一种克罗恩病的生物标志物及其应用
本发明属生物医学，具体涉及一种克罗恩病的生物标志物及其应用。
背景技术：
1、克罗恩病(crohn's disease，简称cd)是炎症性肠病(inflammatory boweldisease，简称ibd)在全球至少有350万患者，在欧美发达国家较为普遍，流行率为3～5‰。近20年来在，伴随着经济发展，ibd在我国发病率呈高速上升趋势，已成为我国消化内外科的常见疾病。ibd主要可分为克罗恩病(crohn's disease，cd)和溃疡性结肠炎(ulcerativecolitis，uc)两类，其中cd的流行率略高于uc。临床上，cd病程具有“三高一低”的特点，即术后复发率高、再次手术率高、术后并发症率高、发病年龄低。其不可治愈性导致的病情反复，严重影响患者生活质量和治疗信心。
2、cd患者目前诊断方法以结肠镜检查为主，而结肠镜是一种侵入性检查，检查本身和准备阶段均较为麻烦；因此，发展结肠镜检查以外的检查或筛查方法具有重要意义。
技术实现思路
1、为了解决上述问题之一，本发明提出了一类基于肠道菌群中细菌三型分泌系统同源基因的cd的生物标志物，可用于cd的筛查和诊断。检查采用粪便样本，样本方便易得。
2、本发明第一方面的目的，在于提供一种克罗恩病的生物标志物。
3、本发明第二方面的目的，在于提供本发明第一方面的生物标志物的应用。
4、本发明第三方面的目的，在于提供检测本发明第一方面的生物标志物的物质在制备克罗恩病筛查、诊断或预后评估的产品中的应用。
5、本发明第四方面的目的，在于提供一种克罗恩病检测产品。
6、本发明第五方面的目的，在于提供一种克罗恩病诊断筛查系统。
7、本发明第六方面的目的，在于提供一种用于筛选治疗克罗恩病的药物的方法。
8、为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
9、本发明的第一个方面，提供一种克罗恩病的生物标志物，所述生物标志物包括sctv、sctn、sctc、scte、sctk、sctt和sctr的t3ss同源基因，以及category:atpasecomplex、category:export apparatus和total sct；
10、category:atpase complex由sctk、sctl、sctn和scto的t3ss同源基因组成；
11、所述category:export apparatus由sctr、scts、sctt、sctu和sctv的t3ss同源基因组成；
12、所述total sct由scta、sctb、sctc、sctd、scte、sctf、scti、sctj、sctk、sctl、sctn、scto、sctp、sctq、sctr、scts、sctt、sctu、sctv和sctw的t3ss同源基因组成。
13、在本发明一些实施方式中，所述生物标志物由包括如下方法筛选得到：
14、s1、获取疾病和正常对照组微生物测序数据及临床信息数据，并进行预处理；
15、s2、将预处理后的微生物测序数据进行筛选，对t3ss同源基因进行定量与注释；
16、s3、对疾病患者和健康对照组的微生物同源基因数据进行差异分析，获得差异显著的微生物同源基因；
17、s4、对差异同源基因进行筛选，确定同源基因最优生物标志物。
18、在本发明一些实施方式中，步骤s1的预处理包括：
19、s11、去除低质量测序数据；
20、s12、将保留的高质量测序数据与人类基因组(hg38)数据进行比对，去除来自人类基因组的污染，得到去除人类基因后的clean reads。
21、在本发明一些实施方式中，步骤s2中的t3ss同源基因定量与注释包括：
22、s21、根据测序数据进行同源基因的预测，并通过序列聚类，构建非冗余基因集；
23、s22、根据测序数据与非冗余基因集计算reads覆盖度，并对同源基因进行功能注释。
24、在本发明一些实施方式中，步骤s4中的差异同源基因筛选包括：对所有差异同源基因进行机器学习分类模型的构建；通过5乘10折交叉验证对特征重要性进行评估。
25、在本发明一些实施方式中，所述方法还包括以下步骤：对同源基因最优生物标志物进行验证与评估。
26、所述的验证与评估方法包括交叉验证和特异性评估。
27、本发明的第二个方面，提供本发明第一方面的生物标志物在(1)～(3)中任一项中的应用：
28、(1)制备克罗恩病的筛查、诊断或预后评估的产品；
29、(2)筛查或诊断克罗恩病；
30、(3)筛选用于治疗克罗恩病的产品。
31、在本发明一些实施方式中，所述产品包括试剂、试剂盒、试纸、系统和芯片中至少一种。
32、本发明的第三个方面，提供检测本发明第一方面的生物标志物的物质在制备克罗恩病筛查、诊断或预后评估的产品中的应用。
33、在本发明一些实施方式中，所述物质包括定量检测所述生物标志物的物质。
34、在本发明一些实施方式中，所述物质包括检测所述生物标志物丰度的物质。
35、在本发明一些实施方式中，所述物质包括在基因水平和/或蛋白质水平检测所述生物标志物的物质。
36、在本发明一些实施方式中，所述物质包括通过酶联免疫吸附试验、免疫荧光法、放射免疫测定法、免疫共沉淀法、免疫印迹法、高效液相色谱法、毛细管凝胶电泳法、近红外光谱法、质谱法、免疫化学发光法、胶体金免疫技术、荧光免疫层析技术、表面等离子共振技术、基因组测序(如一代测序、二代测序或三代测序)、pcr、免疫-pcr技术或生物素-亲和素技术检测所述生物标志物的物质。
