诊断模型的开发一直是生信研究的一个经典方向,生信人也推出了很多相关的研究思路,今天小编再和大家介绍一个今年九月刚刚发表在BMC Medicine(IF:11.150)杂志上的关于子痫前期miRNA诊断模型的文章。文章整合了多个研究队列,开发了子痫前期无创诊断的miRNA特征,方法简洁、内容清晰、简单易懂、有理有据,是一个值得参考的开发诊断模型的思路,做诊断模型的小伙伴不要错过呀。
A blood-based miRNA signature for early non-invasive diagnosis of preeclampsia
应用于子痫前期无创诊断的血液miRNA特征
一.研究背景
子痫前期(PE)是一种多系统疾病,影响约5 - 8%的妊娠,每年全球都约有7万名妇女和5万名婴儿死于这种疾病,是对产妇和胎儿构成风险的最严重的妊娠并发症之一。PE具有妊娠20周后出现高血压、内皮细胞功能障碍、胞外细胞滋养层侵袭差、蛋白尿和胎儿生长迟缓等特征。不过临床上还没有可行的无创生物标志物检测方法用于PE早期检测,这也限制了PE的有效预防和治疗。因此,目前迫切需要识别临床上可行的生物标志物,用于PE的早期诊断和个性化干预。
二.文章摘要
该研究分为发现、训练、验证三个阶段,是一项跨平台多队列的研究。研究首先通过小RNA测序和qRT-PCR在组织样本中发现并验证了两个差异miRNA作为初始生物标志物,接着利用Firth少偏逻辑回归建立了一个miRNA特征--miR2PE-score,并在两个独立的回顾性队列和两个前瞻性血浆队列中对这一特征进行了验证,最后也对miRNA特征的诊断效能进行了评估。
三.主要内容
1. 研究队列特征
文章第一部分首先对研究的队列特征进行了整体介绍。研究流程如图1所示,共纳入了六个包含PE及正常对照样本的队列,用于特征的开发及验证,这些队列分别为:WMU1-4以及Canada和USA队列,各队列的临床特征如表1所示。研究发现所有队列中健康对照组和PE患者的年龄和BMI无统计学差异,而PE患者的术前收缩压(PreSBP)、术前舒张压(PreDBP)和尿蛋白及尿CERA均显著高于健康对照组,且与健康对照组相比,PE患者的分娩中位胎龄较早,平均出生体重较低,且除队列1外,白蛋白和血尿素氮也都具有统计学意义。
2. PE相关miRNA生物标志物的识别和验证
这一部分介绍了发现阶段PE相关miRNA生物标志物的识别和验证。研究对WMU队列1中的5例PE患者和5例健康对照的胎盘组织样本的miRNA表达谱进行了差异分析识别了5个显著差异表达的miRNA (DEmiRNAs)(图2A)。接着研究进行无监督的层次聚类发现这5个DEmiRNAs的表达模式能够区分PE样本和健康对照样本(图2B)。进一步作者观察到这五个DEmiRNAs有2个在PE胎盘样本中上调,3个在PE胎盘样本中下调(图2C)。接着作者进行GO和KEGG功能富集分析发现这些DEmiRNAs的靶基因倾向富集于与胎儿生长发育和PE发病相关的生物学过程和通路(图2D-G)。此外,作者为了进一步研究DEmiRNAs表达水平与PE相关临床特征之间的关联,计算了Pearson相关系数,发现这5个DEmiRNAs中有4个与至少1个临床特征相关(图3A, B)。作者也使用qRT-PCR在WMU队列2的20例PE患者和20例健康对照的胎盘组织样本中验证了这4种DEmiRNAs的表达,发现miR-196b-5p和miR- 584-5p两个miRNA是稳健的生物标志物(图3C)。
3. 在两个跨平台回顾性队列中建立和验证用于PE诊断的miRNA特征
