個(gè)體化醫(yī)療的現(xiàn)狀與未來(lái)生物標(biāo)志物

1、個(gè)體化醫(yī)療的現(xiàn)狀與未來(lái)生物標(biāo)志物第1頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Outline生物標(biāo)志物的概念如何評(píng)價(jià)生物標(biāo)志物？生物標(biāo)志物的研究方法？第2頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日生物標(biāo)志物的概念第3頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日什么是生物標(biāo)志物(biomarker)？“measurable and quantifiable biological parameters” - a Medical Subject Heading (MeSH) term, 1989“ A characteristic that is object

2、ively measured and evaluated as an indicator of normal biological processes, pathogenic processes or pharmacological responses to a therapeutic intervention.” -Biomarker Definitions Working Group, 2001,NIH第4頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Features of a Useful BiomarkerHigh sensitivity and specificityEas

3、y accessible sampleCorrelation with histological scoringChange in advance of clinical signsTranslational from research to clinical use 第5頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日不同水平生物標(biāo)志物DNAPrimary transcriptmRNATranscriptionproteinTranslationRNA processingNucleus第6頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Biomarker ExamplesC

4、holesterol is one of the most well-known biomarkers of cardiovascular healthPhysical measurements: body temperature (fever); blood pressure (stroke risk)Other biomarkers: blood sugar level (diabetes) antigens (hepatitis) proteins (heart attack) genetic variations (Huntingtons disease)第7頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，

5、5月20日，2點(diǎn)53分，星期日生物標(biāo)志物的臨床應(yīng)用Ludwig JA et al. Nature reviews 2005,5: 845-856第8頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日目前臨床很多疾病的診斷依賴病理診斷，但不能作為常規(guī)篩查、監(jiān)測(cè)手段眾多疾病缺乏早期、特異性生物標(biāo)志物治療缺乏個(gè)體化方案生物標(biāo)志物應(yīng)用現(xiàn)狀第9頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Clin J Am Soc Nephrol 3: 18951901, 2008.Biomarkers for chronic kidney disease第10頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)

6、53分，星期日Are we treating sub-populations?疾病藥物無(wú)反應(yīng)率抑郁SSRIs, SNRIs, TCAs40-60%哮喘-adrenergics, LTD44-75%糖尿病Sulfonylurea, Biguanides, Glitazones50-75%腫瘤 (乳腺癌 肺癌)Various70-100%From Kalow, Tyndale & Meyer, Pharmacogenomics, 2001第11頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Novel biomarkers are neededEarly, accurate diagnos

7、is -Individualized therapy and improved treatment outcomesBetter defined populations will allow more specific drugs-Better efficacy-Fewer side effects第12頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日“The use of biomarkers will change medical practice from a population-based approach to anindividualized approach”Felix

8、 Frueh, Associate Director of Genomics at CDER, FDA第13頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Evolution of the biomarkers research第14頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日High plasma cholesterol and cardiovascular diseasesNearly 50 percent of all future myocardial infarction and stroke events occur in those with normal o

9、r below normal lipid levels.EUROASPIRE Study Group, 1997% of MI第15頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Additional biomarkers (inflammation)Hs-CRP and cardiovascular riskHs-CRP is the most widely studied biomarker of inflammation in cardiovascular risk.Since the early 1990s with the development of highly sens

10、itive assays for its measurement, correlations of hs-CRP with both cardiovascular risk factors and future cardiovascular events has been possible.第16頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日CRP and LDLC levels and the risk of cardiovascular diseasesC-Reactive Protein (mg/L) 3.0 160LDL-cholesterol (mg/dL)3.02.01.

