Logistic回歸和PLS-DA模型評價腫瘤標(biāo)志物對結(jié)腸癌的診斷價值*

曾龍飛，田 剛，姚 健,3△

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽外科，四川瀘州 646000；2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗科，四川瀘州 646000；3.四川省瀘州市人民醫(yī)院肝膽外科 646000)

論著·臨床研究

Logistic回歸和PLS-DA模型評價腫瘤標(biāo)志物對結(jié)腸癌的診斷價值*

曾龍飛1，田 剛2，姚 健1,3△

(1.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽外科，四川瀘州 646000；2.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院檢驗科，四川瀘州 646000；3.四川省瀘州市人民醫(yī)院肝膽外科 646000)

目的 探討血清腫瘤M2型丙酮酸激酶(TuM2-PK)、癌胚抗原(CEA)、糖類抗原CA199、CA724、CA125和CA242對結(jié)腸癌的診斷價值。方法 采用酶聯(lián)免疫吸附法(ELISA)和電化學(xué)發(fā)光法測定231例結(jié)腸癌、105例結(jié)腸良性病和166例健康對照血清TuM2-PK、CEA、CA199、CA724、CA125和CA242水平。采用ROC曲線和Logistic-ROC曲線比較單一和組合標(biāo)志物的診斷效能，以最優(yōu)組合標(biāo)志物建立結(jié)腸癌Logistic回歸和偏最小二乘判別分析(PLS-DA)診斷模型。結(jié)果 結(jié)腸癌組血清TuM2-PK、CEA、CA199、CA125和CA242水平顯著高于結(jié)腸良性病組和健康對照組(P<0.05)。血清CA199診斷結(jié)腸癌的ROC曲線下面積(AUC)最高[0.79 (95%CI：0.75～0.83)]，在臨界值為69.5 U/L時靈敏度和特異性分別為64.1%和89.7%。Logistic-ROC曲線中各組合標(biāo)志物較單一指標(biāo)的AUC高，其中(CEA+CA199+TuM2-PK)的AUC較為理想[0.89(95%CI：0.86～0.92)]。血清(CEA+CA199+TuM2-PK)的Logistic回歸和PLS-DA模型對結(jié)腸癌的診斷準(zhǔn)確率分別為82.7%和77.5%，對非結(jié)腸癌的診斷準(zhǔn)確率分別為93.7%和95.6%。結(jié)論 聯(lián)合檢測血清CEA、CA199和TuM2-PK是較為理想的腫瘤標(biāo)志物組合，有助于結(jié)腸癌的早期診斷。

結(jié)腸腫瘤；腫瘤M2型丙酮酸激酶；ROC曲線；Logistic回歸分析

結(jié)腸癌早期癥狀不典型，約60%的患者確診時已到中晚期[1]。目前尚無準(zhǔn)確診斷結(jié)腸癌的單一腫瘤標(biāo)志物，而癌胚抗原(carcino-embryonic antigen，CEA)、糖類抗原(carbohydrate antigen，CA)CA199、CA724等診斷結(jié)腸癌的靈敏度也不理想[2-3]。腫瘤M2型丙酮酸激酶(tumors M2 pyruvate kinase，TuM2-PK)是近年來發(fā)現(xiàn)與結(jié)腸癌有關(guān)的新型標(biāo)志物，其診斷價值尚未被完全闡明[4]。研究表明，聯(lián)合檢測血清TuM2-PK、CEA和CA199等能提高結(jié)腸癌診斷的靈敏度和陽性率[4-5]。盡管如此，并聯(lián)實驗通過疊加各指標(biāo)的陽性率提高靈敏度的同時降低了特異性，增加了檢測成本[6]。串聯(lián)實驗提高了診斷的

