仲召陽,劉宏鳴,王 東,卿 毅,李夢(mèng)俠,彭 斌,戴 楠

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所腫瘤中心,重慶 400042;2.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所肝膽科,重慶 400042;3.重慶醫(yī)科大學(xué)統(tǒng)計(jì)教研室 400016)

Bayes法前列腺癌多腫瘤標(biāo)志物診斷模式建立及臨床意義

仲召陽1,劉宏鳴2,王 東1,卿 毅1,李夢(mèng)俠1,彭 斌3,戴 楠1

(1.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所腫瘤中心,重慶 400042;2.第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院野戰(zhàn)外科研究所肝膽科,重慶 400042;3.重慶醫(yī)科大學(xué)統(tǒng)計(jì)教研室 400016)

目的分析12項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物在前列腺癌中的表達(dá),進(jìn)而運(yùn)用Bayes法(貝葉期法)建立多腫瘤標(biāo)志物前列腺癌判別函數(shù),探討B(tài)ayes法在前列腺癌診斷中的作用和臨床意義。方法用蛋白芯片法檢測(cè)2 177例惡性腫瘤患者(其中21例前列腺癌)和2 111例正常及良性病變者的12項(xiàng)常見腫瘤標(biāo)志物,應(yīng)用Bayes法建立腫瘤三級(jí)判別診斷函數(shù)。結(jié)果(1)一級(jí)判別函數(shù)對(duì)前列腺癌診斷準(zhǔn)確率為83.97%,靈敏度為71.28%,特異度為82.11%。二級(jí)判別函數(shù)對(duì)前列腺癌診斷診斷的準(zhǔn)確率為96.87%,靈敏度為93.33%,特異度為100%。(2)三級(jí)診斷判別函數(shù)對(duì)前列腺癌診斷的準(zhǔn)確率為81.82%,部分前列腺癌被誤診為食管癌。(3)成功建立了新的多腫瘤標(biāo)志物流程診斷軟件。結(jié)論基于Bayes法建立診斷判別函數(shù)能顯著提高前列腺癌診斷,具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。

多腫瘤標(biāo)志物;前列腺癌;貝葉斯法;軟件;診斷函數(shù)

前列腺癌為老年男性常見惡性疾病之一,其發(fā)病率居全球男性癌癥發(fā)病率的第3位,病死率第6位。由于前列腺癌早期癥狀多不明顯,或與良性前列腺增生癥(BPH)癥狀相似,發(fā)現(xiàn)時(shí)往往已是晚期,甚至遠(yuǎn)處骨轉(zhuǎn)移,因此其早期診斷一直是腫瘤學(xué)研究的熱點(diǎn)[1]。隨著生物技術(shù)的發(fā)展(包括ELISA、RTPCR、FISH和SELDI-TOF等),發(fā)現(xiàn)許多具有應(yīng)用前景的腫瘤標(biāo)志物,但目前仍無任何一種腫瘤標(biāo)志物可準(zhǔn)確診斷前列腺癌和預(yù)測(cè)預(yù)后,多腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合診斷是提高前列腺癌診斷準(zhǔn)確率可行的策略。Bayes判別分析能利用已知類別及解釋變量的資料建立相應(yīng)的判別函數(shù),然后將分類對(duì)象的觀測(cè)值代入判別函數(shù),并根據(jù)結(jié)果推斷待判對(duì)象的所屬類別[2-3]。Wu等[4]研究領(lǐng)先時(shí)間在癌篩選周期中的概率分布時(shí)發(fā)現(xiàn),用Bayes法可提前預(yù)測(cè)和診斷乳腺癌。本研究應(yīng)用Bayes法系統(tǒng)分析多腫瘤標(biāo)志物在腫瘤診斷中的作用時(shí)發(fā)現(xiàn),通過建立腫瘤標(biāo)志物的判別分析,能顯著提高對(duì)前列腺癌診斷的準(zhǔn)確率,顯著優(yōu)于目前臨床應(yīng)用的任何診斷手段[5]。本研究通過Bayes法建立前列腺癌三級(jí)聯(lián)合診斷函數(shù),探討前列腺癌腫瘤判別函數(shù)早期診斷的臨床意義,為臨床前列腺癌的多腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合診斷提供了一種新的思路和手段。

