謝冰雪 姚熒 袁文博 鄭曉圓 姜孫旻 劉勸Δ

(1. 江南大學(xué)附屬醫(yī)院(無(wú)錫市第四人民醫(yī)院)腫瘤科，江蘇 無(wú)錫 214000；2. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬無(wú)錫婦幼保健院藥學(xué)部，江蘇 無(wú)錫 214000)

惡性腫瘤嚴(yán)重危害人類(lèi)健康，是當(dāng)今世界人類(lèi)的主要致死原因之一[1]。惡性腫瘤的早期診斷、早期治療是提高其生存期的最重要途徑之一[2]。

由于現(xiàn)今診斷方法的局限，大部分患者初診腫瘤時(shí)往往已是中晚期，而大多數(shù)惡性腫瘤僅在初期階段可獲得治愈機(jī)會(huì)。根據(jù)2015年國(guó)家癌癥中心報(bào)道，我國(guó)腫瘤發(fā)病率前兩位為肺癌、胃癌，這二種腫瘤也是我國(guó)患者因腫瘤死亡的主要原因[3]。將近2/3的肺癌患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行手術(shù)治療。對(duì)于Ⅰ期肺癌患者，經(jīng)過(guò)手術(shù)治療，5年生存率高達(dá)54%，而對(duì)于未經(jīng)治療的5年生存率只有6%。大多數(shù)晚期發(fā)現(xiàn)患者都在1到2年內(nèi)發(fā)病身亡[4-5]。胃癌也同樣如此，絕大部分胃癌患者初診時(shí)已是中晚期。對(duì)于早期胃癌來(lái)說(shuō)，5年生存率>90%，遠(yuǎn)高于進(jìn)展期胃癌。早期胃、肺癌診斷率低，部分原因是現(xiàn)有的早期檢測(cè)手段，如電子計(jì)算機(jī)斷層掃描(Computed tomography，CT)，正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(Positron emission tomography-computed tomography，PET-CT)價(jià)格昂貴，且患者依從性差，因此探尋臨床上常規(guī)、簡(jiǎn)單有效且具有較高診斷價(jià)值的方法至關(guān)重要[6-8]?；颊哐Ｒ?guī)以及生化指標(biāo)是患者入院檢查的必檢項(xiàng)目，如果能夠?qū)⑵浣Y(jié)果通過(guò)特定的模型進(jìn)行計(jì)算模擬，找出腫瘤患者和健康人群的區(qū)別，或可成為腫瘤早期發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單易行的手段。

本研究基于血常規(guī)以及生化指標(biāo)結(jié)果，采用主成分分析(Principal component analysis，PCA)、正交偏最小二乘判別分析(Orthogonal partial least-squares regression-discriminate anaysis，OPLS-DA)等化學(xué)計(jì)量學(xué)模型[9-10]評(píng)估分析肺癌、胃癌患者與健康體檢者血常規(guī)、生化指標(biāo)的區(qū)別。為肺癌、胃癌早期檢查提供數(shù)據(jù)支持，并力行將評(píng)估模型用于臨床實(shí)踐。

1 臨床資料與方法

1.1 材料

1.1.1臨床資料

標(biāo)本來(lái)源：腫瘤組均為原發(fā)惡性腫瘤，標(biāo)本來(lái)源于2014年1月到2015年12月在無(wú)錫市第四人民醫(yī)院住院手術(shù)患者，全部病例己經(jīng)手術(shù)和病理確診。

肺癌組：72例，其中男35例，女37例，34歲～75歲；胃癌組：57例，其中男30例，女27例，38歲～66歲；對(duì)照組：對(duì)照組隨機(jī)選取健康體檢者50例，其中男25例，女25例，28歲～70歲，見(jiàn)表1。

以上各組均排除糖尿病、肝病、腎病、傳染病、血液病等疾病。所有的臨床指標(biāo)均為手術(shù)前數(shù)據(jù)，(若有多次檢測(cè)結(jié)果，取均值)，血常規(guī)采集于抗凝管中、血生化指標(biāo)采集于促凝管中用于檢測(cè)。

表1 入組人員信息情況表

1.1.2血常規(guī)、生化指標(biāo)檢測(cè)

血常規(guī)項(xiàng)目使用抗凝全血在LH750全自動(dòng)血液分析儀測(cè)定；生化指標(biāo)均使用靜脈血清在P800全自動(dòng)生化分析儀測(cè)定。胃癌組和肺癌組對(duì)比指標(biāo)，見(jiàn)表2：血常規(guī)指標(biāo)20項(xiàng)、生化指標(biāo)45項(xiàng)；胃癌組和肺癌組與正?；颊邔?duì)比指標(biāo)，見(jiàn)表3：血常規(guī)20項(xiàng)、生化指標(biāo)16項(xiàng)。