表1 血清CEA、CA199、CA724、CA125、CA242和TuM2-PK水平

a：P<0.05，與結(jié)腸良性病組比較；b：P<0.05，與健康對照組比較；c：P<0.05，結(jié)腸癌與健康對照組比較。

表2 血清CEA、CA199、CA724、CA125、CA242和TuM2-PK對結(jié)腸癌的診斷價值比較

特異性但犧牲了靈敏度。因此，尋找最佳的腫瘤標(biāo)志物組合并評價其聯(lián)合診斷效能顯得尤為重要。受試者工作特征(ROC)曲線是一種兼顧靈敏度和特異性的診斷試驗評價工具，而基于Logistic回歸的ROC曲線可用于聯(lián)合指標(biāo)的診斷效能評價[6]。因此，本研究以結(jié)腸癌患者為研究對象，采用ROC曲線和Logistic回歸-ROC曲線探討血清TuM2-PK、CEA、CA199、CA724、CA125和CA242單項和經(jīng)Logistic回歸后組合標(biāo)志物對結(jié)腸癌的診斷效能。進(jìn)一步建立最優(yōu)腫瘤標(biāo)志物的二分類Logistic回歸分析和偏最小二乘判別分析(PLS-DA)線性模型，驗證其對結(jié)腸癌的鑒別診斷價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2013年5月至2016年1月就診于西南醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院胃腸外科的結(jié)腸癌患者231例(結(jié)腸癌組)，其中男139例，女92例，平均年齡(64.4±10.9)歲。結(jié)腸良性病患者105例(良性病組)，男76例，女29例，平均年齡(52.5±19.7)歲。其中潰瘍性結(jié)腸炎37例，結(jié)腸息肉30例，急、慢性結(jié)腸炎 28例，腸易激綜合征10例。健康對照組為本院體檢者，共166例，其中男96例，女70例，平均年齡(49.1±26.6)歲，各項體檢指標(biāo)均正常，無心、肺、腎臟疾病等。

1.2 方法

1.2.1 儀器與試劑 血清CEA、CA199、CA724、CA125和CA242測定均采用深圳新產(chǎn)業(yè)(Maglumi 2000 Plus)電化學(xué)發(fā)光儀及配套試劑，質(zhì)控均符合要求。血清TuM2-PK的測定采用ELISA，采用蘇州卡爾文公司提供的試劑盒并嚴(yán)格按試劑說明書操作，批內(nèi)和批間變異系數(shù)(CV)均控制在10%以內(nèi)。

1.2.2 測定方法 采用電化學(xué)發(fā)光法測定血清中CEA、CA199、CA724、CA125和CA242水平。采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(ELISA)檢測血清TuM2-PK水平。各指標(biāo)的參考范圍為：CEA 0～6.0 ng/mL、CA199 0～37 U/L、CA724 0.2～6.0 U/L、CA125 0～35 U/L、CA242 0～15 U/L和TuM2-PK 0～15 U/mL。

2 結(jié) 果

2.1 血清CEA、CA199、CA724、CA125、CA242和TuM2-PK水平比較 結(jié)腸癌組血清中CEA、CA199、CA125、CA242和TuM2-PK水平均顯著高于良性病組和健康對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。良性病組血清CEA、CA199、CA724、CA242和TuM2-PK也顯著高于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表1。

2.2 血清CEA、CA199、CA724、CA125、CA242和TuM2-PK對結(jié)腸癌的診斷價值比較 6種血清腫瘤標(biāo)志物中CEA、CA199、CA724和TuM2-PK的診斷效能較高(AUC≥0.70)。其中CA199具有最高的診斷效能(AUC=0.79)，在臨界值為69.5 U/L時，具有64.1%的靈敏度和89.7%的特異性，見表2。

2.3 基于Logistic回歸-ROC曲線的血清組合標(biāo)志物對結(jié)腸癌的診斷價值比較 以診斷效能較高(AUC≥0.70)的血清CEA、CA199、CA724和TuM2-PK建立Logistic回歸-ROC曲線模型，評估組合標(biāo)志物的診斷效能(圖1)。兩項或多項組合標(biāo)志物的診斷效能均優(yōu)于單一指標(biāo)。兩項聯(lián)合指標(biāo)中(CA199+TuM2-PK)的診斷效能最佳，AUC、靈敏度和特異性分別為0.87，77.5%和90.0%。3項聯(lián)合指標(biāo)中，(CEA+CA199+TuM2-PK)的診斷效能最高，AUC、靈敏度和特異性分別為0.89、82.3%和91.5%。4項聯(lián)合指標(biāo)(CEA+CA199+CA724+TuM2-PK)的AUC、靈敏度和特異性分別為0.90、84.4%和88.9%。(CEA+CA199+TuM2-PK)的AUC和靈敏度均優(yōu)于(CA199+TuM2-PK)。3項組合標(biāo)志物(CEA+CA199+TuM2-PK)與4項項組合標(biāo)志物(CEA+CA199+CA724+TuM2-PK)的AUC、靈敏度和特異性相當(dāng)，但后者的檢測成本更高，見表3。