11、00.0Multivariable Relative RiskIncreased CRP levels are associated with increased risk of cardiovascular events independently of LDL-C levelsRidker PM et al., 200227,939 women第17頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日High CRP-high LDLHigh CRP-low LDLLow CRP-low LDLLow CRP- high LDLPorbability of Event-free Sur

12、vivalYears of Follow-up0.990.980.970.960.001.0002468Evolution of the biomarkers research : CRP and LDL-C levels and event-free survival among women27,939 womenThe median values were as follows: C-reactive protein: 1.52 mg/L LDL cholesterol: 123.7 mg/dL or: 3.20 mmol/L CRP and LDL-C could give better

13、 prognostic information than the two markers separately.Ridker PM et al., 2002第18頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日第19頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日如何評(píng)價(jià)生物標(biāo)志物？第20頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日常用評(píng)價(jià)指標(biāo)（一）敏感性（二）特異性（三） Youden指數(shù)（四）陽(yáng)性似然比（五）陰性似然比（六）陽(yáng)性預(yù)報(bào)值（七）陰性預(yù)報(bào)值（八）ROC曲線第21頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ECG診斷試驗(yàn)的結(jié)果ECG診斷結(jié)果心

14、肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)一、敏感性（Sensitivity): TP/(TP+FN)=TPR (true positive rate)TRP=Sen=416/(416+104)=0.8該指標(biāo)只與病例組有關(guān)，反映了診斷試驗(yàn)檢出病例的能力第22頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ECG診斷試驗(yàn)的結(jié)果ECG診斷結(jié)果心肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)二、特異性（Specificity)

15、 Spe=True negative rate(TNR)= TN(FP+TN)=171/(171+9)=0.95該指標(biāo)只與對(duì)照組有關(guān)，反映了診斷試驗(yàn)排除非病例的能力。第23頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日第24頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日靈敏度與特異度的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：靈敏度與特異度不受患病率的影響，其取值范圍均在（0, 1）之間，其值越接近于1，說(shuō)明其診斷準(zhǔn)確性越好。缺點(diǎn)：當(dāng)比較兩個(gè)診斷試驗(yàn)時(shí)，單獨(dú)使用靈敏度或特異度，可能出現(xiàn)矛盾。解決辦法：將兩指標(biāo)結(jié)合：Youden指數(shù)、陽(yáng)性似然比、陰性似然比等第25頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)

16、53分，星期日ECG診斷試驗(yàn)的結(jié)果ECG診斷結(jié)果心肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)三、Youden指數(shù)， =Sen+Spe-1=TPR-FPR =0.8-0.05=0.75Youden指數(shù)取值范圍在（0，1）之間，其值越接近1，診斷準(zhǔn)確性越好。第26頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ECG診斷試驗(yàn)的結(jié)果ECG診斷結(jié)果心肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)第27頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5

17、月20日，2點(diǎn)53分，星期日ECG診斷試驗(yàn)的結(jié)果ECG診斷結(jié)果心肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)第28頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日醫(yī)生最關(guān)心的問(wèn)題： 1. 試驗(yàn)陽(yáng)性時(shí)患病的概率多大？ 2. 試驗(yàn)陰性時(shí)不患病的概率多大？第29頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日陽(yáng)性預(yù)測(cè)值是在診斷試驗(yàn)陽(yáng)性的受試者中，標(biāo)準(zhǔn)診斷有病的病例（真陽(yáng)性）所占的比例 第30頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日陰性預(yù)測(cè)值則是在診斷試驗(yàn)為陰性的受試者中，標(biāo)準(zhǔn)診斷證實(shí)無(wú)

18、病的受試者（真陰性）所占的比例。 第31頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ECG診斷結(jié)果心肌梗塞合 計(jì)出現(xiàn)不出現(xiàn)陽(yáng) 性陰 性合計(jì)416(TP) 9（FP）425104(FN)171（TN）275520180700(N)第32頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日陽(yáng)性預(yù)報(bào)值與陰性預(yù)報(bào)值第33頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ROC曲線第34頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日 ROC（receiver operating characteristic的縮寫，譯為“接受者工作特征”）ROC曲線研究歷史1950s 雷達(dá)

19、信號(hào)觀測(cè)能力評(píng)價(jià)1960s中期 實(shí)驗(yàn)心理學(xué)、心理物理學(xué)1970s末與1980s初 診斷醫(yī)學(xué)ROC的涵義與起源第35頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日第36頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日不同診斷界值時(shí)靈敏度與特異度間的平衡(trade off)0204060801005060708090100特異度靈敏度百分率（）第37頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Receiver Operating Characteristic curve Area Under Curve (AUC) - GraphedCurve 1 = .50 Pu

