本发明属于生物信息学,具体涉及引物组、试剂盒、用于诊断胃肠道肿瘤的装置及存储介质。
背景技术:
1、胃肠道恶性肿瘤是最常见的消化系统肿瘤,其高发病率和高死亡率严重威胁着民众的健康。胃癌和结直肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤,胃癌发病率和死亡率分列癌症第5和第3位,而结直肠癌则分别高居第2和第4位,且近85%患者在确诊时属于中晚期。
2、胃镜和肠镜是公认的诊断胃癌和结直肠癌的金标准,但资源分配有限且胃镜和肠镜是有创检查,患者依从性较差,难以实现大规模筛查。而传统消化道肿瘤标志物包括cea、ca19-9、ca72-4,综合国内外报道和临床实际情况发现灵敏度普遍较低,如cea在胃癌中的灵敏度低于30%,ca19-9对胃癌诊断的灵敏度约20%,即使联合ca19-9、ca72-4和cea检测,其对于胃癌诊断的灵敏度也仅能达到48.2%。结直肠癌筛查以粪便隐血检测为主,若为阳性,再进行结肠镜检查。基于抗体的免疫化学法粪便隐血检测(fecal immunochemical test,fit)对结直肠癌的灵敏度虽然能够达到79%,但仍有较大的漏检风险。且粪便样本在采集时受检者体验感不佳,普遍存在依从性较差的问题,综合国内外报道和临床实际情况发现,在接受无创筛查的人群中,80%以上的受检者选择血液检测,仅有不到20%的受检者选择粪便检测。因此,鉴于胃肠镜的有创性、传统肿瘤标志物和fit灵敏度不足以及结直肠癌筛查使用粪便样本面临的依从性差等问题,需要迫切研发新的胃肠道恶性肿瘤标志物。
3、人的体液样本中含有来自于不同组织(包括肿瘤)的无细胞dna(cfdna)、蛋白质、细胞、囊泡(如外泌体)等各种成分,液体活检就是一种从体液样本中检测疾病相关信号标志物的非侵入性技术,目前最常用的是检测血液中的cfdna,被麻省理工科技综述杂志(mittechnology review)评为2015年度十大突破技术之一。相比传统的胃肠镜检测,液体活检技术侵入性和副作用都要小得多,患者依从性大大提高;而与传统肿瘤标志物和fit等常规检查相比,其又具有高灵敏度和高特异性的特点,极大地避免漏检和误诊给患者带来的额外负担,具有无创、实时、前瞻和高灵敏等优点,非常适合用于辅助临床肿瘤的早期筛查与诊断。
4、dna或基因甲基化是一种重要的表观遗传学标记信息,甲基化水平的改变会影响基因的表达;基因甲基化异常主要包括抑癌基因的高甲基化和原癌基因的低甲基化;若抑癌基因启动子区域发生高甲基化,则抑癌基因的表达受到抑制,会使细胞停留在低分化增殖阶段,进而可能导致正常细胞发生癌变;同理,若原癌基因启动子区域发生低甲基化,则原癌基因会被激活,同样会使细胞停留在低分化增殖阶段,进而可能导致正常细胞发生癌变。在胃肠道恶性肿瘤发生过程中,dna甲基化水平改变是一个非常早期的事件,该变化早于驱动基因的突变。且由于甲基化过程具有组织特异性及较高的检测丰度,同时不受年龄影响,因此为胃肠道恶性肿瘤早期诊断提供了新的筛查窗口。
技术实现思路
1、为解决上述问题,本发明提供一种引物组、试剂盒、用于诊断胃肠道肿瘤的装置及存储介质。通过选择特定的基因和基因序列实现对胃肠道肿瘤的高灵敏度和特异性检测。
2、为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
3、一种引物组,所述引物组用于检测生物标志物,所述生物标志物包括spn基因目的区域的甲基化位点和cnrip1、gdnf、tfpi2、itga4、znf304中的至少两个基因目的区域的甲基化位点;以hg19为参考基因组,所述spn基因目的区域选自chr16:29675824-29675917,所述cnrip1基因目的区域选自chr2:68546535-68546605,所述gdnf基因目的区域选自chr5:37840060-37840160,所述tfpi2基因目的区域选自chr7:93520070-93520146,所述itga4基因目的区域选自chr2:182321974-182322059,所述znf304基因目的区域选择chr19:57862558-57862660;所述引物组包括:第一引物,所述第一引物如seq id no:1和seq idno:3所示;第二引物,所述第二引物选择下述至少两组:第一组引物如seq id no:4和seqid no:6所示、第二组引物如seq id no:10和seq id no:12所示、第三组引物如seq id no:16和seq id no:18所示、第四组引物如seq id no:13和seq id no:15所示、第五组引物如seq id no:19和seq id no:21。
4、本发明还提供了一种试剂盒,所述试剂盒用于检测生物标志物,所述生物标志物包括spn基因目的区域的甲基化位点和cnrip1、gdnf、tfpi2、itga4、znf304中的至少两个基因目的区域的甲基化位点;以hg19为参考基因组,所述spn基因目的区域选自chr16:29675824-29675917,所述cnrip1基因目的区域选自chr2:68546535-68546605,所述gdnf基因目的区域选自chr5:37840060-37840160,所述tfpi2基因目的区域选自chr7:93520070-93520146,所述itga4基因目的区域选自chr2:182321974-182322059,所述znf304基因目的区域选择chr19:57862558-57862660;所述试剂盒包括:探针组以及上述引物组。
