用于前列腺癌风险分层的无创诊断生物标志物组合及其应用

本发明属于生物医药技术和诊断领域，具体涉及用于前列腺癌风险分层的无创诊断生物标志物组合及其应用。

背景技术：

1、前列腺癌(prostate cancer)是全球男性中除肺癌外最常见的恶性癌症，通常发生在60岁以上。2020年全球癌症统计数据表明，大约有140万新发病例，375,000名患者将死于前列腺癌，占所有癌症相关死亡的很大一部分。前列腺癌的发病病因具有复杂多样性，目前，已经确定了年龄、种族、家族史和种系突变是前列腺癌不可改变的危险因素，而代谢综合征、肥胖和吸烟已被确定为可能的危险因素。前列腺癌多发生于前列腺外周带，组织学上95％为腺癌，其早期主要的临床症状为排尿困难。由于前列腺癌的病程具有惰性和隐蔽性，当患者出现较为明显的临床病理特征时已经发展为中晚期，因此提高前列腺癌发展早期的诊断准确性是尤其重要的。目前，临床上诊断前列腺癌的方法包括血清前列腺特异性抗原(prostate-specific antigen,psa)检测、经直肠超声检查(digital rectalexamination，dre)、多参数磁共振成像(multiparametric magnetic resonance imaging，mpmri)检查和经直肠超声引导的前列腺活检(transrectal ultrasound-guided prostatebiopsy，truspb)等。其中，血清psa检测与dre联合是临床诊断前列腺癌的基础筛查方法，核磁共振成像和组织活检一般在dre异常和psa水平超过4ng/ml时进行。psa筛查对早期发现和治疗做出了显著贡献，使许多前列腺癌患者得到了早期诊断和治疗，但是由于血清psa水平升高并不总是与癌症的存在相对应，psa水平升高可能与良性前列腺增生(benignprostatic hyperplasia，bph)或炎症、急性尿潴留和感染等其他症状有关。美国国家癌症研究所(nci)认为psa测试对于筛查男性前列腺癌方面极具争议性，psa测试经常出现假阳性(psa水平高，但实际上没有癌症)或假阴性(psa水平低，但患者实际上患有前列腺癌)的结果，给患者及其家人带来焦虑和压力，越来越多的研究也发现，psa检测容易造成过度诊断和过度治疗。

2、经直肠超声引导的前列腺活检仍然是临床上诊断前列腺癌的金标准，而gleason评分是一种衡量前列腺肿瘤组织分化程度的病理指标，作为前列腺癌活检的推荐分级系统用于表征前列腺癌的侵袭性。gleason评分系统是从1到5以2种模式的总和对癌症的原发性和继发性模式进行评分，国际泌尿系统病理学学会(isup)将前列腺癌的侵袭程度分为5级，两者对应关系为1级(gleason score 3+3＝6)、2级(gleason score 3+4＝7)、3级(gleasonscore 4+3＝7)、4级(gleason score 4+4＝8、3+5＝8、5+3＝8)，以及5级(gleason score 4+5＝9、5+4＝9、5+5＝10)。其中，根据gleason评分将前列腺癌分为临床非显著性前列腺癌(clinically non-significant prostate cancer,cnspca；gleason评分为3+3＝6)和临床显著性前列腺癌(clinically significant prostate cancer,cspca；gleason评分≥7)。目前对于bph患者无需采取干预措施，cnspca患者的管理依赖于重复活检、一系列psa和dre检查，然而，只有大约25％因psa水平升高而进行前列腺活检的患者被发现患有前列腺癌，经常导致过度诊断和过度治疗，并最终使男性暴露于治疗作用之外不必要的潜在并发症和有害副作用，如尿失禁、勃起功能障碍、严重感染、疼痛和出血等。因此对于cnspca来说立即治疗可能无益，主要采取保守观察性治疗的方法，例如主动监测(active surveillance，as)。对于cspca患者则需要尽早发现并采取治疗措施以降低前列腺癌死亡率。早期准确识别出bph、cnspca和cspca进行更好的分层对于患者的正确管理非常重要。因此，本发明的工作集中在发现新的生物分子标志物，以提高前列腺癌的检测准确率，对各阶段患者进行风险分层，改善生活质量。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是开发新的用于前列腺癌风险分层的无创诊断生物标志物。