1 資料與方法

1.1 一般資料 腫瘤組:腫瘤的一級(jí)判別函數(shù)針對(duì)同時(shí)期于同一醫(yī)院住院和進(jìn)行門診治療的患者2 177例(包括肺癌815例,肝癌 318例,胰腺癌84例,胃癌 123例,腸癌 338例,乳腺癌206例,卵巢癌47例,子宮內(nèi)膜癌28例,前列腺癌 21例,食管癌197例),平均年齡為 59.8歲(3～91歲),其中男 1 366例,女811例。所有惡性腫瘤患者均經(jīng)細(xì)胞學(xué)或組織學(xué)確診。前列腺癌患者的平均年齡48.6歲(30～89歲)。

正常對(duì)照組:第三軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院2004年1月至2007年6月進(jìn)行體檢的人群和住院的良性疾病患者2 111例,其中男1 234例,女877例,平均年齡47歲(20～89歲)。在建立前列腺癌判別函數(shù)時(shí)選取相同病例的正常和良性前列腺患者,平均年齡為46.2歲(32～64歲)。

1.2 儀器與試劑 C-12腫瘤診斷用蛋白芯片試劑盒(簡(jiǎn)稱C-12蛋白芯片)、HD-2001A生物芯片檢測(cè)儀、生物芯片圖像分析系統(tǒng)軟件均購(gòu)自浙江湖州數(shù)康生物科技有限公司。

1.3 多腫瘤標(biāo)志物檢測(cè) 多腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)嚴(yán)格按蛋白芯片檢測(cè)儀說明書操作。試劑盒提供的12種腫瘤標(biāo)志物的正常參考值為:糖類抗原19-9(carbohydrate antigen19-9,CA19-9)小于35 u/mL,神經(jīng)元特異性烯醇化酶(neuron specific enolase,NSE)小于 13 ng/mL,癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)小于 5 ng/mL,糖類抗原242(carbohydrate antigen 242,CA242)小于 20 u/mL,糖類抗原125(carbohydrate antigen 125,CA125)小于35 u/mL,糖類抗原 153(carbohydrate antigen 153,CA153)小于 35 u/mL,甲胎蛋白(alpha-fetoprotein,AFP)小于 20 ng/mL,鐵蛋白(ferritin,Fer)小于 219 ng/mL(女)、322 ng/mL(男),游離型前列腺特異性抗原(free prostate specific antigen,F-PSA)小于1 ng/mL,前列腺特異性抗原(prostate specific antigen,PSA)小于 5 ng/mL,生長(zhǎng)激素(human growth hormone,HGH)小于7.5 ng/mL及絨毛膜促性腺激素β(β-HCG)小于3.00 ng/mL。超過臨界值者為陽性,在正常參考值范圍內(nèi)者為陰性。

1.5 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 HTA、VBSCRIPT、JAVASCRIPT程序語言開發(fā)。操作系統(tǒng):中文Windows98/2003、中英文Windows2000/XP;Excel引用支持的應(yīng)用軟件:Microsoft Excel 97/2000/XP/2003;IE5.0以上瀏覽器。

1.6 數(shù)據(jù)預(yù)處理 所有數(shù)據(jù)采用SAS9.13軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,在建立判別函數(shù)時(shí)隨機(jī)抽取85%的樣本作為訓(xùn)練數(shù)據(jù),用于建立模型,剩余的15%作為模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù),以評(píng)價(jià)模型的判別效果。靈敏度=[真陽性樣本數(shù)/(真陽性樣本數(shù)+假陰性樣本數(shù))]×100%;特異度=[真陰性樣本數(shù)/(真陰性樣本數(shù)+假陽性樣本數(shù))]×100%;準(zhǔn)確率=[真陽性樣本數(shù)+真陰性樣本數(shù)/(真陽性樣本數(shù)+假陽性樣本數(shù)+真陰性樣本數(shù)+假陰性樣本數(shù))]×100%。