5、进一步的,所述探针组包括:第一探针,所述第一探针如seq id no:2所示;第二探针,所述第二探针选择下述至少两种:第一种探针如seq id no:5所示、第二种探针如seqid no:11所示、第三种探针如seq id no:17所示、第四种探针如seq id no:14所示、第五种探针如seq id no:20所示;所述引物组与探针组的选择适配:第一探针与第一引物适配,第一种探针与第一组引物适配,第二种探针与第二组引物适配,第三种探针与第三组引物适配,第四种探针与第四组引物适配,第五种探针与第五组引物适配。
6、进一步的,所述第一探针和第二探针的5’端标记有第一荧光报告基团,3’端标记有bhq1荧光淬灭基团。
7、进一步的,所述试剂盒还包括下列至少一种:样本收集容器、dna提取试剂,甲基化转化试剂、荧光定量pcr检测试剂、检测gapdh基因的引物和检测gapdh基因的探针。
8、进一步的,所述检测gapdh基因的探针的5’端标记有vic荧光报告基团,3’端标记有bhq1荧光淬灭基团。
9、进一步的,所述gapdh基因的引物如seq id no:7和seq id no:9所示;所述gapdh基因的探针如seq id no:8所示。
10、本发明还提供了一种用于诊断胃肠道肿瘤的装置,包括:检测单元,所述检测单元用于检测生物标志物中甲基化水平,得到检测结果;分析单元,所述分析单元用于针对所述检测结果诊断胃肠道肿瘤;所述生物标志物包括spn基因目的区域的甲基化位点和cnrip1、gdnf、tfpi2、itga4、znf304中的至少两个基因目的区域的甲基化位点;以hg19为参考基因组,所述spn基因目的区域选自chr16:29675824-29675917,所述cnrip1基因目的区域选自chr2:68546535-68546605,所述gdnf基因目的区域选自chr5:37840060-37840160,所述tfpi2基因目的区域选自chr7:93520070-93520146,所述itga4基因目的区域选自chr2:182321974-182322059,所述znf304基因目的区域选择chr19:57862558-57862660。
11、进一步的,所述检测单元包括荧光定量pcr仪。
12、进一步的,所述分析单元根据spn基因δct值以及其他至少两种基因所建立的模型进行判读,判断是否患有胃肠道肿瘤;其中δct值为相应基因ct值减去内参基因ct值;若某基因扩增曲线不成s型或ct值为空白,则所述某基因的ct值为45。
13、进一步的,所述模型的输入包括年龄和所述至少两种基因的δct值。
14、进一步的,所述模型采用随机森林算法或逻辑回归算法,将数据集划分为训练集和验证集,采用训练集对所述模型进行训练,所述验证集用于验证模型的准确性。
15、进一步的,当spn基因的δct不大于2.61,则可判定结果为阳性;当spn基因的δct大于2.61,采用逻辑回归的方式进行拟合,得到模型公式,并计算阈值;相应模型分数不小于所述阈值时,则判定结果为阳性,反之为阴性。
16、进一步的,基于cnrip1和gdnf基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
17、g3mscan=34.70281-0.23476age-1.02096δct(cnrip1)-0.34176δct(gdnf),当g3mscan不小于-1.257,则判断结果为阳性,反之为阴性;
18、基于itga4、tfpi2和znf304基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
19、g4mscan=26.99644-0.12047age-0.93628δct(itga4)-0.15256δct(tfpi2)-0.21633δct(znf304),当g4mscan不小于-1.083,则判断结果为阳性,反之为阴性;
20、基于itga4、cnrip1、tfpi2、gdnf和znf304基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
21、g6mscan=37.44462-0.26821age+0.11936δct(itga4)-1.51298δct(cnrip1)+0.57912δct(tfpi2)-0.40047δct(gdnf)-0.17587δct(znf304),当g6mscan不小于-1.174,则判断结果为阳性,反之为阴性。
22、本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现基于生物样本中生物标志物中甲基化水平诊断胃肠道肿瘤;所述生物标志物包括spn基因目的区域的甲基化位点和cnrip1、gdnf、tfpi2、itga4、znf304中的至少两个基因目的区域的甲基化位点;以hg19为参考基因组,所述spn基因目的区域选自chr16:29675824-29675917,所述cnrip1基因目的区域选自chr2:68546535-68546605,所述gdnf基因目的区域选自chr5:37840060-37840160,所述tfpi2基因目的区域选自chr7:93520070-93520146,所述itga4基因目的区域选自chr2:182321974-182322059,所述znf304基因目的区域选择chr19:57862558-57862660。
