CrossNN DNA甲基化分类器在中枢神经系统肿瘤中的临床评估

Clinical evaluation of the CrossNN DNA methylation classifier for central nervous system tumors

作者信息Jonas Dahnoun, Léon C van Kempen, Senada Koljenović, Ken Op de Beeck, Tomas Menovsky, Bart Feyen, Melek Ahmed, Anne Sieben, Karen Zwaenepoel
PMID42686041
发布时间2026-09
DOI10.1111/bpa.70137

实验完整度

研究基于205例回顾性样本及41例前瞻性样本,通过CrossNN与Heidelberg分类器比较,包含功能验证(分类性能评估)及机制探索(如组织学复核),但未涉及体外或动物模型,证据层级相对单一。

主要模型

205例福尔马林固定石蜡包埋(FFPE)中枢神经系统肿瘤样本 41例独立验证队列FFPE样本

重点核对

样本类型为FFPE组织,肿瘤细胞含量范围为10%-95% DNA甲基化数据采用Illumina Human Methylation 930k EPIC v2 BeadChip芯片生成 CrossNN分类器的置信度阈值设定为≥0.4 Heidelberg分类器的置信度阈值设定为≥0.9为可信,0.3-<0.9为不可信 WHO CNS5(2021)肿瘤类型水平的诊断作为参考标准,由两位神经病理学家整合组织学和分子结果确定

摘要

DNA甲基化谱分析是中枢神经系统(CNS)肿瘤分类中不可或缺的诊断工具。虽然海德堡CNS肿瘤甲基化分类器被广泛用于支持CNS肿瘤诊断,但诸如CrossNN等新分类器正在涌现。然而,它们在常规诊断工作流程中的临床表现和附加价值仍未得到充分探索。在本研究中,我们评估了CrossNN分类器在真实世界CNS肿瘤队列中的诊断性能,并与已建立的海德堡分类器进行比较,以评估其作为非劣效替代方案和提高诊断准确性的互补工具的潜力。分析了使用Illumina Human Methylation 930k EPIC v2 BeadChip阵列进行谱分析的中枢神经系统肿瘤回顾性队列。将分类器输出与整合的WHO CNS5(2021)诊断进行比较。此外,将CrossNN和Heidelberg的输出统一到WHO CNS5(2021)肿瘤类型水平,并在单独及顺序和并行诊断工作流程中进行评估。随后在独立的前瞻性验证队列中评估了所提出的工作流程。在205个样本中,CrossNN正确分类了88.8%的病例,并与Heidelberg分类器显示出86.8%的一致性。与Heidelberg分类器相比,CrossNN表现出非劣效的分类性能。结合两种分类器使临床信息丰富且正确的分类数量增加了近10%。这一发现在包含41个样本的独立验证队列中得到了证实。总之,这些结果证明了CrossNN和Heidelberg分类器作为双分类器策略的互补优势,可提高常规CNS肿瘤诊断中的诊断信心和准确性。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
CrossNN DNA甲基化分类器在真实世界中枢神经系统肿瘤队列中的诊断性能如何,能否作为Heidelberg分类器的非劣效替代方案或互补工具?
核心机制
DNA甲基化谱具有细胞类型特异性,肿瘤细胞的甲基化模式保留其起源细胞信息,因此机器学习分类器(如CrossNN)可通过分析全基因组甲基化谱对中枢神经系统肿瘤进行分子分类。
主要证据
在205例回顾性样本中,CrossNN在WHO肿瘤类型水平上准确率为88.8%(182/205),与Heidelberg分类器(86.3%)相比符合非劣效标准;两分类器一致性为85.8%,双分类器策略使通过组准确率提高至96.1%;在41例前瞻性验证队列中,并行工作流通过组准确率达到100%。
研究意义
研究结果表明,CrossNN可作为免许可的替代诊断工具;双分类器策略可提高诊断信心和准确性,建议在常规诊断中应用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

样本收集与DNA甲基化谱生成

建立用于分类器评估的回顾性队列并生成全基因组DNA甲基化数据。

收集2024年8月至2026年6月在安特卫普大学医院常规诊断中连续进行甲基化分析的FFPE中枢神经系统肿瘤样本。使用QIAamp DNA Mini QIAcube Kit提取DNA,经亚硫酸氢盐转换和DNA修复后,使用Illumina Infinium MethylationEPICv2 BeadChip和iScan设备生成全基因组DNA甲基化谱。

2

Heidelberg分类器预测

获取每个样本的Heidelberg分类器预测结果,用于与CrossNN比较。

将配对原始强度阵列文件通过epignostix.com使用当前版本的Heidelberg分类器(v.12.8)处理,获得预测的甲基化(超级)家族和(子)类以及校准分数。

3

CrossNN预测

使用CrossNN分类器对每个样本进行预测,以评估其独立性能。

原始强度阵列文件在R中使用minfi包处理,生成β值,并按Yuan等人的方法进行二值化。使用CrossNN脑肿瘤模型(2024年1月23日版本)处理二值化矩阵,获得预测列表及置信度分数。

4

结果比较与统计分析

评估CrossNN与Heidelberg分类器的性能、一致性和互补性。

以整合病理诊断作为参考标准,将分类器输出统一到WHO CNS5(2021)肿瘤类型水平。使用准确性、置信度、一致性和非劣效性检验等指标进行比较。进一步评估并行和顺序诊断工作流程。

5

前瞻性验证

在独立队列中验证所提出的诊断工作流程的临床适用性。

在41个独立样本中,同时应用Heidelberg和CrossNN分类器,评估并行和顺序工作流程的性能。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
QIAamp DNA Mini QIAcube试剂盒Qiagen--
Qubit dsDNA BR检测试剂盒Thermo Fisher Scientific--
EpiTect快速亚硫酸氢盐转换试剂盒Qiagen--
Infinium HD FFPE DNA修复试剂盒Illumina--
Illumina Infinium MethylationEPICv2 BeadChip芯片Illumina--
iScan扫描仪Illumina--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
样本选择
样本类型为FFPE组织;样本连续收集自2024年8月至2026年6月;参考诊断由经验丰富的神经病理学家根据WHO CNS5(2021)确定。
阅读提示:见2.1 样本选择
DNA提取和甲基化谱生成
使用QIAamp DNA Mini QIAcube Kit提取DNA;亚硫酸氢盐转换使用EpiTect Fast Bisulfite Conversion Kits;使用Infinium HD FFPE DNA Restore Kit进行DNA修复;使用Illumina Infinium MethylationEPICv2 BeadChip和iScan设备生成甲基化谱;所有步骤遵循制造商方案并适配FFPE样本。
阅读提示:见2.2 DNA提取和甲基化谱
Heidelberg分类器预测
使用Heidelberg分类器v.12.8;处理配对原始强度阵列文件;校准分数≥0.9被视为可信,0.3至<0.9为不可信,<0.3为非信息性。
阅读提示:见2.3 Heidelberg分类器预测
CrossNN预测
使用R v.4.4.1和minfi包(v.1.52.1)处理数据;β值按阈值0.6二值化;使用CrossNN脑肿瘤模型(版本2024年1月23日);置信度≥0.4被视为可信。
阅读提示:见2.4 CrossNN预测
结果比较
分类器输出统一到WHO CNS5(2021)肿瘤类型水平;使用整合病理诊断作为参考标准;非劣效性界值为-3%;统计显著性水平p≤0.05。
阅读提示:见2.5 数据分析