2 結(jié) 果

2.1 腫瘤一級(jí)別判別函數(shù)的建立

2.1.1 腫瘤一級(jí)別判別函數(shù)。

2.1.2 12項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物和腫瘤一級(jí)判別診斷函數(shù)的檢測(cè)結(jié)果分析比較 一級(jí)判別函數(shù)主要是用來判別有無腫瘤。12項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物診斷的特異度為70.11%,靈敏度為66.10%,準(zhǔn)確率為68.07%。判別函數(shù)診斷的特異度為82.11%,靈敏度為71.28%,準(zhǔn)確率為83.97%。研究結(jié)果顯示腫瘤判別診斷函數(shù)能顯著提高多腫瘤標(biāo)志物對(duì)腫瘤診斷的準(zhǔn)確率、靈敏度和特異度。

2.2 二級(jí)判別函數(shù)的建立

2.2.2 二級(jí)函數(shù)的判別效能 二級(jí)判別函數(shù)主要是用來判別腫瘤的類別,判別后可帶入公式得出其判別出的腫瘤概率。其對(duì)前列腺癌診斷的靈敏度為93.33%,特異度為100%,準(zhǔn)確率為96.87%。C-12多腫瘤標(biāo)志物蛋白芯片對(duì)前列腺癌診斷的靈敏度為62.16%,特異度為48%,準(zhǔn)確率為57.14%。結(jié)果表明二級(jí)判別診斷函數(shù)能顯著提高前列腺癌診斷的準(zhǔn)確率、靈敏度和特異度,可起到準(zhǔn)確診斷前列腺癌的作用。

2.3 腫瘤三級(jí)判別函數(shù)的建立及其診斷效能(判別腫瘤的具體類型)。腫瘤的三級(jí)判別函數(shù)主要是用來判別腫瘤的具體類型,常見10種腫瘤的判別函數(shù)(表1)。判別分析結(jié)果顯示,其對(duì)前列腺癌診斷的準(zhǔn)確率為81.82%,只有3例被誤診為食管癌。結(jié)果顯示三級(jí)判別函數(shù)對(duì)前列腺癌的診斷有較高的臨床意義,但判別存在有誤差,具體診斷時(shí)可能要結(jié)合臨床資料全面分析。

表1 10種腫瘤三級(jí)別判別函數(shù)

表1(續(xù)) 10種腫瘤三級(jí)別判別函數(shù)

2.4 前列腺癌多腫瘤標(biāo)志物診斷函數(shù)的軟件應(yīng)用流程 見圖1。

圖1 前列腺癌多腫瘤標(biāo)志物診斷函數(shù)程序流程

3 討 論

多腫瘤標(biāo)志物蛋白質(zhì)芯片是一種高通量、高靈敏度、高特異性且微型化的蛋白質(zhì)分析技術(shù),對(duì)腫瘤的早期診斷具有輔助作用。PSA是前列腺癌較特異的標(biāo)志物體,但它不具有前列腺癌的特異性,前列腺增生、前列腺炎以及前列腺出血梗死等疾病均可引起血清 PSA升高。目前多應(yīng)用PSA密度(PSAD)、PSA速率(PSAV)、結(jié)合PSA值(CPSA)、游離 PSA的比值(F-PSA/T-PSA)、PSA mRNA、PSA 前體物(ProPSA)等來提高前列腺癌診斷的陽性率,其診斷多針對(duì)鑒別前列腺癌和前列腺增生,且診斷效能也不理想[6-8]。針對(duì)前列腺癌不同階段的發(fā)現(xiàn)的新腫瘤標(biāo)志物對(duì)其診斷具有良好前景,包括激肽釋放酶相關(guān)肽酶[7]、早期前列腺癌抗原[8]、前列腺癌抗原3[9]、前列腺干細(xì)胞抗原和∝-甲基化輔酶A消旋酶[10],進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),聯(lián)合動(dòng)態(tài)的檢測(cè)上述腫瘤標(biāo)志物有助于前列腺癌診斷。但目前的研究主要局限于實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)探討,無法應(yīng)用于臨床使患者受益。且聯(lián)合診斷大多是擴(kuò)大觀察指標(biāo)的項(xiàng)目數(shù),簡(jiǎn)單地將各指標(biāo)陽性率相加,這樣的聯(lián)合診斷雖然能提高靈敏度,診斷的特異度卻在下降,即診斷的總準(zhǔn)確率未必提高。