2、本发明通过以下技术方案解决上述问题。

3、本发明的第一方面提供一种检测生物标志物组合的试剂在制备前列腺癌风险分层的试剂盒中的应用，所述生物标志物组合由组合a和组合b组成；

4、所述组合a由柠檬酸、丙氨酸、β-羟基丁酸和谷氨酰胺组成，用于区分良性前列腺增生和临床非显著性前列腺癌；

5、所述组合b由甲酸、柠檬酸、肌酸、亮氨酸、谷氨酰胺组成，用于区分临床非显著性前列腺癌和临床显著性前列腺癌。

6、本发明一些实施方案中，所述试剂用于检测所述生物标志物组合在受试者血清中的含量。

7、本发明的第二方面提供一种用于检测所述生物标志物组合的试剂，所述试剂用于检测所述生物标志物组合在受试者血清中的含量。

8、本发明一些实施方案中，所述试剂为代谢组学分析方法定量检测所述生物标志物组合的试剂，所述代谢组学分析方法包括核磁共振波谱分析法、质谱分析法或气相色谱-质谱分析法。

9、代谢组学是通过核磁共振波谱(nuclear magnetic resonance)或质谱分析平台与气相色谱/液相色谱相结合(gas/liquid chromatography-mass spectrometry，gc/lc-ms)对生物系统(如器官、组织或体液)中所有内源性代谢物进行全局定量分析。代谢物图谱能很好地反映整个细胞的环境，因此代谢组学已经发展成为一种与其他组学方法相比更具综合性的方法。由于血清的收集是微创的，包含的生物信息丰富，成为了使用最广泛的生物标本，通过对血清的代谢组学分析开发出可靠的无创诊断生物标志物和临床应用统计模型以及获得对疾病病理生理学的机制见解非常有价值。

10、本发明的第三方面提供一种试剂盒，所述试剂盒包含所述的试剂和生物标志物组合。

11、本发明的第四方面提供一种前列腺癌风险分层模型的构建方法，包括：

12、(1)获取良性前列腺增生患者和临床非显著性前列腺癌患者、临床非显著性前列腺癌患者和临床显著性前列腺癌患者差异代谢的相关生物标志物组合；

13、(2)以所述生物标志物组合作为风险因素，进行线性回归分析，构建良性前列腺增生和临床非显著性前列腺风险分层模型以及临床非显著性前列腺和临床显著性前列腺癌风险分层模型；

14、其中，所述生物标志物组合由组合a和组合b组成；

15、所述组合a由柠檬酸、丙氨酸、β-羟基丁酸和谷氨酰胺组成，用于区分良性前列腺增生和临床非显著性前列腺癌；

16、所述组合b由甲酸、柠檬酸、肌酸、亮氨酸、谷氨酰胺组成，用于区分临床非显著性前列腺癌和临床显著性前列腺癌。

17、进一步的，所述生物标志物组合来源于良性前列腺增生患者、临床非显著性前列腺癌患者和临床显著性前列腺癌患者的血清。

18、本发明的第五方面提供由所述方法得到的前列腺癌风险分层模型。

19、本发明的第六方面提供一种非诊断目的的前列腺癌风险分层方法，包括：

20、(1)以外部验证队列评估所述前列腺癌风险分层模型的性能，并确定区分良性前列腺增生患者和临床非显著性前列腺癌患者的临界值a、区分临床非显著性前列腺癌患者和临床显著性前列腺癌患者的临界值b；

21、(2)获取受试者血清中生物标志物组合的含量，代入所述前列腺癌风险分层模型，计算所得结果与临界值进行比较，以区分良性前列腺增生患者和临床非显著性前列腺癌患者、临床非显著性前列腺癌患者和临床显著性前列腺癌患者；

22、所述生物标志物组合由组合a和组合b组成；

23、所述组合a由柠檬酸、丙氨酸、β-羟基丁酸和谷氨酰胺组成，用于区分良性前列腺增生和临床非显著性前列腺癌；

24、所述组合b由甲酸、柠檬酸、肌酸、亮氨酸、谷氨酰胺组成，用于区分临床非显著性前列腺癌和临床显著性前列腺癌。

25、进一步的，区分良性前列腺增生患者和临床非显著性前列腺癌患者时，计算结果小于所述临界值a判定为良性前列腺增生患者，计算结果大于所述临界值a，判定为临床非显著性前列腺癌患者；

26、区分临床非显著性前列腺癌患者和临床显著性前列腺癌患者时，计算结果小于所述临界值b，判定为非显著性前列腺癌患者，计算结果大于所述临界值，判定为临床显著性前列腺癌患者。

27、本发明具有如下有益效果：

28、本发明基于1h-nmr代谢组学方法，分析了bph、cnspca和cspca的代谢变化，探究了前列腺癌发展过程潜在的代谢机制，最后利用机器学习算法成功开发了用于前列腺癌风险分层的生物标志物，为临床前列腺癌诊断与风险分型提供了新的思路。