在这一部分作者对建立miRNA特征进行了介绍。研究基于WMU队列1中miR-196b-5p和miR-584-5p的表达水平,采用Firth少偏回归方法构建了预测模型,使用回归模型中观察到的权重和miR-196b-5p和miR-584-5p的表达值计算每个样本的miR2PE-score。接下来,研究将miR2PE-score应用于WMU队列1时,计算并可视化了5个PE胎盘样本和5个正常胎盘样本的miR2PE-score,并对样本分类,结果如图4A所示,在WMU队列1中发现5个PE样本都被正确分类和5个正常样本中的也有4个被正确分类,总体准确率为90.0%。接着作者为验证miR2PE-score在PE诊断中的跨平台兼容性,基于WMU队列2的qRT-PCR数据对miR2PE-score进行验证,结果如图4B所示miR2PE-score在qRT-PCR数据中仍然表现良好,成功识别了40例样本中的33例,总体准确率为82.5%,这些结果初步证实了miR2PE-score具有可靠性和兼容性。
4. 外部队列中miR2PE-score的独立验证
在这一部分,作者为了对miR2PE-score进行兼容性和稳健性评估,因此在两个外部队列中测试了miR2PE-score的性能。首先在Canada队列中进行了验证,结果发现miR2PE-score正确分类了20例PE样本中的16例和21例正常样本中的15例,总体准确率为75.6%,同时作者也对特征ROC进行了分析,证明了miR2PE-score具有良好的性能 (图5A-C)。接着研究也在USA队列中对miR2PE-score进行了评估,结果发现该特征成功的识别了16例PE样本中的11例和16例正常样本中的12例,总体准确性为71.9% (图5D,F)。这些结果进一步证实了miR2PE-score的预测性能的可靠性。
5. miR2PE-score作为一种非侵入性生物标志物在独立队列的全血样本中的验证
在这一部分作者对miR2PE-score在血液样本中作为潜在的微创诊断生物标志物的性能进行了验证。研究分别采用小RNA测序和qRT-PCR分析了识别的两种miRNA生物标志物在WMU队列3(包括10例PE和8例正常样本)和WMU队列4(包括19例PE和18例正常样本)外周血中的表达水平。结果如图6A和图6B所示,在WMU队列3和WMU队列4中,两种miRNA生物标志物在PE患者外周血中的表达水平均低于健康对照样本,这与胎盘组织中的结果一致。接着作者在这两个队列中应用miR2PE-score,结果发现WMU队列3中10个PE样本中的8个和8个正常样本中的5个被正确分类,总体准确率为72.2%(图6A-D )。而在WMU队列4中,miR2PE-score正确分类了19例PE样本中的17例和18例正常样本中的15例,总体准确率为86.5% (图6 E-F)。综上所述,miR2PE-score可作为临床诊断PE的微创诊断生物标志物。
6. miR2PE-score与先前发表的miRNA生物标志物的性能比较
在文章的最后一部分,作者将miR2PE-score与先前发表的其他miRNA生物标志物的性能进行了比较。研究在多个队列中,将miR2PE-score的性能与最近提出的5个PE miRNA生物标志物进行了比较,结果如图7A-C所示,miR2PE-score与之前发表的其他四个miRNA生物标志物相比在三个胎盘组织队列中性能更优。且与之前发表的其他5种miRNA生物标志物相比,miR2PE-score在基于血液的WMU队列3中达到了最佳预测性能(图7D)。这些结果表明,miR2PE-score有很大的潜力成为一个更有效及稳健的无创生物标志物,用于PE的早期诊断。
到这里文章的主要内容就介绍完了,文章首先识别到了两个PE相对于正常对照组的差异miRNA,接着基于这两个miRNA构建了预测PE的诊断模型,并在多个数据中对这个特征模型进行了验证。文章使用的方法简单易懂,但却发了11+,小编觉得亮点在于关注临床早期诊断血液miRNA的研究角度及对使用筛选的生物标志物构建诊断模型并从多个角度验证其稳健性的思路,值的小伙伴们参考学习。