Bayes判別分析在疾病的計(jì)算機(jī)輔助診斷研究中應(yīng)用廣泛,能應(yīng)用于多種腫瘤的診斷,能顯著地提高檢測(cè)率和降低假陽性率及假陰性率[2-3]。另外,在訓(xùn)練集有少量“噪音”數(shù)據(jù)干擾的情況下,其仍能保證較高的檢測(cè)性能,并且在采用“小樣本”訓(xùn)練集以及為了避免“維災(zāi)難”而進(jìn)行特征選取等優(yōu)化處理后,其對(duì)結(jié)果的判別沒有明顯的削減。本研究回顧分析21例前列腺癌12項(xiàng)腫瘤標(biāo)志物表達(dá)和臨床診斷的關(guān)聯(lián),利用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行Bayes判別分析,按照對(duì)結(jié)果影響的強(qiáng)度為每個(gè)指標(biāo)分配系數(shù),建立判別方程。結(jié)果顯示,本研究建立的三級(jí)腫瘤判別函數(shù)能顯著提高對(duì)前列腺癌診斷的準(zhǔn)確率、靈敏度和特異度,具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。表明Bayes判別分析能顯著提高腫瘤標(biāo)志物對(duì)前列腺癌的判別效能。而且,本研究用Bayes公式,求得該樣本事后概率,對(duì)所給的樣本不但能對(duì)其判別歸類,同時(shí)給出了這種歸類的概率,大大提高判別的準(zhǔn)確性。但在判別過程中仍有3例被誤診為食管癌,表明Bayes判別分析結(jié)果的判別可能需要結(jié)合其他臨床資料作詳細(xì)的全面分析,以達(dá)到準(zhǔn)確診斷的目的。

本研究既充分考慮檢測(cè)指標(biāo)的全面性,又避免了由于簡(jiǎn)單疊加各項(xiàng)指標(biāo)陽性率造成的特異度降低,最大程度避免聯(lián)合診斷產(chǎn)生的特異性降低。研究開發(fā)前列腺癌診斷應(yīng)用軟件,為多腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合診斷指明新的方向,也為臨床其他惡性腫瘤的診斷提供了一種新的思路和手段,更重要的是指明綜合分析大量指標(biāo)的有效和可行的策略。診斷過程中出現(xiàn)3例誤診,原因可能為:(1)最新的標(biāo)志物沒有包括在內(nèi)[7-10]。(2)Bayes統(tǒng)計(jì)法的實(shí)質(zhì)是利用現(xiàn)有資料的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析估計(jì)后驗(yàn)事件的概率大小,需不斷充實(shí)數(shù)據(jù),才能逐步達(dá)到完善[2-3]。(3)結(jié)果的判定是一個(gè)相對(duì)比較值,需要全面分析。

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Establishment of diagnostic model in prostate cancer with multiple tumor marker by Bayesian methods and its clinical significance

ZHONGZhao-yang1,LIU Hong-ming2,WANG Dong1,et al.
(1.CancerCenter,Research Institute of Surgery,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing400042,China;2.Department of Hepatobiliary Surgery,Research Institute of Surgery,Daping Hospital,Third Military Medical University,Chongqing400042,China;3.Department of Stastistical,Chongqing Medical University,Chongqing400016,China)

ObjectiveTo analyze the expression of C-12 multiple tumor marker in prostate cancer,futhermore,to establish the diagnostic function by Bayesian methods and to evaluate the function of bayesian methods and clinical values in diagnosis of prostate cancer.Methods12 tumor markers were detected by protein chip technology in 2 177 cases of malignant tumors(prostate cancer 21 cases)and 2 111 cases in control group.To retrospectively study their clinical information,furthermore to establish third grades diagnostic function by Bayesian method.Results(1)The accuracy rate,sensitivity and specificity were 83.97%,71.28%and 82.11%by the first grade diagnostic function and 96.87%,93.33%and 100%by the second diagnostic function,respectively.(2)The accuracy rate was 81.82%by the third grade diagnostic function.Part of prostate cancer was diagnosed esophageal carcinoma.(3)The multiple tumor marker analysis system software was developed successfully.ConclusionThe diagnostic function shows great potential for the early detection of prostate cancer.The function is helpful for clinical use and points out new diagnostic trend for prostate cancer.

multiple tumor marker;prostate cancer;Bayesian methods;software;diagnostic function

R737.25;R730.45

A

1671-8348(2010)05-0527-03

2009-09-25

2009-11-06)

?論 著?