血液样本分析前变量对组学研究的影响：迈向精准样本存储

摘要：

研究数据和结果在人群和个体之间存在差异，但这种差异并不总是由于实验或真正的生物学变化。实验的分析前部分，无论是生物样本采集、处理、储存，还是运输到实验室，都可能导致研究数据、结果和判读的明显变化。现有的综述和生物样本库创新分析提供了新的见解，总结了这样的分析前变量，例如，采血管类型、离心条件、样本长期储存温度和保存时间，对血液来源的生物样本进行组学分析：全血、血清、血浆、血沉棕黄层和外周血单核细胞。此外，我们在研究中与精准医学领域进行了相似研究，以期对“精准生物样本库”的未来进行展望，此外，在此基础上，我们细致地将这些分析前变量考虑在内，以尽量减少其对组学数据、分析和判读结果的影响，特别是在临床组学应用中。我们强调需要使用广泛的框架、关键的、独立的、社会和政治科学以及人文科学研究，以了解在当前这个时代越来越重要的精准样本存储的多重发展轨迹，以及内在动机和价值。

讨论：

基于人群的生物样本库已成为科学以及政治和经济机构 。无论是在基因组学、转录组学、蛋白质组学，或是在代谢组学，生物样本库在规划和实施大数据组学研究中，发挥着巨大作用。此外，生物样本库在医学和整合生物学研究中广泛地扮演着守门人角色。这种组学和生物研究的结果往往是可变的，但这种变异并不总是源于真正的生物学变异，而是由于从分析前生物样本处理中人为产生。最近才开始关注生物样本稳定性、治疗方法和分析前变量，这些变量可共同影响从样本库中使用可用的生物样本而产生的实验数据。

表1提供了关于采血管类型的组学分析结果中出现差异的信息。例如，在柠檬酸盐和EDTA采血管中，血浆中的cfDNA浓度和miRNA完整性均稳定。血清（自红管和虎头盖管）和血浆（自柠檬酸盐、EDTA、氟化物或肝素管）的蛋白质水平随所用采血管类型显著改变。在此类采血管（红管和虎头盖管）中，血清代谢物无显着变化，但在柠檬酸盐、EDTA和肝素采血管中，血浆代谢物有显著影响。在柠檬酸盐、EDTA和肝素采血管中，从血沉棕黄层中分离的基因组DNA和RNA的质量无显著差异。

表2提供了采血后延迟处理对组学分析结果影响的分析。全血在4℃下离心延迟24小时或室温（RT）6小时，血浆中的cfDNA浓度稳定。室温延迟处理8小时，经微阵列甲基化分析，血沉棕黄层中的基因组DNA无影响。在室温延迟处理2小时，经基于配体的蛋白质组学芯片分析，血清和血浆蛋白质通常不改变。在4℃下延迟处理24小时 ，以及在室温下延迟处理4小时，经质谱分析，血清和血浆中的代谢谱，无显著变化。

表3概述了生物样本处理后延迟冻存对组学分析的影响。冻存前，在4℃放置24小时，全血中基因组DNA保持稳定。在4℃延迟冻存24小时或在RT延迟冻存2小时，血清 和血浆蛋白通常稳定。在4℃延迟冻存24小时，经核磁共振（NMR）光谱分析，血清代谢物无显著变化。在4℃下延迟冻存16小时或在RT下延迟冻存2.5小时，经质谱或NMR光谱分析 ，血浆代谢物显著改变。

表4提供了有关生物样本长期储存对组学分析结构影响的信息。在-80℃下储存6年，Tempus管中全血RNA的质量和总量稳定。在-80℃下储存4年，血浆miRNA的水平稳定。在-80℃下存储3个月，经质谱法蛋白质组学分析显示，血清蛋白组学变化最小，但在-70℃下存储4年，血浆中无显着变化。在-80℃储存20-30个月，经NMR光谱分析，血浆样本代谢物稳定。

随着大数据的到来，基于组学的生物标志物研发正在积极开展。鉴于组学研究需要大量高质量的生物样本，通过对分析前变量的深入了解，来确保生物样本质量尤为重要。许多研究人员报道了影响生物样本质量的分析前变量。在本综述中，我们通过对文献中可用数据的分析，总结了在血液生物样本处理过程中，产生组学分析结果变化的影响信息。此外，我们描述了用于组学研究，为维持血液生物样本稳定性，所需的样本处理条件。分析前变量取决于样本类型、分析类型和分析方法以及生物样本的处理条件。

基于以上，为收集和管理适用于研究的生物样本，研究人员或生物样本库工作人员将很好地制定SOP，并应收集生物样本分析前注释（如SPREC）。要更清楚地认识到，我们将生物样本的收集和管理定义为“精准生物样本库”。精准生物样本库将能产生准确的组学数据，从而有助于实现精准医学。与精准医学领域类似，精准生物样本库业务的未来在一定程度上依赖于将分析前变量考虑在内，从而最大限度地减少其对组学数据、分析和判读结果的影响，特别是在临床组学应用中。我们呼吁，进一步研究更多的分析前变量，并在不同治疗条件和环境下进行研究。我们还强调，需要使用广泛的、关键的和独立的社会科学和人文科学（SSH）研究，以便了解精准生物样本库业务的多个未来发展轨迹，这在当前大数据时代越来越重要。精准医学依赖于精准生物样本库，这些研究领域都应该以独立的SSH奖学金方式进行相应推进。

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

编译：吴曼丽【武汉大学中南医院】;

校审：康晓楠【上海交通大学医学院附属仁济医院】

 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