血清镁离子浓度与直肠癌患者谷氨酰转肽酶的关系

刘洪俊 汪圣毅 刘 虎 张 震*

(1.安徽医科大学 第一附属医院 普外科,合肥 230022;2.皖西卫生职业学院 附属医院 六安市第二人民医院 普外科,安徽 六安 237000;3.中国科学技术大学 附属第一医院 肿瘤内科,合肥 230031)

直肠癌的发病率较高,我国的癌症统计数据表明,直肠癌的死亡率也逐年增加[1]。直肠癌发生转移,包括血液和远处器官的转移,导致患者的生存时间缩短,生存率降低[2]。直肠癌转移关联标志物的研究有助于早期预警,提前干预,以降低转移和复发的比率,提高生存率[3]。但是,多数标志物的灵敏度低、特异性差[4]。开发新的预测标志物,探索其关联因素,有助于提升预测模型的区分能力,也可以为转移过程中相关标志物发生变化的机制研究提供线索。

金属离子与肿瘤的转移具有密切的关联关系,依赖于金属离子的基质金属蛋白酶(Matrix metalloproteinase 2/7,MMP-2、MMP-7)可以促进肿瘤的转移[5]。在结直肠癌细胞中,MMP-7的表达水平显著高于正常的黏膜上皮细胞,与化疗药物的抗药性增强和癌细胞的转移有关[6]。镁离子(Magnesium,Mg2+)与肿瘤的发生发展和治疗转归也存在密切的相关关系[7]。饮食中镁离子的摄入量增加,与结直肠癌发病风险降低存在关联关系[8]。Mg2+还可以影响肠道微生物,改变脂肪酸的产生[9],因此可能通过微生物组学变化影响肿瘤细胞的转移。

除了上述MMP,其他血清酶也与肿瘤的转移存在关联,γ谷氨酰转肽酶(Gamma-glutamyl transferase,γ-GT)与结直肠癌的发生风险有关[10],其水平升高与直肠癌的不良预后有关[11],也是评估结直肠癌肝转移治疗效果的独立因素[12]。

结直肠癌转移风险增加,或者生存时间较短的患者,其血清γ-GT水平升高,但升高的机制及其关联因素尚不明确。Mg2+水平可以影响肿瘤细胞的生长和转移,是否可以导致γ-GT升高,是否存在关联关系,尚不明确。

为了解直肠癌患者血清Mg2+与γ-GT是否存在关联,收集病例检测指标,用均数比较、秩和检验、率的比较方法,分析不同Mg2+浓度组的患者,其临床病理特征的差异,明确直肠癌患者血清Mg2+浓度和γ-GT的相关性,进一步建立分段线性模型,分析Mg2+的不同浓度水平对γ-GT的不同影响,为γ-GT发生变化的关联因素研究提供了基础。

1 资料与方法

1.1 研究对象和样本的收集

自皖西卫生职业学院附属医院(六安市第二人民医院)普外科的直肠癌患者病例中,收集了临床和病理资料完整的病例164例。入选标准:1)病理诊断明确为直肠癌;2)有肿瘤直径的记录;3)术前的电解质检验报告中有Mg2+的浓度记录。排除标准:1)直肠癌缺乏病理诊断记录;2)缺乏肿瘤直径的记录;3)缺乏术前Mg2+浓度的检测值;4)姑息性直肠癌切除术;5)急性肝炎、慢性活动性肝炎、肝硬化失代偿、酒精性肝炎的患者。

术前血清Mg2+浓度的检测:血液标本取自手术前患者的清晨空腹静脉血,注入含抗凝试剂的专用试管,送至医院检验科,全自动生化分析仪(罗氏公司,C720)检测分析。血常规、肿瘤标志物、凝血功能的检测分别使用迈瑞C-7500CS血球分析仪(深圳迈瑞生物医疗有限公司)、Maglumlx8化学发光仪(深圳新产业生物医学工程公司)、思塔高血凝仪(思塔高诊断股份公司)。直肠癌的手术标本用福尔马林固定,送医院病理科检验,取肿瘤的最大直径,定义为本研究的肿瘤直径,单位为cm。病理指标值来源于手术后的病理报告记录。

1.2 变量定义

人口学资料源于患者的病历记录。体质指数(Body mass index,BMI)=体重(kg)/身高(m)的平方。直肠癌患者的分期,根据美国癌症联合会(American joint committee on cancer,AJCC)第8版的定义:直肠癌的分期分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期,由于Ⅳ期患者仅1例,为便于分析,合并至Ⅲ期,分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ+Ⅳ期共3个类别。

1.3 统计学分析

2 结果与讨论

2.1 数据的一般特征

164例直肠癌患者,男116例,女48例。年龄35～96岁,平均65.7岁,中位年龄66岁。Mg2+浓度0.60～1.48 mmol/L,平均0.91 mmol/L,中位浓度为0.92 mmol/L,K-S检验的D=0.737,P<0.05,不符合正态分布,因此按照中位数分组,分为低Mg2+组(Mg2+浓度<0.92 mmol/L)、高Mg2+浓度组(Mg2+浓度≥0.92 mmol/L),高Mg2+浓度组直肠癌患者的 γ-GT、血清总胆固醇、Mg2+浓度均显著高于低Mg2+浓度组,不同Mg2+浓度组别与临床病理因素的关系,见表1。