表2 胃癌組和肺癌組對(duì)比指標(biāo)

1.1.3數(shù)據(jù)處理

所有的臨床指標(biāo)均為手術(shù)前數(shù)據(jù)，(若有多次檢測(cè)結(jié)果，取均值)；篩選：每種指標(biāo)在每組內(nèi)的缺失比例小于20%，每個(gè)樣本的指標(biāo)缺失比例小于20%；以組內(nèi)均值填補(bǔ)缺失值；組間數(shù)據(jù)對(duì)齊。

原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入SIMCA-P 13.0；所有變量做自動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化(Unit variance scaling，UV Scaling)處理，消除變量的量級(jí)對(duì)統(tǒng)計(jì)模型的影響；主成分分析(Principal component analysis，PCA)：從高維變量中提取出能夠表征原始數(shù)據(jù)的主成分；正交-偏最小二乘回歸(Orthogonal partial least-squares regression-discriminate anaysis，OPLS-DA)：根據(jù)分組信息對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行提取和壓縮；最后利用OPLS-DA模型的變量投影重要性(Variable importance in projection，VIP)參數(shù)篩選組間差異指標(biāo)。

表3 胃癌組和肺癌組與正?；颊邔?duì)比指標(biāo)

2 結(jié)果

2.1 胃癌組-肺癌組的指標(biāo)差異分析

胃癌組與肺癌組無(wú)監(jiān)督的主成分分析模型不穩(wěn)定，見(jiàn)圖1a，在分組信息未知的情況下，個(gè)體差異比較大。有監(jiān)督的OPLS-DA模型較穩(wěn)定，見(jiàn)圖1 b，根據(jù)分組信息構(gòu)建模型，組間差異較明顯。組間差異指標(biāo)(即VIP>1)主要有補(bǔ)體C3、紅細(xì)胞分布寬度、膽堿酯酶、補(bǔ)體C4、B-羥基丁酸、嗜酸性粒細(xì)胞絕對(duì)值、總蛋白、球蛋白、前白蛋白、紅細(xì)胞壓積、血紅蛋白、乳酸脫氫酶、視黃醇結(jié)合蛋白、淋巴細(xì)胞比例、免疫球蛋白M、嗜中性粒細(xì)胞比例、G-谷酰胺基轉(zhuǎn)移酶和白細(xì)胞，見(jiàn)表4。

圖1 胃癌組-肺癌組的指標(biāo)差異分析注：藍(lán)色：肺癌，紅色：胃癌。a:無(wú)監(jiān)督的主成分分析，A：表示主成分分析模型中的主成分的個(gè)數(shù)；N表示總樣本量；R2X表示模型的解釋率(即主成分所含有的信息占原始數(shù)據(jù)的比例)；Q2表示模型的穩(wěn)定性(越接近1表示模型越穩(wěn)定)。b：有監(jiān)督的OPLS-DA模型。A表示模型的結(jié)構(gòu)，與分組相關(guān)主成分?jǐn)?shù)+正交主成分?jǐn)?shù)+0；N表示總樣本量；R2X/R2Y表示模型對(duì)原始數(shù)據(jù)和分組信息的解釋率；Q2表示模型的穩(wěn)定性(R2Y和Q2越接近1表示組間差異越明顯)

表4 胃癌組肺癌組間的差異指標(biāo)

2.2 胃癌組-肺癌組-對(duì)照組的指標(biāo)差異分析

2.2.1 胃癌組-肺癌組-對(duì)照組無(wú)監(jiān)督的主成分分析模型不穩(wěn)定，見(jiàn)圖2a，在分組信息未知的情況下，個(gè)體差異比較大。有監(jiān)督的OPLS-DA模型不太穩(wěn)定，見(jiàn)圖2b，三組組間有差異。

圖2 胃癌組-肺癌組-對(duì)照組指標(biāo)差異分析注：藍(lán)色：肺癌，紅色：胃癌，綠色：對(duì)照。a：無(wú)監(jiān)督的主成分分析模型；b：有監(jiān)督的OPLS-DA模型。

