一种用于诊疗CADASIL的生物标志物及应用

本发明涉及生物医学，具体涉及一种用于诊疗cadasil的生物标志物及应用。

背景技术：

1、常染色体显性遗传脑动脉病伴皮质下梗死及白质脑病(cerebral autosomaldominant arteriopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，简称cadasil)，是最常见的遗传性脑小血管疾病，以反复皮质下缺血性卒中、先兆性偏头痛、进行性血管性痴呆以及情感障碍为主要临床表现。cadasil病理机制的主要分子基础是19号染色体上notch3基因突变。迄今为止，在全球至少500个家系中发现了超过150种notch3基因突变，其中95％为错义突变，其他包括小的框内缺失突变、剪切位点突变等。所有的致病突变都位于外显子2-24，尤其以外显子3和4错义突变最常见。notch3基因编码的跨膜受体主要表达在血管平滑肌上，具有信号传导和受体功能，对于胚胎血管发育具有重要作用。这类跨膜受体的细胞外区域含有34个表皮生长因子(egf)重复序列，每个egf含有6个半胱氨酸残基。人群中的notch3突变大多导致其胱氨酸残基转变为奇数个，从而使蛋白质构象发生改变，干扰信号传递，从而导致血管平滑肌发育和功能异常。

2、cadasil患者的临床表现、总体病程具有很大的个体差异。目前，基因检测是诊断的金标准。然而，由于基因检测花费昂贵、耗时，因此，基因检测前的筛查方法非常有意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种用于诊疗cadasil的生物标志物及应用。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种用于诊疗cadasil的生物标志物，所述生物标志物包括eubacterium siraeum、akkermansia muciniphila、fusobacterium varium、megasphaera elsdenii、clostridium aldenense、bacteroides sp om05-12、streptococcus sp a12、roseburia faecis、eubacterium eligens、sutterellaparvirubra、il-1β、ccl2、il-6、cxcl16、α-酮戊二酸、谷氨酸中的至少一种。

4、优选的，所述生物标志物包括eubacterium siraeum、akkermansia muciniphila、fusobacterium varium、megasphaera elsdenii、clostridium aldenense、bacteroidessp om05-12、streptococcus sp a12、roseburia faecis、eubacterium eligens、sutterella parvirubra、il-1β、ccl2、il-6、cxcl16、α-酮戊二酸、谷氨酸中的至少3种。

5、本发明通过对比24例cadasil患者与28例健康家属的肠道微生物丰度、血清中炎症因子的含量、以及血清中神经递质的含量，发现了16个有统计学差异的物质，包括：eubacterium siraeum、akkermansia muciniphila、fusobacterium varium、megasphaeraelsdenii、clostridium aldenense、bacteroides sp om05-12、streptococcus sp a12、roseburia faecis、eubacterium eligens、sutterella parvirubra、il-1β、ccl2、il-6、cxcl16、α-酮戊二酸和谷氨酸。上述差异物质中的全部或一部分可用作cadasil的生物标志物。本发明利用机器学习算法，构建了cadasil的分类模型，证明了当使用全部或一部分上述16个差异物质作为cadasil生物标志物时，其分类性能良好，具体流程如图1所示。本发明为cadasil提供了新的诊断筛查手段和病情评价方法。

6、作为本发明所述的生物标志物的优选实施方式，与健康人相比，所述eubacteriumsiraeum、akkermansia muciniphila、fusobacterium varium、megasphaera elsdenii、clostridium aldenense、bacteroides sp om05-12、streptococcus sp a12在cadasil患者粪便中富集。

7、作为本发明所述的生物标志物的优选实施方式，与健康人相比，所述roseburiafaecis、eubacterium eligens、sutterella parvirubra在cadasil患者粪便中低丰度。

8、作为本发明所述的生物标志物的优选实施方式，与健康人相比，所述il-1β、ccl2、il-6、cxcl16在cadasil患者血清中浓度高。

9、作为本发明所述的生物标志物的优选实施方式，与健康人相比，所述α-酮戊二酸和谷氨酸在cadasil患者血清中含量高。

10、第二方面，本发明提供了一种用于诊疗cadasil的试剂盒，所述试剂盒包括检测权利要求1所述生物标志物的试剂。

11、第三方面，本发明将所述的生物标志物、所述的试剂盒在制备cadasil诊断、治疗或风险评估药物、制剂、保健品或试剂盒中应用。

12、第四方面，本发明提供了一种诊断或评估cadasil水平的模型，所述模型的输入变量为权利要求1所述的生物标志物。

13、第五方面，本发明提供了一种诊断或评估cadasil水平的模型的构建方法，包括以下步骤：

14、(1)将所述的生物标志物数据输入机器学习模型；

15、(2)以10折交叉验证的方法，将所述数据随机分成10份，使用其中9份用来训练分类模型，将另外1份用来测试分类模型的预测结果；重复所述训练分类模型和测试分类模型10～20次；所述重复的结果的差错率平均值作为对算法精度的估计值；

16、(3)重复所述步骤(2)5～10次，将10折交叉验证差错率的平均值作为对算法准确性的估计，即成。

17、作为本发明所述的构建方法的优选实施方式，所述机器学习模型为随机森林分类器。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

19、本发明通过对比24例cadasil患者与28例健康家属的肠道微生物丰度、血清中炎症因子的含量、以及血清中神经递质的含量，发现了16个有统计学差异的物质，包括：eubacterium siraeum、akkermansia muciniphila、fusobacterium varium、megasphaeraelsdenii、clostridium aldenense、bacteroides sp om05-12、streptococcus sp a12、roseburia faecis、eubacterium eligens、sutterella parvirubra、il-1β、ccl2、il-6、cxcl16、α-酮戊二酸和谷氨酸。本发明的cadasil生物标志物，可用于cadasil的筛查和病情评估。其特异性好，灵敏度高；采用粪便和血样本，样本方便获得；此外，在病人在其他检查中已经检测了肠道微生物组成、炎症因子、神经递质的基础上，可使用本发明中的生物标志物直接使用这些检测数据进行cadasil诊断筛查，简单便捷。