2.4 血清最優(yōu)組合標(biāo)志物L(fēng)ogistic診斷模型分析 以3項聯(lián)合指(CEA+CA199+TuM2-PK)建立Logistic診斷模型，該模型對結(jié)腸癌和非結(jié)腸癌(良性病組和對照組)診斷的準(zhǔn)確率分別為82.7%和93.7%，見圖2。

圖1 基于血清組合腫瘤標(biāo)志物的 Logistic回歸-ROC曲線表3 血清組合標(biāo)志物的Logistic回歸-ROC曲線對 結(jié)腸癌的靈敏度、特異性和AUC比較

組合標(biāo)志物靈敏度(%)特異性(%)AUC(95%CI)CEA+CA19971.488.60.84(0.81～0.89)CEA+CA72461.579.00.80(0.76～0.83)CEA+TuM2-PK68.482.30.82(0.78～0.86)CA199+CA72465.487.60.83(0.79～0.87)CA199+TuM2-PK77.590.00.86(0.82～0.88)CA724+TuM2-PK64.180.80.80(0.76～0.84)CEA+CA199+CA72471.489.70.87(0.83～0.90)CEA+CA199+TuM2-PK82.391.50.89(0.86～0.92)CEA+CA724+TuM2-PK68.082.30.85(0.81～0.88)CA199+CA724+TuM2-PK71.987.10.88(0.85～0.91)CEA+CA199+CA724+TuM2-PK84.488.90.90(0.88～0.93)

圖2 基于血清CEA、CA199和TuM2-PK的 Logistic回歸診斷模型

2.5 血清最優(yōu)組合標(biāo)志物PLS-DA診斷模型的建立 以3項聯(lián)合指(CEA+CA199+TuM2-PK)建立PLS-DA診斷模型，該模型對結(jié)腸癌和非結(jié)腸癌(良性病組和健康對照組)診斷的準(zhǔn)確率分別為77.5%(179/231)和95.6%(259/271)，見圖3。

藍(lán)色：健康對照組；紅色：結(jié)腸良性病組；綠色：結(jié)腸癌組。

圖3 基于血清CEA、CA199和TuM2-PK的PLS-DA診斷模型

3 討 論

CEA、CA199、CA724、CA125和CA242是腫瘤常規(guī)篩查項目，其中CA199是結(jié)腸癌最常用的篩查指標(biāo)，在消化道腫瘤中其血清水平顯著升高[2-4]。古麗等[7]研究表明，結(jié)腸癌組血清CA199水平顯著高于對照組，診斷結(jié)腸癌的AUC、靈敏度和特異性分別為0.76、53.1%和89.9%。本研究發(fā)現(xiàn)，6種腫瘤標(biāo)志物中CA199的AUC最高，診斷效能與特異性與古麗等[7]報道基本一致。

丙酮酸激酶(PK)是參與糖酵解的關(guān)鍵酶，主要有L-PK、R-PK、M1-PK和M2-PK 4種亞型。M2-PK有二聚體和四聚體兩種形式，其中活性較低的二聚體主要參與碳水化合物的合成，活性較高的四聚體主要參與糖無氧酵解的能量代謝[8]。腫瘤細(xì)胞發(fā)生時常伴有M2-PK四聚體水平的減少和M2-PK二聚體含量的增加，故M2-PK又稱為TuM2-PK。由于腫瘤細(xì)胞中TuM2-PK與磷酸烯醇式丙酮酸的親和力遠(yuǎn)低于四聚體丙酮酸激酶，故糖酵解過程受阻，中間產(chǎn)物大量堆積、腫瘤細(xì)胞快速增殖[9]。Fatel-Cantillo等[10]證實，TuM2-PK在結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移時釋放入血，導(dǎo)致血清TuM2-PK水平顯著升高。本研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌組血清TuM2-PK水平顯著高于良性病組，可能與結(jié)腸癌患者腫瘤細(xì)胞的糖酵解代謝異常有關(guān)。結(jié)腸癌組血清TuM2-PK水平顯著高于良性病組與對照組，提示增高的血清TuM2-PK水平有助于結(jié)腸癌的輔助診斷。此外，單項標(biāo)志物中TuM2-PK診斷結(jié)腸癌的靈敏度與CEA和CA199相當(dāng)，高于Schneider等[11]報道，可能與人群和診斷閾值不同有關(guān)。此外，本研究結(jié)果提示，聯(lián)合檢測CEA和TuM2-PK可顯著提高結(jié)腸癌診斷的靈敏度，與Kim等[12]結(jié)論一致。

