄≤71的患者死亡风险更高,具有统计学意义(P异质性=0.047);晚期(IIIB-IV期)的具有E2F3 rs3806116 GT或TT风险基因型的患者较早期(I-IIIA期)的患者死亡风险增加,预后差,并且具有显著的统计学差异(P异质性=0.042)。我们在对5个标签SNPs组合后进行分层分析时发现各临床变量的亚组间异质性检验未发现统计学差异(P异质性>0.05)。(7)ROC(receiver operating characteristic)曲线本研究采用了三种模型来预测在临床变量基础上增加风险基因型是否可提高对NSCLC预后的预测能力,三种模型临床变量分别为:年龄+性别+吸烟状态+病理+分期+化疗+放疗+手术治疗、年龄+性别+吸烟状态+病理+分期、临床分期。结果发现:临床分期结合5个标签SNPs的风险基因型(曲线下面积AUC=0.781)较临床分期这一独立的临床因素(AUC=0.762)可以提高对NSCLC预后的预测能力,且具有显著的统计学差异(P=0.018)。(8)功能分析本研究5个标签SNPs均能影响相应基因表达,即ADAM12 rs10794069 GG,TLE1rs199731120 CA/CA及TLE1 rs35970494 TC/TC基因型能够使相应基因m RNA表达水平上调,且具有统计学意义(P相加模型=0.003,0.001及0.012);DTX1 rs1732793 AA和E2F3 rs3806116 TT基因型可以使相应基因m RNA表达水平下调,也具有统计学差异(P相加模型=0.014和0.046)。结论:(1)在本研究的PLCO人群中发现临床变量如年龄、性别、吸烟状态、病理、分期、手术治疗、化疗、放疗与NSCLC预后密切相关。(2)Notch通路基因多态性位点ADAM12 rs10794069 G,DTX1 rs1732793 A,TLE1rs199731120 CA,TLE1 rs35970494 TC及E2F3 rs3806116 T与NSCLC总体生存期降低、预后差相关。(3)同一基因(TLE1)单体型分析发现,单体型rs199731120 C+rs35970494T(未变异)发生率最高,占82.2%,预后最好;单体型rs199731120 CA+rs35970494 TC(变异)发生率最低,占7.6%,预后最差。(4)随风险基因型(ADAM12 rs10794069 AG+GG,DTX1 rs1732793 GA+AA,TLE1rs199731120 C/CA+CA/CA,TLE1 rs35970494 T/TC+TC/TC及E2F3 rs3806116 GT+TT)数目增加,NSCLC死亡风险也呈数量依赖性增加,即高风险组患者较低风险组患者总体生存期降低,预后差。(5)分层分析中发现接受放疗且具有ADAM12 rs10794069 AG或GG风险基因型的患者较未接受放疗的患者,年龄>71岁的具有TLE1 rs35970494T/TC或TC/TC风险基因型的患者较年龄≤71岁的患者,以及晚期(IIIB-IV期)的具有E2F3 rs3806116GT或TT风险基因型的患者较早期(I-IIIA期)的患者死亡风险增加,预后更差。(6)联合Notch通路中5个基因多态性位点(ADAM12 rs10794069,DTX1 rs1732793,TLE1 rs199731120,TLE1 rs35970494及E2F3 rs3806116)可以提高单独应用临床分期来预测NSCLC预后的能力。(7)5个SNPs均可以通过影响相应基因m RNA表达水平来影响NSCLC的预后,即:相比于野生纯合子基因型,变异纯合子基因型ADAM12 rs10794069 GG,TLE1rs199731120 CA/CA及TLE1 rs35970494 TC/TC可以使相应基因m RNA表达水平上调;DTX1 rs1732793 AA和E2F3 rs3806116 TT可以使相应基因m RNA表达水平下调。