表1 直肠癌患者血清镁离子浓度与临床病理因素的关系

2.2 LOWESS分析

LOWESS回归分析血清Mg2+浓度与γ-GT的关系,二者不呈线性变化,在0.92、0.99 mmol/L的Mg2+水平,出现了较为明显的转折点,表明不同的Mg2+浓度对γ-GT的影响不同,见图1。Mg2+浓度与γ-GT为非正态分布,以e为底数的自然对数(ln)变换后,LOWESS回归发现的2个转折点-0.01、-0.167较为明显,ln(cMg2+)[以ln(Mg2+)表示,下同]对ln(γ-GT)的影响呈现出分段的线性关系,见图2。LOWESS回归利用局部加权算法,可以观察到线性、非线性的关系[13],本组的原始数据和自然对数转换数据中,均可观察到两处转折点(红色和黑色的虚线对应处)。

图1 血清镁离子浓度与γ-GT关系的LOWESS回归Figure 1 The LOWESS curve of serum magnesium ion concentration and γ-GT value.

图2 LOWESS回归分析ln(Mg2+)和ln(γ-GT)的关系Figure 2 The LOWESS regression analysis the relationship between ln(Mg2+)and ln(γ-GT).

2.3 两段线性回归分析

用segmented软件包分析不同折点范围Mg2+浓度对γ-GT的影响,不设置Mg2+浓度的转折点时,软件自动寻找并确定了1个转折点:Mg2+浓度=0.98 mmol/L,模型分为2段,模型的残差标准误为30.36,低于一般线性模型的残差标准误(30.47),校正R2为0.012 78,高于一般线性模型的校正R2(0.005 62),当Mg2+浓度<0.98时,模型系数为正,Mg2+浓度与γ-GT正相关,当Mg2+浓度≥0.98时,模型系数为负,Mg2+浓度与γ-GT负相关,见表2、图3。ln(Mg2+)为自变量,ln(γ-GT)为应变量,首先构建一般线性模型,然后用segmented软件包构建分段线性回归模型,自动确定的转折点为0.01,2段模型的残差标准误差为0.647 1,校正R2为0.013 32,高于原始数据的两段线性模型的校正R2(0.012 78),见表3、图4。分段线性回归可以拟合以转折点为分界点的不同自变量区段与应变量的关系,反映应变量随着自变量的改变而发生不同响应状态的真实状况[14]。本组资料的Mg2+,原始和对数转换数据分析均显示:在Mg2+转折点为分界的不同区域,对γ-GT影响的方向相反。

图3 单折点分段线性回归分析镁离子浓度对γ-GT的影响Figure 3 The effect of magnesium ion concentration on γ-GT analyzed by piecewise linear regression model with one changepoint.

图4 单折点分段线性回归分析ln(Mg2+)对ln(γ-GT)的影响Figure 4 The effect of ln(Mg2+)on ln(γ-GT)analyzed by piecewise linear regression model with one changepoint.

表2 两段线性回归中Mg2+浓度对γ-GT的影响

表3 两段线性回归中ln(Mg2+)对ln(γ-GT)的影响

2.4 三段线性回归分析

根据图1的结果,Mg2+浓度设置为0.92和0.99 mmol/L共2个转折点较为合适,因此采用三段回归分析。结果显示,软件在给定转折点附近,自动搜寻到2个最佳的转折点,分别为0.929和0.980 mmol/L,模型的残差标准误为30.36,调整R2为0.013 13,预测效果比两段模型有所提升。在低于0.980 mmol/L的Mg2+浓度内,对γ-GT的影响是正向的,且系数不同,影响程度不同,而在高于0.980 mmol/L的Mg2+浓度范围,对γ-GT的影响是负向的,见表4、图5。

图5 两折点线性回归分析镁离子浓度对γ-GT的影响Figure 5 The effect of magnesium ion concentration on γ-GT analyzed by piecewise linear regression model with two changepoints.

表4 三段线性回归中Mg2+浓度对γ-GT的影响

根据图2的结果,镁离子浓度自然对数值设置为-0.167、-0.01共2个转折点较为合适,因此采用三段回归分析,在给定转折点附近,自动搜寻到2个转折点,为-0.101和-0.020,模型的残差标准误为0.645 1,调整R2为0.019 33,比原始数据的三段模型有所提升。在低于-0.020的ln(Mg2+)浓度内,对ln(γ-GT)的影响是正向的,且系数不同,影响程度不同,而在高于-0.020的ln(Mg2+)浓度范围,对ln(γ-GT)的影响是负向的,见表5、图6。尽管LOWESS分析显示了明显的Mg2+三段特征,三段线性回归中Mg2+对γ-GT的影响没有统计学意义,是否与目前的检测方法有关,可否参考其他检测方法获取血液中的金属组学数据[15],是进一步研究的方向之一。

图6 两折点线性回归分析ln(cMg2+)对ln(γ-GT)的影响Figure 6 The effect of ln(cMg2+)on ln(γ-GT)analyzed by piecewise linear regression model with two changepoints.

表5 三段线性回归中ln(Mg2+)对ln(γ-GT)的影响

3 结论

通过对直肠癌患者临床数据的统计分析,发现不同血清镁离子(Mg2+)浓度的患者,其γ-谷氨酰转肽酶(γ-GT)、血清总胆固醇水平存在差异,Mg2+浓度对γ-GT的影响存在转折点效应,当Mg2+浓度低于转折点所在的浓度水平时,与γ-GT发生正向的关联关系,反之,存在负向的关联关系。直肠癌患者血清Mg2+浓度对γ-GT影响的转折点效应的发现,为γ-GT关联因素及变化机制的研究提供了参考和基础。