生物信息学在肝细胞癌风险预测中的应用

生物信息学是一门交叉科学,通过综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具,来阐明和理解大量生物数据所包含的生物学意义。随着基因组学测序技术的不断发展,产生大量的生物学数据资源,从大数据中挖掘所蕴藏的生物学意义,已成为了当前亟待解决的主要任务之一。本文主要归纳总结基于特征基因的肝癌风险预测模型,为肝癌的早期检测、预后和治疗方案的优化提供新观点。     

机器学习算法在肝细胞癌微血管侵犯术前预测中的应用价值

目的探讨机器学习算法在肝细胞癌微血管侵犯(MVI)术前预测中的应用价值。方法采用回顾性描述性研究方法。收集2015年5月至2018年12月福建医科大学孟超肝胆医院收治的277例肝细胞癌患者的临床病理资料;男235例,女42例;年龄为(56±10)岁,年龄范围为33~80岁。患者术前均行磁共振成像检查。227例肝细胞癌患者通过计算机产生随机数方法以7∶3比例分为训练集193例和验证集84例。应用逻辑回归列线图,支持向量机(SVM)、随机森林(RF)、人工神经网络(ANN)和轻量级梯度提升机(LightGBM)机器学习算法构建MVI术前预测模型。观察指标:(1)训练集及验证集患者临床病理资料分析。(2)影响训练集患者肿瘤MVI危险因素分析。(3)机器学习算法预测模型构建及其术前预测肿瘤MVI准确性比较。正态分布的计量资料以±s表示,组间比较采用配对t检验。计数资料以绝对数表示,组间比较采用χ2检验。单因素和多因素分析采用Logistic回归模型。结果(1)训练集及验证集患者临床病理资料分析:训练集和验证集患者性别(男,女)分别为157、36例和78、6例,两组比较,差异有统计学意义(χ2=6.028,P<0.05)。(2)影响训练集患者肿瘤MVI危险因素分析:训练集193例患者中,MVI阳性108例,MVI阴性85例。单因素分析结果显示:年龄、肿瘤数目、肿瘤直径、卫星病灶、肿瘤边界、甲胎蛋白(AFP)、碱性磷酸酶(ALP)和纤维蛋白原水平是影响肿瘤MVI的相关因素(比值比=0.971,2.449,1.368,4.050,2.956,4.083,2.532,1.996,95%可信区间为0.943~1.000,1.169~5.130,1.180~1.585,1.316~12.465,1.310~6.670,2.214~7.532,1.016~6.311,1.323~3.012,P<0.05)。多因素分析结果显示:AFP>20μg/L、肿瘤多发、肿瘤直径越大、肿瘤边界不光滑是影响肿瘤MVI的独立危险因素(比值比=3.680,3.100,1.438,3.628,95%可信区间为1.842~7.351,1.334~7.203,1.201~1.721,1.438~9.150,P<0.05),而年龄越大,MVI发生风险越低(比值比=0.958,95%可信区间为0.923~0.994,P<0.05)。(3)机器学习算法预测模型构建及其术前预测肿瘤MVI准确性比较:①应用多因素分析结果筛选指标,包括年龄、AFP、肿瘤数目、肿瘤直径、肿瘤边界,构建逻辑回归列线图,SVM、RF、ANN及LightGBM机器学习算法预测模型,一致性分析结果显示逻辑回归列线图预测模型稳定性较好。逻辑回归列线图、SVM、RF、ANN、LightGBM机器学习算法预测模型训练集和验证集曲线下面积(AUC)分别为0.812、0.794、0.807、0.814、0.810和0.784、0.793、0.783、0.803、0.815,SVM、RF、ANN、LightGBM机器学习算法AUC分别与逻辑回归列线图AUC比较,差异均无统计学意义[(95%可信区间为0.731~0.849,0.744~0.860,0.752~0.867,0.747~0.862,Z=0.995,0.245,0.130,0.102,P>0.05)和(95%可信区间为0.690~0.873,0.679~0.865,0.702~0.882,0.715~0.891,Z=0.325,0.026,0.744,0.803,P>0.05)]。②应用RF、LightGBM机器学习算法自行筛选临床病理因素指标构建预测模型。根据指标对预测模型重要度排序,选择重要度>0.01的指标,包括年龄、肿瘤直径、AFP、白细胞(WBC)、血小板、总胆红素、天冬氨酸氨基转移酶、γ-谷氨酰转移酶、ALP和纤维蛋白原,构建RF机器学习算法预测模型;挑选重要度>5.0的指标,包括年龄、肿瘤直径、AFP、WBC、ALP和纤维蛋白原,构建LightGBM机器学习算法预测模型;由于ANN及SVM机器学习算法不具备筛选指标能力,应用单因素分析结果筛选指标,包括年龄、肿瘤数目、肿瘤直径、卫星病灶、肿瘤边界、AFP、ALP和纤维蛋白原水平,构建SVM、ANN机器学习算法预测模型。SVM、RF、ANN、LightGBM机器学习算法预测模型训练集和验证集AUC分别为0.803、0.838、0.793、0.847和0.810、0.802、0.802、0.836,分别与逻辑回归列线图AUC比较,差异均无统计学意义[(95%可信区间为0.740~0.857,0.779~0.887,0.729~0.848,0.789~0.895,Z=0.421,0.119,0.689,1.517,P>0.05)和(95%可信区间为0.710~0.888,0.700~0.881,0.701~0.881,0.740~0.908,Z=0.856,0.458,0.532,1.306,P>0.05)]。结论机器学习算法可用于术前预测肝细胞癌MVI,但其应用价值尚需多中心大样本数据进一步验证。     