目前，但鮮有TuM2-PK與CEA、CA199、CA724、CA125和CA242不同組合方式的Logistic回歸-ROC曲線對結(jié)腸癌的診斷效能比較。Molodianovitch等[13]發(fā)現(xiàn)，基于Logistic回歸的ROC曲線可以更好地評價模型的擬合優(yōu)度、兼顧了靈敏度和特異性。盧燦榮等[14]基于Logistic回歸的ROC曲線表明，聯(lián)合檢測血清CEA、CA199和C反應(yīng)蛋白有助于提高結(jié)腸癌的診斷效能。Fung等[15]采用Logistic回歸聯(lián)合檢測TuM2-PK、Dickkopf-3和胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白(IGFBP2)診斷結(jié)腸癌AUC達(dá)到0.87～0.91，靈敏度達(dá)到73%。本研究對比分析發(fā)現(xiàn)，Logistic回歸-ROC曲線模型中，血清(CEA+CA199+TuM2-PK)與(CEA+CA199+CA724+TuM2-PK)組合標(biāo)志物的AUC相當(dāng)，均能較好地提高結(jié)腸癌診斷的靈敏度但后者的檢測成本較高。進(jìn)一步以組合標(biāo)志物(CEA+CA199+TuM2-PK)建立Logistic回歸和PLS-DA診斷模型，兩類模型對結(jié)腸癌和非結(jié)腸癌的診斷準(zhǔn)確率也均較為理想。

綜上所述，血清(CEA+CA199+TuM2-PK)是鑒別診斷結(jié)腸癌較為理想的腫瘤標(biāo)志物組合，有助于結(jié)腸癌的早期診斷。盡管如此，本研究尚未全面考察TuM2-PK各類常規(guī)腫瘤標(biāo)志物聯(lián)合檢測對結(jié)腸的診斷價值，標(biāo)本量也較為有限。因此，尋找更加理想的腫瘤標(biāo)志物組合，評價其診斷結(jié)腸癌的效能、分析組合標(biāo)志物與病理金標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果的一致性等還需大樣本深入研究。

[1]吳在德.外科學(xué)[M].6版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2004：510-514.

[2]王健，葉林加，李萬海，等.聯(lián)合檢測血清CEA、CA19-9與CA72-4對老年結(jié)腸癌診斷的價值[J].中國老年學(xué)雜志，2014，10(19)：5452-5453.

[3]荊衛(wèi)娟，任傳路，丁磊，等.血清TuM2-PK、TSGF與CEA、CA19-9、CA242聯(lián)合檢測在結(jié)腸癌診斷中的臨床價值[J].標(biāo)記免疫分析與臨床，2015，22(11)：1121-1124.

[4]顧群浩，張曉東，蔡照弟，等.腫瘤型M2-PK、CEA與CA199檢測在結(jié)直腸癌診斷中應(yīng)用的臨床觀察[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展，2012，12(31)：6083-6085,6075.

[5]李冬梅，趙秀媛，朱傳金，等.M2-PK與CEA,CA19-9,CA72-4對消化道系統(tǒng)腫瘤診斷的比較分析[J].臨床消化病雜志，2007，19(1)：53-55.

[6]劉靳波，余曉林，夏乾峰，等.ROC曲線及Logistic回歸評價腫瘤標(biāo)志物在胃結(jié)腸腫瘤的診斷價值[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，2008，29(14)：1298-1300.

[7]古麗.結(jié)腸癌患者CK19的表達(dá)及意義[J].重慶醫(yī)學(xué)，2015，44(29)：4120-4122.

[8]周瑩艷.腫瘤M2型丙酮酸激酶在肺癌中的研究進(jìn)展[J].臨床肺科雜志，2010，15(8)：1139-1141.

[9]Christofk HR,Vander Heiden MG,Harris MH,et al.The M2 splice isoform of pyruvate kinase is important for cancer metabolism and tumour growth[J].Nature,2008,452(7184):230-233.

