寧波材料所在膀胱癌生物標(biāo)志物及早期診斷模型應(yīng)用方面取得進(jìn)展
膀胱癌（BC）是世界十大惡性腫瘤之一，發(fā)病率和死亡率較高，嚴(yán)重威脅患者生命健康。2020年，全球報(bào)告約57.3萬(wàn)例新增BC病例，超過(guò)21.2萬(wàn)人死于BC。據(jù)中國(guó)國(guó)家癌癥中心（2022年）的報(bào)告，中國(guó)每年約有8.23萬(wàn)例新增BC病例和3.37萬(wàn)例死亡病例。該疾病表現(xiàn)為非肌層浸潤(rùn)膀胱癌（NMIBC）、肌層浸潤(rùn)膀胱癌（MIBC）或疾病的轉(zhuǎn)移形式（Metastatic Spread）。與NMIBC相比，MIBC作為晚期表現(xiàn)形式，患者手術(shù)更復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)更大，術(shù)后并發(fā)癥多且生活質(zhì)量顯著降低。因此，BC的早期篩查與診斷具有重要意義。目前BC的診斷仍依賴于腎活檢和膀胱鏡檢查。腎活檢是一種有創(chuàng)的、具有侵入性的檢查手段，膀胱鏡檢查是一種高敏感的檢測(cè)方法，但具有侵入性且價(jià)格昂貴，患者常常在檢查過(guò)程中感到不適。無(wú)創(chuàng)的血清或尿液生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)及相關(guān)早期診斷模型的建立將有助于BC的早期篩查和診斷，改善治療現(xiàn)狀。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所基因診療材料團(tuán)隊(duì)與寧波第一醫(yī)院吳科榮研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的診斷模型，對(duì)BC進(jìn)行早期篩查和診斷。該模型包括血清和尿上清共14個(gè)生物標(biāo)志物的診斷模型，其曲線下面積（AUC）為0.91，準(zhǔn)確度為0.86，靈敏度為0.87，特異度為0.82。模型在檢測(cè)低風(fēng)險(xiǎn)BC（包括低分級(jí)和低分期的BC）方面的表現(xiàn)優(yōu)于熒光原位雜交（FISH），并且在檢測(cè)不同分級(jí)、分期和大小的BC病例方面更為優(yōu)越。由于腫瘤發(fā)展期間的分子變化極其復(fù)雜，具有多種診斷特征的標(biāo)志物組合與單一診斷標(biāo)志物相比表現(xiàn)出更好的性能。該成果為BC的早期篩查和診斷提供了有價(jià)值的研究基礎(chǔ)。相關(guān)成果以“Identification of novel protein biomarkers from the blood and urine for the early diagnosis of bladder cancer via proximity extension analysis”為題，發(fā)表在Journal of Translational Medicine, 2024;22(1):314. doi:10.1186/s12967-024-04951-z。
研究過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)回顧性收集了BC患者和健康對(duì)照組的血清和尿液樣本，利用Olink臨近延伸分析（PEA）技術(shù)檢測(cè)了92種與炎癥相關(guān)的蛋白質(zhì)的表達(dá)水平（圖1）。通過(guò)單變量分析評(píng)估差異蛋白質(zhì)表達(dá)（p <0.05）（圖2）。選定的潛在生物標(biāo)志物（AREG、RET、WFDC2、FGFBP1、ESM-1和PVRL4）通過(guò)免疫組化和單細(xì)胞測(cè)序在BC和鄰近組織中進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證，表明其可作為BC的潛在生物標(biāo)志物進(jìn)行進(jìn)一步的研究（圖3，圖4）。通過(guò)LASSO回歸構(gòu)建診斷模型，以區(qū)分BC患者和健康對(duì)照組，并與FISH的檢測(cè)能力進(jìn)行了比較。區(qū)分BC和健康對(duì)照的靈敏度模型（87.23%）顯著高于FISH（65.22%）（p < 0.05）。在高級(jí)別腫瘤（HG）患者中，模型的表現(xiàn)優(yōu)于FISH（94.23% vs. 80.77%）。在低級(jí)別腫瘤（LG）患者中，模型的靈敏度顯著高于FISH（78.38% vs. 45.71%）（p < 0.05）。對(duì)于5例低惡性潛能的乳頭狀尿上皮腫瘤樣本，模型可檢測(cè)到4例（80%），而FISH只能檢測(cè)到2例（40%）。該模型對(duì)于NMIBC樣本的靈敏度顯著高于FISH（85.71% vs. 65.22%）（p < 0.05）。檢測(cè)MIBC方面模型的靈敏度也顯著高于FISH（84.21% vs. 73.68%）（p < 0.05）。模型在Ta期患者中的檢測(cè)率顯著高于FISH（80.43% vs. 50%）（p < 0.05），在T1期患者中的靈敏度達(dá)到100%，顯著高于FISH的靈敏度（82.75%）。該模型對(duì)于較大腫瘤（≥30 mm）檢測(cè)的靈敏度約為92.11%，對(duì)于較小腫瘤（<30 mm）檢測(cè)的靈敏度約為83.93%（圖5）。
PEA的新型液體活檢技術(shù)結(jié)合了基于抗體和基于DNA的檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)，具有高度敏感性和特異性，對(duì)疾病篩選和鑒定、疾病診斷和分層、檢測(cè)生物標(biāo)志物具有重要價(jià)值。
以上研究得到了寧波市3315創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基金（2019A-14-C）、國(guó)家自然科學(xué)基金（22105124）、寧波市自然科學(xué)基金（2021J037）、中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所所長(zhǎng)基金（2021SZKY0203）、浙江省醫(yī)藥衛(wèi)生科技計(jì)劃青年創(chuàng)新項(xiàng)目（2023RC079）、浙江省動(dòng)脈粥樣硬化疾病精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（2022E10026）、寧波市優(yōu)秀醫(yī)學(xué)與健康科研項(xiàng)目（2022020203）以及中國(guó)科學(xué)院特聘研究助理計(jì)劃的支持。
圖1?血清和尿液上清的蛋白質(zhì)組學(xué)研究策略
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圖2 檢測(cè)蛋白表達(dá)熱圖，血清及尿液上清蛋白表達(dá)差異火山圖，差異表達(dá)蛋白的ROC曲線
圖3 BC潛在生物標(biāo)志物的免疫組化分析結(jié)果
?圖4 單細(xì)胞測(cè)序展示膀胱癌潛在生物標(biāo)志物在不同細(xì)胞群中的表達(dá)豐度?
圖5 預(yù)測(cè)模型結(jié)果與免疫熒光雜交（FISH）結(jié)果的比較
（先進(jìn)診療材料與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室? 孔同）
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