淋巴结清扫在肝内胆管癌根治术中临床价值的多中心回顾性研究

目的探讨淋巴结清扫在肝内胆管癌根治术中的临床价值。方法采用倾向评分匹配及回顾性队列研究方法。收集2011年12月至2017年12月12家医疗中心收治的448例(海军军医大学附属东方肝胆外科医院279例、福建医科大学孟超肝胆医院32例、陆军军医大学第一附属医院21例、中国医学科学院北京协和医学院肿瘤医院20例、四川大学华西医院19例、浙江大学医学院附属第二医院18例、上海交通大学医学院附属仁济医院18例、首都医科大学附属北京友谊医院16例、首都医科大学附属宣武医院10例、华中科技大学同济医学院附属同济医院7例、首都医科大学附属北京天坛医院5例、川北医学院附属医院3例)肝内胆管癌患者的临床病理资料;男281例,女167例;中位年龄为57岁,年龄范围为22~80岁。448例患者中,143例术中常规行淋巴结清扫设为清扫组,305例术中未常规行淋巴结清扫设为对照组。观察指标:(1)倾向评分匹配情况及匹配后两组患者一般资料比较。(2)术中和术后情况。(3)随访情况。(4)生存分析。采用门诊、电话及邮件方式进行随访,了解患者生存和肿瘤复发情况。术后2年内每3个月随访1次,术后2~5年每6个月随访1次,5年后每1年随访1次。随访时间截至2018年10月31日或患者死亡。倾向评分匹配按1∶1最近邻匹配法匹配。正态分布的计量资料以±s表示,组间比较采用t检验;偏态分布的计量资料以M(范围)表示,组间比较采用Mann-Whitney U检验;计数资料以绝对数表示,组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。采用Kaplan-Meier法计算生存率并绘制生存曲线,采用Log-rank检验进行生存分析。单因素分析采用Log-rank检验,多因素分析采用COX回归模型。结果(1)倾向评分匹配情况及匹配后两组患者一般资料比较:448例肝内胆管癌患者中,286例(清扫组和对照组各143例)配对成功。倾向评分匹配前清扫组患者性别(男、女),合并肝炎,肝功能Child-Pugh分级(A级、B级),切缘距肿瘤距离(<1 cm、≥1 cm),肿瘤分化程度(高分化和中分化、低分化),肝切除方式(解剖性肝切除、非解剖性肝切除)分别为77例、66例,33例,96例、47例,70例、73例,105例、38例,79例、64例,对照组患者上述指标分别为204例、101例,121例,165例、140例,207例、98例,251例、54例,124例、181例,两组患者上述指标比较,差异均有统计学意义(χ2=7.079,11.885,7.098,14.763,5.184,8.362,P<0.05);经倾向评分匹配后清扫组患者上述指标分别为77例、66例,33例,96例、47例,70例、73例,105例、38例,79例、64例,对照组患者上述指标分别为79例、64例,29例,88例、55例,71例、72例,112例、31例,74例、69例,两组患者上述指标比较,差异均无统计学意义(χ2=0.056,0.329,2.158,0.014,0.936,1.400,P>0.05)。