一种依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型及其建立方法和应用

本发明涉及肿瘤标志物和生物医学检测，具体涉及一种依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型及其建立方法和应用。

背景技术：

1、肾细胞癌(renal cell carcinoma,rcc)是最常见的恶性疾病之一，在男性癌症中排名第七，在女性中排名第九，占所有成人恶性肿瘤的2％-3％。世界范围内，rcc每年估计有209000例新发病例，102000例死亡病例。rcc有多种亚型，其中绝大多数为透明细胞rcc(clear cell renal carcinoma，ccrcc)，占比为70％。治疗上，即使在早期成功完成手术或消融，高达三分之一的早期ccrcc患者仍将经历进展或转移事件。一旦发生转移，肺、淋巴结、骨骼和肝脏是最常见的靶器官，预示极差的临床结局，5年生存率低于10％。ccrcc是一种异质性很高的恶性肿瘤，对于不同患者，即使临床病理特征和治疗方案类似，预后也可能明显不同，这表明仅凭传统的临床病理学特征不能理想的预测患者预后，而依赖于分子改变构建的风险模型为打破现状带来了希望。

2、组蛋白是细胞核内的蛋白质，被脱氧核糖核酸包围形成核小体。每个组蛋白的n末端尾部存在特殊的翻译后修饰位点，此位点的泛素化、甲基化、磷酸化和乙酰化能改变底物中氨基酸残基的性质，有可能改变基因的表达模式，这一过程也称为组蛋白修饰。独立于dna甲基化外，组蛋白修饰是又一重要的影响转录的表观遗传学机制，其不仅与染色体重塑和功能密切相关，在决定胚细胞命运、细胞生长和癌变过程中也起着重要作用。更重要的是，组蛋白修饰与多种疾病的发展密切相关，其中恶性肿瘤最受关注。

3、目前已经有大量的文献报道了ccrcc中和组蛋白修饰相关的分子和信号通路。例如，usp38被证明和组蛋白的乙酰化有关，它会聚集在dna损伤部位并调节k63介导的hdac1泛素化，同时，usp38表达降低会导致h3k56乙酰化增加和非同源末端连接效率降低。usp38在ccrcc中以低水平表达，usp38缺陷小鼠的基因组不稳定性增加，这表明usp38是dna损伤反应的调节剂。trim37通过激活泛素化h2a修饰调节的tgf-β1信号通路促进rcc细胞的恶性进展，其异常表达预示着侵袭性肿瘤表型和不良预后。作为一种潜在的致癌基因，nuf2通过抑制赖氨酸脱甲基酶2a的表达，影响其在hmga2启动子区域的占据、调节组蛋白h3中38号赖氨酸的去甲基化以及表观遗传激活。

4、简而言之，目前的研究初步探究了组蛋白修饰与ccrcc发生发展的关系，但缺少利用组蛋白修饰模式的特点对ccrcc进行风险分层和预后预测的研究，组蛋白修饰状态和ccrcc直接的关系尚无系统研究。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型及其建立方法和应用，描述了不同ccrcc中的组蛋白修饰模式，基于122条组蛋白修饰信号通路构建了可用于一种新型风险模型，用于预测ccrcc患者的预、指导化疗药物选择，并揭示潜在的分子机制，同时，还建立了一个具有较高预测性能的列线图来量化ccrcc患者的死亡风险。

2、为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

3、一种依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型，所述风险模型为蛋白修饰基因风险模型，由以下6个基因构建组成：cks2、setbp1、znf132、aspa、tmem174和ace2，且确定蛋白修饰基因风险模型(histone-modification gene，himg)的评分公式为：

4、蛋白修饰基因风险模型评分＝cks2的表达量×0.06680825+setbp1的表达量×(-0.14716069)+znf132的表达量×(-0.13929274)+aspa的表达量×0.04398269+tmem174的表达量×(-0.03783709)+ace2的表达量×(-0.13640895)。

5、所述依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型的建立方法包括以下步骤：

6、(1)从多个独立的公共数据库下载与ccrcc患者相关的基因表达矩阵和完整的临床数据，纳入队列；

7、(2)将获取的各个队列基因的交集进一步过滤和选择，最终确定各个队列中的样本数量用于进一步分析；

8、(3)从msigdb数据库下载122条组蛋白修饰相关通路，使用gsva算法进行量化每个样本患者的组蛋白修饰状态，确定组蛋白修饰差异最明显的簇间的差异表达基因；

9、(4)通过单变量cox回归分析、lasso回归选择模型构建上述基因，并从生存差异、化疗反应和激活通路进行组间对比；

10、(5)建立列线图来量化不同患者的死亡概率，最终确定cks2、setbp1、znf132、aspa、tmem174和ace2这6个基因构建组蛋白修饰基因风险模型；

11、(6)基于多因素回归分析确定的独立预后因子，根据上述组蛋白修饰基因风险模型以及年龄、肿瘤分期和肿瘤携带状态作为协变量来建立列线图，量化ccrcc患者死亡概率。

12、优选的，所述步骤(1)中的多个独立的公共数据库包括癌症基因组图谱数据库、基因组表达综合数据库和arrayexpress数库，且其纳入的队列分别为tcga-kirc、gse22541和emtab3267，其中tcga-kirc通过r包“tcgabiolinks”获得。

13、优选的，所述步骤(2)中过滤和选择的方式为将tcga-kirc和gse22541中的行表达数据预转换为log2(tpm+1)类型，在超过90％的样本中，tpm值<1的mrna被定义为噪声，并被剔除，缺失临床信息或没有随访时间的患者都被排除在外，选择总生存期作为结局变量。

14、优选的，所述步骤(2)中使用r包“sva”中的combat算法进行去批次效应处理来消除各个队列之间的批次差异。

15、优选的，所述的依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型在制备试剂盒中的应用。

16、优选的，所述的依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型在肾透明细胞癌总体生存率预测产品中的应用

17、优选的，所述的依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型在肾透明细胞癌患者总体生存率诊断产品中的应用。

18、优选的，所述的依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型在肾透明细胞癌患者总体生存率辅助诊断产品中的应用。

19、优选的，所述的依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型在肾透明细胞癌患者化疗药物辅助选择产品中的应用。

20、本发明提供一种依赖组蛋白修饰状态预测肾透明细胞癌预后和临床决策的风险模型及其建立方法和应用，与现有技术相比优点在于：

21、(1)本发明依赖122条组蛋白修饰通路，系统的揭示了ccrcc中的三种组蛋白修饰状态，以及组蛋白修饰状态和预后的关系，证明了himg风险模型能很好的区分不同预后的患者，且对于化疗药物选择有指导意义，探索了潜在的分子机制，同时建立了具有高预测性能的列些图，能为ccrcc的精准化治疗提供参考。

22、(2)本发明综合分析了ccrcc中的可变组蛋白修饰模式，强调了对ccrcc患者预后的影响，证明了其在指导药物选择方面的作用，并揭示了潜在的分子机制，结合himg评分和临床病理特征建立了具有高校准度和区分度的列线图，为精准医学的发展提供了新的思路。