基于NGS检测筛选结直肠癌预后标志物及构建预后预测模型的临床研究

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[目的]通过二代测序技术(NGS)检测结直肠癌关键基因的突变和微卫星状态,寻找特异性分子标志物。根据检测结果筛选预后指标并结合临床病理因素建立结直肠癌预后预测模型,为精准时代下结直肠癌患者的个体化治疗提供理论依据。[方法]第一部分:本研究收集苏州大学附属第一医院普外科2016到2020年间行结直肠癌根治并提供术后肿瘤组织标本进行NGS检测的患者104名。根据检测结果研究结直肠癌常见突变基因的突变特征。利用卡方检验分析突变基因及微卫星不稳定(MSI/MSI-H)状态和临床病理因素的相关性。利用单因素Cox回归分析基因突变状态和患者预后的关系,选择P<0.1的因素纳入多因素Cox回归。利用Kaplan-Meier(K-M)分析研究了 MSI-H对Ⅱ、Ⅲ期结直肠癌预后的影响。第二部分:以第一部分研究中104例患者作为训练组,将苏州大学附属第一医院肿瘤科行NGS检测的28例结直肠癌根治术后患者纳入验证组1,同时从癌症基因组图谱(TCGA)数据库下载结肠腺癌组织样本突变数据及对应患者的临床病理数据作为验证组2。首先,应用LASSO回归对检测基因进行初步筛选,然后结合临床病理指标共同纳入单因素COX回归分析,选择P<0.05的因素纳入多因素Cox回归。综合以上结果选取可能的预后指标绘制结直肠癌预后预测列线图(Nomogram)。我们使用一致性指数(C指数)、校准曲线、时间依赖ROC曲线、净重新分类改善指数(NRI)、综合判别改善指数(IDI)和临床决策曲线(DCA)等一系列方法检验预测模型的准确性和区分度,并与传统TNM分期的预测能力进行对比。[结果]第一部分:本研究104例结直肠癌患者中突变频率排在前10位的基因分别是:TP53(70%)、APC(66%)、KRAS(50%)、PIK3CA(21%)、SMAD4(18%)、BRCA2(15%)、ATM(15%)、PTEN(12%)、EGFR(9%)、BRAF(8%)、PDGFRA(8%)、POLE(8%),同时发现了 15例患者出现MSI-H(14%)。单因素Cox回归提示:BRCA2、KRAS、SMAD4基因的突变状态可能与结直肠癌患者的预后有关(P<0.05),K-M分析表明PIK3CA突变同样具有预后不良的趋势。Cox多因素分析结果提示KRAS突变和SMAD4突变可作为独立的预后因素(P<0.05)。相关性分析可见BRAF突变与结直肠癌发生远处转移相关;SMAD4突变与肿瘤直径较大和淋巴结转移相关;KRAS突变、PIK3CA突变、TP53突变及MSI-H状态与患者性别显著相关。除此之外,KRAS突变在术前癌胚抗原(CEA)水平较高的患者中多见,PIK3CA突变在肿瘤直径超过5cm的患者中多见,BRCA2突变在肿瘤位于右半结肠及年轻患者中多见,而MSI-H在右半结肠中更为多见并与BRAF突变状态显著相关。针对Ⅱ、Ⅲ期结肠癌患者的生存分析显示:MSI-H患者无病生存时间(DFS)延长,而化疗药物5氟尿嘧啶(5-Fu)在MSI-H患者的治疗中并未带来明显效益。第二部分:LASSO回归初步筛选出9个突变基因:BRAF、BRCA2、EGFR、KRAS、MSH2、PDGFRA、PTEN、SMAD4、TP53。综合单因素、多因素COX分析结果,将肿瘤浸润深度、区域淋巴结转移数目、远处转移情况、术前CEA水平以及BRCA2、KRAS、SMAD4三基因的突变状态共7个预后因素纳入预后模型的构建。该模型在训练组、验证组1、验证组2中的C指数分别为0.86、0.78、0.76,均优于同组TNM分期。三组列线图的三年ROC曲线下面积分别为0.91、0.89、0.82,同样优于各组TNM分期。同时DCA曲线显示,列线图模型相较TNM分期具有更高的临床净效益。NRI和IDI评价了三个分子标志物的加入对传统临床模型的改善情况,训练组中NRI和IDI分别为0.456、0.124;验证组1中NRI和IDI分别为0.980、0.102;验证组2中NRI和IDI 分别为 0.174、0.081。[结论]1.BRAF和SMAD4突变可能影响结直肠癌的侵袭和转移行为;KRAS、PIK3CA和TP53突变的发生与患者性别相关。2.微卫星不稳定状态与结直肠癌患者的性别、肿瘤位置及存在BRAF突变具有相关性,且在Ⅱ、Ⅲ期结直肠癌中预后较好,但并不能从5-Fu化疗中获益。3.BRCA2、KRAS、PIK3CA、SMAD4基因的突变状态及肿瘤浸润深度、区域淋巴结转移数目、远处转移情况、术前CEA水平对结直肠癌患者的预后有一定影响。4.本研究利用7个预后指标所构建的结直肠癌列线图模型具有较好的预后预测性能且优于传统TNM分期的预测能力。
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