20、re chanceno better than random guessCurve 3 is better than Curve 2Curve 4 = 1.0 Totally Sensitive completely accurate classification of effectively and less-effectively instructed students第38頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日完美與無(wú)用的ROC曲線真陽(yáng)性率即靈敏度假陽(yáng)性率 即 1特異度機(jī)率線(chance line)(diagonal reference line)第39頁(yè)，共55頁(yè)，

21、2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日診斷準(zhǔn)確度較低（0.9）0.00.20.40.60.81.00.00.20.40.60.81.0FPRTPRA0.938ROC曲線下面積（Area）與診斷準(zhǔn)確度高低高 0.90-1.00 = excellent (A)中 0.80-0.90 = good (B) 0.70-0.80 = fair (C)低 0.60-0.70 = poor (D) 0.50-0.60 = fail (F)第40頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日ROC曲線小結(jié)ROC曲線反映了靈敏度與特異度間的平衡 (增加靈敏度將降低特異度；增加特異度將降低靈敏度)。

22、 在ROC曲線空間，如果曲線沿著左邊線，然后沿著上邊線越緊密，則試驗(yàn)準(zhǔn)確度越高。 在ROC曲線空間，如果曲線沿著機(jī)會(huì)線（45度對(duì)角線）越緊密，則試驗(yàn)準(zhǔn)確度越低。 ROC曲線下面積是重要的試驗(yàn)準(zhǔn)確度指標(biāo)。 第41頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日生物標(biāo)志物研究方法 第42頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日phasePhase1Preclinical ExploratoryPhase2Clinical Assay and ValidationPhase3RetrospectiveLongitudinalPhase4Prospective Screenin

23、gPhase5Disease controlObjectiveTarget biomarker identification, feasibilityStudy assay in people with and without diseaseCase-control studies using specimensLongitudinal studies to predict diseaseClinical useSite Biomarker development labBiomarker validation labClinical epidemiologic centersCohort s

24、tudiesCommunity DesignCross-sectionalCross-sectionalCase-controlprospectiveRCTSample sizesmallsmallmodestmediumlargeVasan RS. Circulation. 2006;113:2335-2362.第43頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日The Agendia MammaPrint Test首個(gè)FDA批準(zhǔn)的基因組檢測(cè)試驗(yàn) - Feb. 2007第44頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日How they got there？2002 Di

25、scovery of 70 gene signature (117 patients)2002 Duplication of results (in another sample set:295 patients)2006 Assay performance2006 Optimized array format: reproducibility; back to original sample set2006 External confirmation (307 patients, 5 hospitals)2007 Approval by FDA第45頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)

26、53分，星期日生物標(biāo)志物研究技術(shù)傳統(tǒng)研究方法： PCR, Western blotting, ELISA, et al新型研究方法： 基因組學(xué)技術(shù) 蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)：2-DIGE/MS, 蛋白質(zhì)芯片第46頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日生物標(biāo)志物研究方法 Question1.What human samples should be collected, and how should they be used?Does this vary between discovery, validation and implementation?第47頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月2

27、0日，2點(diǎn)53分，星期日Answer1.All biological samples are eligible for collectionCollected biological material depends on analyte and tissue sourceExamples Biological fluids Serum, plasma, urine, csf Secretions Saliva, seminal fluid Body cavity fluids Pleural fluid, peritoneal fluid, etc Specific tissue materi

28、al Specialized cells reproductive cells Non-cellular第48頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Ideal Biomarker discovery samples should be identical to the projected testing situation (e.g. Do not study plasma for discovery, and then validate or implement assay using serum)Practical set up study with samples th

29、at are as close to the testing situation as possible第49頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Question 2.What is the role of routinely accessible biofluids such as plasma, serum, and urine?What is the role of “proximal” fluids like CSF, synovial fluid, ascites, pancreatic ductal fluid, etc?What is the role of

30、solid tissues?第50頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日Role of routinely accessible biofluidsVery important in the discovery of biomarkers of diseases (systemic vs. organ specific/local)Important for: early detection disease severity tumor burden prognosis monitoring of response to therapy第51頁(yè)，共55頁(yè)，2022年，5月20日，2點(diǎn)53分，星期日