血液樣本分析前變量對組學研究的影響:邁向精準樣本存儲

2021-01-19 eBiobank

生物樣本庫BSS小組

摘要：

研究數據和結果在人群和個體之間存在差異，但這種差異並不總是由於實驗或真正的生物學變化。實驗的分析前部分，無論是生物樣本採集、處理、儲存，還是運輸到實驗室，都可能導致研究數據、結果和判讀的明顯變化。現有的綜述和生物樣本庫創新分析提供了新的見解，總結了這樣的分析前變量，例如，採血管類型、離心條件、樣本長期儲存溫度和保存時間，對血液來源的生物樣本進行組學分析：全血、血清、血漿、血沉棕黃層和外周血單核細胞。此外，我們在研究中與精準醫學領域進行了相似研究，以期對「精準生物樣本庫」的未來進行展望，此外，在此基礎上，我們細緻地將這些分析前變量考慮在內，以儘量減少其對組學數據、分析和判讀結果的影響，特別是在臨床組學應用中。我們強調需要使用廣泛的框架、關鍵的、獨立的、社會和政治科學以及人文科學研究，以了解在當前這個時代越來越重要的精準樣本存儲的多重發展軌跡，以及內在動機和價值。

 

討論：

基於人群的生物樣本庫已成為科學以及政治和經濟機構 。無論是在基因組學、轉錄組學、蛋白質組學，或是在代謝組學，生物樣本庫在規劃和實施大數據組學研究中，發揮著巨大作用。此外，生物樣本庫在醫學和整合生物學研究中廣泛地扮演著守門人角色。這種組學和生物研究的結果往往是可變的，但這種變異並不總是源於真正的生物學變異，而是由於從分析前生物樣本處理中人為產生。最近才開始關注生物樣本穩定性、治療方法和分析前變量，這些變量可共同影響從樣本庫中使用可用的生物樣本而產生的實驗數據。

表1提供了關於採血管類型的組學分析結果中出現差異的信息。例如，在檸檬酸鹽和EDTA採血管中，血漿中的cfDNA濃度和miRNA完整性均穩定。血清（自紅管和虎頭蓋管）和血漿（自檸檬酸鹽、EDTA、氟化物或肝素管）的蛋白質水平隨所用採血管類型顯著改變。在此類採血管（紅管和虎頭蓋管）中，血清代謝物無顯著變化，但在檸檬酸鹽、EDTA和肝素採血管中，血漿代謝物有顯著影響。在檸檬酸鹽、EDTA和肝素採血管中，從血沉棕黃層中分離的基因組DNA和RNA的質量無顯著差異。

表2提供了採血後延遲處理對組學分析結果影響的分析。全血在4℃下離心延遲24小時或室溫（RT）6小時，血漿中的cfDNA濃度穩定。室溫延遲處理8小時，經微陣列甲基化分析，血沉棕黃層中的基因組DNA無影響。在室溫延遲處理2小時，經基於配體的蛋白質組學晶片分析，血清和血漿蛋白質通常不改變。在4℃下延遲處理24小時 ，以及在室溫下延遲處理4小時，經質譜分析，血清和血漿中的代謝譜，無顯著變化。

表3概述了生物樣本處理後延遲凍存對組學分析的影響。凍存前，在4℃放置24小時，全血中基因組DNA保持穩定。在4℃延遲凍存24小時或在RT延遲凍存2小時，血清 和血漿蛋白通常穩定。在4℃延遲凍存24小時，經核磁共振（NMR）光譜分析，血清代謝物無顯著變化。在4℃下延遲凍存16小時或在RT下延遲凍存2.5小時，經質譜或NMR光譜分析 ，血漿代謝物顯著改變。

表4提供了有關生物樣本長期儲存對組學分析結構影響的信息。在-80℃下儲存6年，Tempus管中全血RNA的質量和總量穩定。在-80℃下儲存4年，血漿miRNA的水平穩定。在-80℃下存儲3個月，經質譜法蛋白質組學分析顯示，血清蛋白組學變化最小，但在-70℃下存儲4年，血漿中無顯著變化。在-80℃儲存20-30個月，經NMR光譜分析，血漿樣本代謝物穩定。

隨著大數據的到來，基於組學的生物標誌物研發正在積極開展。鑑於組學研究需要大量高質量的生物樣本，通過對分析前變量的深入了解，來確保生物樣本質量尤為重要。許多研究人員報導了影響生物樣本質量的分析前變量。在本綜述中，我們通過對文獻中可用數據的分析，總結了在血液生物樣本處理過程中，產生組學分析結果變化的影響信息。此外，我們描述了用於組學研究，為維持血液生物樣本穩定性，所需的樣本處理條件。分析前變量取決於樣本類型、分析類型和分析方法以及生物樣本的處理條件。

基於以上，為收集和管理適用於研究的生物樣本，研究人員或生物樣本庫工作人員將很好地制定SOP，並應收集生物樣本分析前注釋（如SPREC）。要更清楚地認識到，我們將生物樣本的收集和管理定義為「精準生物樣本庫」。精準生物樣本庫將能產生準確的組學數據，從而有助於實現精準醫學。與精準醫學領域類似，精準生物樣本庫業務的未來在一定程度上依賴於將分析前變量考慮在內，從而最大限度地減少其對組學數據、分析和判讀結果的影響，特別是在臨床組學應用中。我們呼籲，進一步研究更多的分析前變量，並在不同治療條件和環境下進行研究。我們還強調，需要使用廣泛的、關鍵的和獨立的社會科學和人文科學（SSH）研究，以便了解精準生物樣本庫業務的多個未來發展軌跡，這在當前大數據時代越來越重要。精準醫學依賴於精準生物樣本庫，這些研究領域都應該以獨立的SSH獎學金方式進行相應推進。


作者：Lee JE,et al.【Korea Centers for Disease Control and Prevention, Korea.】

編譯：吳曼麗【武漢大學中南醫院】;

校審：康曉楠【上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院】


 原文：【17154】

Impact of Preanalytical Variations in Blood-Derived Biospecimens on Omics Studies: Toward Precision Biobanking?

OMICS. 2017 Sep 5. doi: 10.1089/omi.2017.0109. [Epub ahead of print]

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28873014

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