23、进一步的,根据spn基因δct值以及其他至少两种基因所建立的模型进行判读,判断是否患有胃肠道肿瘤;其中δct值为相应基因ct值减去内参基因ct值;若某基因扩增曲线不成s型或ct值为空白,则所述某基因的ct值为45。
24、进一步的,所述模型的输入包括年龄和所述至少两种基因的δct值。
25、进一步的,当spn基因的δct大于2.61,采用逻辑回归的方式进行拟合,得到模型公式,并计算阈值;相应模型分数不小于所述阈值时,则判定结果为阳性,反之为阴性。
26、进一步的,基于cnrip1和gdnf基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
27、g3mscan=34.70281-0.23476age-1.02096δct(cnrip1)-0.34176δct(gdnf),当g3mscan不小于-1.257,则判断结果为阳性,反之为阴性;
28、基于itga4、tfpi2和znf304基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
29、g4mscan=26.99644-0.12047age-0.93628δct(itga4)-0.15256δct(tfpi2)-0.21633δct(znf304),当g4mscan不小于-1.083,则判断结果为阳性,反之为阴性;
30、基于itga4、cnrip1、tfpi2、gdnf和znf304基因的δct构建模型时,采用逻辑回归算法得到模型为:
31、g6mscan=37.44462-0.26821age+0.11936δct(itga4)-1.51298δct(cnrip1)+0.57912δct(tfpi2)-0.40047δct(gdnf)-0.17587δct(znf304),当g6mscan不小于-1.174,则判断结果为阳性,反之为阴性。
32、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括:
33、(1)本发明通过检测spn基因和cnrip1、gdnf、tfpi2、itga4和znf304中至少两种基因甲基化水平可以实现胃肠道肿瘤的诊断,有效降低胃肠道肿瘤的病死率。
34、(2)本发明通过血液样本检测spn基因和itga4、cnrip1、tfpi2、gdnf和znf304中至少两种基因甲基化水平的方法,患者依从性高。
35、(3)本发明设计了特异性的引物和探针,采用联合检测spn基因和itga4、cnrip1、tfpi2、gdnf和znf304中至少两种基因甲基化的方法,极大地提高了检测准确性、灵敏度和特异性,且本技术的胃肠道肿瘤的判定方法相较于现有技术,大大降低了检测难度,提高了检测效率。
36、(4)本发明采用的胃肠道肿瘤靶基因中,spn基因和itga4、cnrip1、tfpi2、gdnf和znf304中至少两种基因探针采用第一荧光报告基团进行标记,对照gapdh基因探针采用vic标记,可实现多重单管检测,相比单重检测,减少试剂消耗,降低耗材成本,减少实验人员操作步骤,降低实验错误率。
37、(5)受限于设备的检测通量,本技术最多可以将上述四个基因的引物和探针加入同一反应管中,满足在检测结果准确度要求的前提下,提高了检测效率。
1.一种引物组,其特征在于,
2.一种试剂盒,其特征在于,
3.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,
4.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,
5.根据权利要求2所述的试剂盒,其特征在于,
6.根据权利要求5所述的试剂盒,其特征在于,
7.根据权利要求5或6所述的试剂盒,其特征在于,
8.一种用于诊断胃肠道肿瘤的装置,其特征在于,包括:
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,
10.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,
11.根据权利要求10所述的装置,其特征在于,
12.根据权利要求11所述的装置,其特征在于,
13.根据权利要求12所述的装置,其特征在于,
14.根据权利要求13所述的装置,其特征在于,
15.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现基于生物样本中生物标志物中甲基化水平诊断胃肠道肿瘤;
16.根据权利要求15所述的计算机可读存储介质,其特征在于,
17.根据权利要求16所述的计算机可读存储介质,其特征在于,
18.根据权利要求17所述的计算机可读存储介质,其特征在于,
19.根据权利要求18所述的计算机可读存储介质,其特征在于,