(2)术中和术后情况:倾向评分匹配后,清扫组患者手术时间、术中出血量、术中输血例数、术后并发症例数、术后住院时间分别为265 min(160~371 min)、300 mL(200~500 mL)、37例、46例、12 d(9~17 d),对照组患者上述指标分别为59 min(46~250 min)、200 mL(100~400 mL)、24例、25例、9 d(7~11 d),两组患者术中出血量、术中输血例数比较,差异均无统计学意义(Z=1.700,χ2=3.520,P>0.05);两组患者手术时间、术后并发症例数、术后住院时间比较,差异均有统计学意义(Z=6.520,χ2=8.260,Z=4.270,P<0.05)。(3)随访情况:清扫组143例患者获得随访,随访时间为18~26个月。清扫组患者1、3、5年总体生存率分别为66.9%、32.8%、25.0%,中位生存时间为22.0个月(18.0~26.0个月)。对照组143例患者获得随访,随访时间为11~32个月。对照组患者1、3、5年总体生存率分别为71.7%、38.0%、31.0%,中位生存时间为22.0个月(11.0~32.0个月)。两组患者总体生存情况比较,差异无统计学意义(χ2=0.466,P>0.05)。(4)生存分析:单因素分析结果显示切缘距肿瘤距离、肿瘤直径、肿瘤数目、微血管侵犯、病理学检查淋巴结转移是影响肝内胆管癌根治术患者预后的因素(χ2=10.662,9.477,16.944,6.520,11.633,P<0.05)。多因素分析结果显示切缘距肿瘤距离<1 cm、肿瘤直径>5 cm、肿瘤数目为多发、微血管侵犯和病理学检查淋巴结转移阳性是影响肝内胆管癌根治术患者预后的独立危险因素(风险比=0.600,1.571,1.601,1.750,1.723,95%可信区间为0.430~0.837,1.106~2.232,1.115~2.299,1.083~2.829,1.207~2.460,P<0.05)。结论淋巴结转移是影响肝内胆管癌根治术患者预后的独立危险因素。对淋巴结转移患者在肝内胆管癌根治术中行淋巴结清扫十分必要。     

IL-10基因修饰的树突状细胞诱导大鼠肝移植免疫耐受的实验研究

目的:探讨hIL-10基因修饰的未成熟树突状细胞(imDC)诱导大鼠肝移植免疫耐受的能力。方法:行以DA大鼠为供体、Lewis大鼠为受体的同种异体原位肝移植100例,随机分为5组(每组4只):未注射DC组(对照组)、mDC组、imDC组、空载体组及hIL-10基因转染组;分别于移植前5d每天给Lewis大鼠腹腔注射mDC、imDC、空载体转染的imDC和hIL-10修饰的imDC各2×106个,于肝移植术后3、7、10d各处死4只,观察外周血肝功能及IL-12变化,并对移植后大鼠做生存分析。结果:IL-10组术后移植肝为非确定型急性排斥反应到轻度急性排斥反应。肝功能示IL-10组在7d、10d时,肝功能有所恢复,但与imDC组及空载体组相比差异无统计学意义。ELISA检测示,术后7d,IL-10组的血清IL-12浓度均低于mDC组及imDC组。IL-10组中位生存期(40d)长于其他组。结论:hIL-10基因修饰的imDC诱导同种异体大鼠肝移植免疫耐受能力显著增强,显著延长同种异体肝移植大鼠的生存期。     