2.2.2 胃癌類(lèi)-對(duì)照組有監(jiān)督的OPLS-DA模型較穩(wěn)定，見(jiàn)圖3，組間差異明顯，主要差異指標(biāo)有：白蛋白、紅細(xì)胞、紅細(xì)胞分布寬度、紅細(xì)胞壓積、血紅蛋白、白球蛋白比例、總蛋白、單核細(xì)胞比例、單核細(xì)胞絕對(duì)值和淋巴細(xì)胞絕對(duì)值，見(jiàn)表5。

圖3 胃癌類(lèi)-對(duì)照組有監(jiān)督的OPLS-DA模型

表5 胃癌類(lèi)-對(duì)照組組間差異指標(biāo)

2.2.3 肺癌類(lèi)-對(duì)照組有監(jiān)督的OPLS-DA模型較穩(wěn)定，見(jiàn)圖4，組間差異明顯，主要差異指標(biāo)有：白球蛋白比例、白蛋白、淋巴細(xì)胞比例、單核細(xì)胞絕對(duì)值、紅細(xì)胞、球蛋白、紅細(xì)胞壓積、血紅蛋白、堿性磷酸酶、G-谷酰胺基轉(zhuǎn)移酶、單核細(xì)胞比例、嗜中性粒細(xì)胞比例、淋巴細(xì)胞絕對(duì)值和葡萄糖，見(jiàn)表6。

圖4 肺癌類(lèi)-對(duì)照組有監(jiān)督的OPLS-DA模型

表6 肺癌類(lèi)-對(duì)照組組間差異指標(biāo)

3 討論

癌癥患者伴有血液常規(guī)、生化常規(guī)等指標(biāo)的不同程度的變化，這種變化可能具有腫瘤特征模式。有效癌癥治療的前提在于早期診斷，腫瘤診斷從已形成了影像診斷，內(nèi)鏡診斷、化學(xué)診斷、組織診斷、細(xì)胞診斷等一系列的診斷方法。但至今仍未發(fā)現(xiàn)敏感度和特異性均十分理想的早期診斷方法[11]，因此合適的腫瘤早期診斷方法是達(dá)到普篩目的的首要前提[12]。

偏最小二乘回歸法(Partial least-squares regression，PLS)是采用信息綜合與篩選技術(shù)的多元回歸建模方法[8]。正交偏最小二乘判別分析(Orthogonal partial least-squares regression-discriminate anaysis，OPLS-DA)是在PLS-DA基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，由于過(guò)濾了X中與Y不相關(guān)的信息噪聲，因此OPLS-DA方法比PLS-DA能提高模型的預(yù)測(cè)效果。OPLS-DA方法不僅可以提高癌癥的診斷效果，而且可以避免過(guò)度診斷，通過(guò)常規(guī)的血液學(xué)以及生化指標(biāo)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)模型即可達(dá)到早期診斷的目的[13]。

胃癌和肺癌的許多患者在診斷時(shí)已是晚期，失去了最佳治療時(shí)機(jī)[14-15]。目前，在我國(guó)早期胃癌的診斷率仍在10%左右，而在一些先進(jìn)國(guó)家如日本，其早期胃癌診斷率可高達(dá)50%-70%[16]。內(nèi)鏡技術(shù)對(duì)早期胃癌病變的診斷有一定的價(jià)值和意義[17]，然而內(nèi)鏡屬于侵入性檢查，費(fèi)用較高且患者依從性差，不適于胃癌大規(guī)模篩查和胃癌的早期診斷。在肺癌篩查方法中，痰細(xì)胞學(xué)檢測(cè)是進(jìn)行早期肺癌篩查最傳統(tǒng)的方法[18-19]，但易受取材、保存、制片、染色等諸多因素的影響。而影像學(xué)篩查費(fèi)用過(guò)高，患者依從性差[20]。本研究擬通過(guò)對(duì)常規(guī)的血液學(xué)以及生化指標(biāo)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)模型即可達(dá)到早期診斷的目的。

4 結(jié)論

從主成分分析結(jié)果可見(jiàn)，盡管胃癌組與肺癌組模型不穩(wěn)定，但在分組信息未知的情況下，個(gè)體差異比較大。有監(jiān)督的OPLS-DA模型較穩(wěn)定，根據(jù)分組信息構(gòu)建模型，組間差異較明顯。對(duì)于肺癌組和對(duì)照組以及胃癌和對(duì)照組有監(jiān)督的OPLS-DA模型均較穩(wěn)定(Q2 0.406)，組間差異均較明顯。因此，通過(guò)有監(jiān)督的OPLS-DA模型可為胃癌和肺癌的診斷以及鑒別提供數(shù)據(jù)支持，為腫瘤早期診斷提供理論基礎(chǔ)。