本发明涉及基因检测，具体涉及一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险评估方法及其应用。

背景技术：

1、癌症是威胁我国国民生命安全的重大疾病，早诊早治可有效改善癌症患者的生存环境，是国家倡导大力发展的领域，投资机构普遍预计癌症早筛市场可达到千亿级。目前有很多科研机构、企业涉足癌症诊断技术，但是通过大规模验证的产品仍然寥寥无几；市场对于低成本、低复杂度、高准确率的癌症筛查、诊断技术、产品需求巨大。

2、基于外周血的无创诊断技术是目前的主流研究方向，绝大多数方案围绕循环游离dna、外泌体、循环肿瘤细胞等；然而，这些材料在外周血中的丰度很低，提取实验的复杂度很高、成本也很高，同时参与者众多，竞争非常激烈。作为对比，目前癌症诊断领域对白细胞的关注极少，工业界中甚至几乎没有基于外周血白细胞的癌症诊断技术。

3、谷氨酰胺(glutamine)是许多生物合成过程中碳和氮的重要来源，是细胞代谢的重要资源。在人体中，谷氨酰胺代谢主要由谷氨酰胺酶(gls，又称为gls1)催化生成谷氨酸盐。gls基因有2个主要的亚型，分别称为kga(肾脏型谷氨酰胺酶)和gac(谷氨酰胺酶c)，即gls的表达约为kga与gac之和。最近，将谷氨酰胺代谢与肿瘤及癌症联系起来进行研究逐渐成为热点，目前已有的报道大多是在肿瘤中研究谷氨酰胺代谢相关的基因表达，例如中国专利申请cn 115932262 a中披露了通过组织切片，采用谷氨酰胺合成酶(gs)作为胰腺导管腺癌的标志物的案例，中国专利申请cn115825262 a中披露了采用血清中的小分子代谢产物，如α-酮戊二酸(α-ketoglutarate，akg)、胆碱、γ-谷氨酰基谷氨酰胺、溶血磷脂酰胆碱、甘油磷脂酰胆碱及牛磺酸来检测鼻咽癌的案例，中国专利申请cn114373510a中披露了代谢标志物体系选自苯乙酰谷氨酰胺来诊断或监测肺癌的案例，但目前的检测技术中对于基因检测通常要么是采用组织采样，费时费力，也给患者带来痛苦；要么是采用血清采样，但是主要以小分子代谢产物作为标志物。目前亟需研究开发一种方便、快捷地无创检测技术来评估癌症风险。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险评估方法及其应用，以期至少部分地解决上述技术问题。

2、为了实现上述目的，作为本发明的第一个方面，提出了一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的评估方法，包括以下步骤：

3、采集样本；

4、检测所述样本中的谷氨酰胺代谢模式的基因表达信息，基于所述谷氨酰胺代谢模式来评估确定样本所有人体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果。

5、作为本发明的第二个方面，提出了一种用于评估体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的谷氨酰胺代谢标志物的组合物，包括：

6、第一标志物，用于标志gls的表达；

7、第二标志物，用于标志kga的表达；

8、第三标志物，用于标志gac的表达；

9、其中，所述体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的评估仅依据所述组合物中的其中一种或多种来实现。

10、作为本发明的第三个方面，提出了一种用于评估体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的谷氨酰胺代谢标志物的核酸文库，其特征在于，包括：

11、第一标志物，用于标志gls的表达；

12、第二标志物，用于标志kga的表达；

13、第三标志物，用于标志gac的表达；

14、其中，所述体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的评估仅依据所述第一标志物、第二标志物和第三标志物中的其中一种或多种来实现。

15、作为本发明的第四个方面，提出了一种癌症风险评估系统，包括：

16、核酸检测模块，用于对包含核酸的样本进行基因定性或定量检测；

17、核酸文库，采用如上所述的核酸文库；

18、评估模块，用于基于如上所述的评估方法来确定样本所有人体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果。

19、作为本发明的第五个方面，提出了一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险评估方法，包括以下步骤：

20、采集样本；

21、检测所述样本的谷氨酰胺代谢模式的基因表达信息；

22、采用预先训练的机器学习模型，对样本所有人体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率进行评估；其中，所述机器学习模型以gls、kga和gac的表达量和/或表达关系作为标签；所述机器学习模型包括knn、支持向量机、逻辑回归、决策树、随机森林、朴素贝叶斯分类模型。

23、作为本发明的第六个方面，提出了一种基于谷氨酰胺代谢模式的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒仅通过捕获待测样本的白细胞、游离rna或游离蛋白中的gls、kga和gac的表达量和/或表达关系，来确定样本所有人体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率。

24、作为本发明的第七个方面，提出了一种上述基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险评估方法在制备检测试剂盒、测试仪器中的用途。

25、基于上述技术方案可知，本发明的基于谷氨酰胺代谢的癌症风险评估方法、试剂盒及其应用相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：

26、1、本发明采用gls的总表达量、两个亚型间的表达比例这两个参数进行定量，检测参数少，实验方便快捷；

27、2、本发明可利用gls基因在rna水平的表达进行定量，此时可与单细胞转录组结合，对复杂组织中的多种细胞类型进行同时定量，从而解决样本中细胞异质性的问题；

28、3、本发明人发现，外周血白细胞的谷氨酰胺代谢定量值可作为癌症诊断标志物。从外周血中提取白细胞的实验操作简单，且与目前几乎所有癌症无创诊断的专利技术都不相同，可以为癌症无创诊断技术开辟新的方向，同时可大幅降低实验难度和成本，适宜于大规模推广。

技术特征：

1.一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述样本是含有谷氨酰胺代谢模式的基因表达信息的遗传物质样本，即血液样本、尿液样本或组织样本；进一步优选为外周血样本；进一步优选为外周血样本中分离得到的白细胞、游离rna、游离蛋白；和/或所述样本的谷氨酰胺代谢模式的基因表达信息通过rna-seq技术、单细胞转录组技术、qpcr技术、数字pcr技术、elisa技术、质谱和/或simoa技术来检测和定量。

3.根据权利要求1或2所述的评估方法，其特征在于，所述样本的谷氨酰胺代谢模式的基因表达信息包括：（i）gls的表达量，（ii）kga的表达量，（iii）gac的表达量，（iv）kga与gac的比值，进一步优选为log2(kga/gac)，和/或，（v）kga或gac在gls中的占比；基于其中部分选项确定出谷氨酰胺代谢模式。

4.根据权利要求3所述的评估方法，其特征在于，基于部分选项确定出谷氨酰胺代谢模式的具体方法包括：

5.一种用于评估体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的谷氨酰胺代谢标志物的组合物，其特征在于，包括：

6.一种用于评估体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率、感染情况、疫苗效果和/或药物作用效果的谷氨酰胺代谢标志物的核酸文库，其特征在于，包括：

7.一种癌症风险评估系统，其特征在于，包括：

8.一种基于谷氨酰胺代谢模式的癌症风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种基于谷氨酰胺代谢模式的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒仅通过捕获待测样本的白细胞、游离rna或游离蛋白中的gls、kga和gac的表达量和/或表达关系，来确定样本所有人体内存在肿瘤或癌变细胞的风险机率。

10.根据权利要求9所述的试剂盒，其特征在于，所述试剂盒包括上下游引物，用于特异性捕获所述待测样本中存在的基因，确定gls、kga和gac的表达量和/或表达关系；

技术研发人员：孙坤受保护的技术使用者：深圳湾实验室技术研发日：技术公布日：2024/1/15