转化生长因子-β1基因修饰未成熟树突状细胞诱导大鼠肝移植免疫耐受

目的 观察转化生长因子-β1 (TGF-β1)基因转染未成熟树突状细胞(imDC)对大鼠肝移植免疫耐受的诱导作用.方法 利用大鼠骨髓细胞诱导培养imDC,以脂质体介导的pIRES2-EGFP-hTGF-β1转染imDC,于移植前5d输注受体Lewis大鼠体内,移植后分别于3、7、10d抽血检测肝功能[总胆红素( TBIL)和谷丙转氨酶(ALT)]、酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测白细胞介素-12(IL-12)水平、肝组织苏木素-伊红(HE)染色急性排斥反应病理评分、原位末端转移酶标记(TUNEL)法检测肝脏淋巴细胞的凋亡及观察各组大鼠肝移植后的生存时间.结果 TGF-β1组移植后肝功能(TBIL和ALT)优于各对照组(P＜0.05);TGF-β1组移植后3、7d血清IL-12浓度分别为71.03±10.70、80.88±14.23均低于各对照组(P＜0.05);TGF-β1组移植后7d出现交界性排斥反应,移植10 d后出现轻度排斥反应(P＜0.05);TGF-β1基因转染组移植后3、7、10d汇管区淋巴细胞凋亡指数分别为6.75±1.93、14.00±2.19、18.25±1.38,较各对照组均明显增高(P＜0.05);TGF-β1组大鼠移植后中位生存期为58 d,明显长于各对照组.结论 TGF-β1基因改造的imDC能诱导大鼠移植免疫耐受,在诱导器官移植耐受中有良好的应用前景.     

改良背驮式原位肝移植术13例报告

目的:探讨改良背驮式原位肝移植术的优缺点。方法:分析13例改良背驮式原位肝移植术的术中资料、术后并发症。结果:术前肝功能均属Child B～C级。采用快速病肝切除技术,使病肝切除术时间缩短为30～60分钟,总手术时间缩短为4～6小时,术中出血量减少为1400～4600ml。采用供肝下腔静脉和受体下腔静脉侧侧吻合术,术后未发生肝血液流出道狭窄及梗阻。本组供肝冷缺血时间4～14小时,术后肝功能恢复至正常时间3～14天。其中7天内恢复正常7例。住院时间3～4周。无围手术期死亡。术后肺部感染3例,经合理治疗痊愈,两例发生排斥反应。经早期诊断和治疗,1周后排斥反应控制。结论:采用改良背驮式原住肝移植术具有简便、手术时间短、出血少、并发症少等优点,能提高肝移植手术安全性。     

多重逆转录-聚合酶链反应方法半定量检测多药耐药基因mRNA表达

目的:建立多重逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)方法半定量检测肝癌多药耐药(MDR)基因mRNA的表达。方法:在对二重RT-PCR扩增5种MDR基因mRNA动力学观察及建立RT-PCR标准曲线的基础上,建立六重RT-PCR方法。结果:六重RT-PCR与单一或二重RT-PCR扩增体系在特异性和扩增效率等方面相同,实验重复性较好。结论:该方法对于检测肝癌组织和肝癌细胞MDR基因mRNA的表达具有特异、灵敏、简便、快速(6h)、所需标本量小(50mg)及半定量等优点,能快速同时分析大量样本,具有临床应用前景。     

三维可视化技术在原发性肝癌外科手术中的应用

外科手术切除是目前治疗原发性肝癌的主要方法。三维可视化技术、3D打印、虚拟现实、吲哚菁绿分子荧光影像、术中导航肝切除术等技术的出现,为原发性肝癌的术前诊断、手术规划及术中导航等方面提供了全新的方法。其中,三维可视化技术对原发性肝癌的诊断、治疗方案选择、术前规划、术中导航及肝移植等方面表现出无可比拟的优越性,本文主要总结近年来三维可视化技术在原发性肝癌外科手术中的应用进展。