[10]Fatela-Cantillo D,Fernandez-Suarez A,Marin Moreno MA,et al.Prognostic value of plasmatic tumor M2 pyruvate kinase and carcinoembryonic antigen in the survival of colorectal cancer patients[J].Tumor Biology,2012,33(3,SI):825-832.

[11]Schneider J,Schulze G.Comparison of tumor M2-pyruvate kinase (tumor M2-PK),carcinoembryonic antigen (CEA),carbohydrate antigens CA 19-9 and CA 72-4 in the diagnosis of gastrointestinal cancer[J].Anticancer Res,2004,23(6D):5089-5093.

[12]Kim CW,Kim JI,Park SH,et al.Usefulness of plasma tumor M2-pyruvate kinase in the diagnosis of gastrointestinal cancer[J].Korean J Gastroenterol,2003,42(5):387-393.

[13]Molodianovitch K,Faraggi D,Reiser B.Comparing the areas under two correlated ROC curves:parametric and non-parametric approaches[J].Biom J,2006,48(5):745-757.

[14]盧燦榮，張士武，張勇，等.聯(lián)合檢測癌胚抗原、糖鏈抗原19-9和C反應(yīng)蛋白對結(jié)腸癌的診斷價值[J].標(biāo)記免疫分析與臨床，2012，19(1)：3-6.

[15]Fung KY,Tabor B,Buckley MJ,et al.Blood-based protein biomarker panel for the detection of colorectal cancer[J].PLoS One,2015,10(3):e0120425.

Diagnostic of serum tumor markers for colon cancer assessed with logistic regression analysis and PLS-DA model*

ZengLongfei1,TianGang2,YaoJian1,3△

(1.DepartmentofHepatobiliarySurgery,theAffiliatedHospitalofSouthwestMedicalUniversity,Luzhou,Sichuan646000,China;2.DepartmentofClinicalLaboratory,theAffiliatedHospitalofSouthwestMedicalUniversity,Luzhou,Sichuan646000,China;3.DepartmentofHepatobiliarySurgery,thePeople′sHospitalofLuzhouCity,Luzhou,Sichuan646000,China)

Objective To investigate the diagnostic value of serum tumors M2 pyruvate kinase (TuM2-PK),carcino-embryonic antigen (CEA),CA199,CA724,CA125 and CA242 in colon cancer.Methods Serum levels of TuM2-PK,CEA,CA199,CA724,CA125 and CA242 in 231 patients with colon cancer,105 patients with colon benign lesion diseases and 166 normal controls were measured by the ELISA and electrochemiluminescence assays.The operation working characteristic curve (ROC) and the logistic regression-ROC were used to evaluate the diagnostic value of tumor markers for colon cancer individually and in combination.The models of logistic regression analysis and partial least-squares discriminant analysis (PLS-DA) were established to diagnose patients with colon cancer based on the optimal panel of serum tumor markers.Results Concentrations of serum TuM2-PK,CEA,CA199,CA125 and CA724 in the colon cancer group are higher than those in the colon benign diseases group and the normal controls (P<0.05).The area under the operation working characteristic curve (AUC) of CA199 is the highest 0.79 [95% confidence interval (95%CI),0.75-0.83] at the cutoff value of 69.5 U/L with 64.1% of sensitivity and 89.7% of specificity.The AUC of combined serum tumor markers based on logistic regression analysis is higher than those in individuals,of which serum (CEA+CA199+TuM2-PK) is the optimal [AUC=0.89,95% confidence interval(95%CI),0.86-0.92].The diagnostic accuracy of logistic analysis and PLS-DA model for colon cancer is 82.7% and 77.5%,and for colon cancer is 93.7% and 95.6%,respectively.Conclusion The combination of serum tumor markers CEA,CA199 and TuM2-PK is more suitable as a diagnostic model for the screening of colon cancer.

colon cancer;tumor M2 pyruvate kinase;receiver operating characteristic curve;logistic regression analysis

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.08.010

四川省教育廳重點(diǎn)項目(2005A076);四川省瀘州市科技計劃項目[2015-S-51(1/3)];西南醫(yī)科大學(xué)自然科學(xué)基金(30543)；西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院人才基金資助項目(12277)。 作者簡介：曾龍飛(1988-)，碩士，主要從事胃腸、肝膽外科的臨床研究?！?/p>

，E-mail:lzyaojiang@126.com。

R735.3

A

1671-8348(2017)08-1038-04

2016-09-30

2016-11-28)