37、在本发明一些实施方式中，所述检测生物标志物的物质选自：对生物标志物具有特异性的物质、生物标志物特异性的探针、基因芯片、pcr引物。
38、在本发明一些实施方式中，所述产品包括但不限于试剂、试剂盒、试纸、系统或芯片。
39、在本发明一些实施方式中，所述产品的受试样品选自待测对象的排泄物(如粪便)。
40、本发明的第四个方面，提供一种克罗恩病检测产品，包括用于检测本发明第一方面的生物标志物的试剂。
41、在本发明一些实施方式中，所述试剂包括定量检测所述生物标志物的试剂。
42、在本发明一些实施方式中，所述产品包括试剂、试剂盒、试纸、系统和芯片中至少一种。
43、本发明的第五个方面，提供一种克罗恩病诊断筛查系统，所述诊断筛查系统包括：诊断指标输入模块和克罗恩病状态评估模块；
44、所述诊断指标输入模块至少包括获取所述生物标志物在受试者粪便样本中的基因丰度；
45、所述克罗恩病状态评估模块至少包括将所述诊断指标输入模块获取的所述生物标志物在受试者粪便样本中的基因丰度输入诊断模型得出得分值；将所获得的得分值与预先设定的诊断模型的截断值比较，输出受试者克罗恩病状态的评估结果；所述克罗恩病状态包括诊断模型预先设定的克罗恩病相关状态。
46、本发明的第六个方面，提供一种用于筛选治疗克罗恩病的药物的方法，其特征在于，所述方法包括：
47、在测试组中，向待测对象使用待测试药物，检测测试组中来源于所述对象的粪便样品中所述标志物的基因丰度t1；在对照组中，向待测对象使用空白对照药物，检测对照组中来源于所述对象的粪便样品中所述标志物的基因丰度t2；比较检测所得到的生物标志物t1和t2，从而确定所述测试药物是否具有治疗克罗恩病的效能。
48、本发明的有益效果是：
49、本发明首次发现了克罗恩病中t3ss同源基因可作为筛查、诊断或预后评估的生物标志物，通过检测上述t3ss同源基因丰度，根据同源基因在疾病和正常人群中的差异特征预测克罗恩病发生的概率。本发明经过大量实验证明，本发明筛选的生物标志物对于克罗恩病的诊断具有较高的准确性，可用于制备克罗恩病诊断试剂或试剂盒，可以全面、综合地获取疾病状态下的肠道微生物功能变化状况，用于克罗恩病患者的诊断。
50、本发明的克罗恩病相关生物标志物是基于肠道微生物测序数据进行检测的，结果准确、安全；取样方法是无创的。
51、本发明进一步提供了克罗恩病诊断模型构建方法，通过克罗恩病模型构建方法可以以本发明筛选的同源基因标志物为基础构建特异性更高、筛选效率和准确性更好的模型，从而更加有效地进行克罗恩病无创诊断。
技术特征：
1.一种克罗恩病的生物标志物，其特征在于，所述生物标志物包括sctv、sctn、sctc、scte、sctk、sctt和sctr的t3ss同源基因，以及category:atpase complex、category:export apparatus和total sct；
2.权利要求1所述生物标志物在(1)～(3)中任一项中的应用：
3.检测权利要求1所述生物标志物的物质在制备克罗恩病筛查、诊断或预后评估的产品中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述物质包括检测所述生物标志物丰度的物质。
5.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述物质包括在基因水平和/或蛋白质水平检测所述生物标志物的物质。
6.根据权利要求3～5中任一项所述的应用，其特征在于，所述物质包括通过酶联免疫吸附试验、免疫荧光法、放射免疫测定法、免疫共沉淀法、免疫印迹法、高效液相色谱法、毛细管凝胶电泳法、近红外光谱法、质谱法、免疫化学发光法、胶体金免疫技术、荧光免疫层析技术、表面等离子共振技术、基因组测序、pcr、免疫-pcr技术或生物素-亲和素技术检测所述生物标志物的物质。
7.根据权利要求3～5中任一项所述的应用，其特征在于，所述产品包括试剂、试剂盒、试纸、系统和芯片中至少一种。
8.一种克罗恩病检测产品，其特征在于，包括用于检测权利要求1所述生物标志物的试剂。
9.一种克罗恩病诊断筛查系统，其特征在于，所述诊断筛查系统包括：诊断指标输入模块和克罗恩病状态评估模块；
10.一种用于筛选治疗克罗恩病的药物的方法，其特征在于，所述方法包括：
技术总结
本发明属于生物医学技术领域，公开了一种克罗恩病的生物标志物及其应用，具体公开了一种克罗恩病的生物标志物。本发明首次发现了克罗恩病中T3SS同源基因可作为筛查、诊断或预后评估的生物标志物，通过检测上述T3SS同源基因丰度，根据同源基因在疾病和正常人群中的差异特征预测克罗恩病发生的概率。本发明经过大量实验证明，上述生物标志物对于克罗恩病的诊断具有较高的准确性，可用于制备克罗恩病诊断试剂或试剂盒，可以全面、综合地获取疾病状态下的肠道微生物功能变化状况，用于克罗恩病患者的诊断。
技术研发人员：牟相宇,柯嘉,李培杰,赵文婧
受保护的技术使用者：中山大学·深圳
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23