[發明專利]一種基于功能模塊的疾病關聯因子識別方法及系統

在審

• 申請號: 201710035109.2
• 申請日: 2017-01-18
• 公開（公告）號: CN106874706A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 駱嘉偉;宋丹;蔡潔;王偉勝;劉智明
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F19/18
• 分類號: G06F19/18;G06F19/24
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 龔燕妮

1.一種基于功能模塊的疾病關聯因子識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：構建人類共調控網絡，利用功能模塊識別方法從人類共調控網絡中識別miRNA、轉錄因子和基因的功能模塊，并計算每個功能模塊的疾病關聯值；

步驟二：依據每個功能模塊的疾病關聯值，篩選出疾病關聯模塊；

步驟三：將每個疾病關聯模塊中的非差異表達的miRNA、轉錄因子和基因作為候選疾病關聯因子；

步驟四：根據候選疾病關聯因子在各個功能模塊內與差異表達基因的距離分布，計算候選疾病關聯因子與疾病的關聯值，并根據候選疾病關聯因子與疾病的關聯值大小對候選疾病關聯因子從大到小排序，識別出疾病關聯因子；

所述功能模塊的疾病關聯值R_j按照以下公式計算獲得：

其中，n為功能模塊M_j內部節點個數，表示功能模塊M_j內部節點中的第p個目標基因M_jp的z-score值，通過對目標基因M_jp的差異表達基因的p-value值進行逆正態累積分布轉換獲得；k為功能模塊M_j內部節點中的目標基因個數；目標基因的差異表達基因的p-value值是根據疾病樣本和正常樣本的基因表達譜獲得；

所述依據每個功能模塊的疾病關聯值，篩選出疾病關聯模塊是指首先對功能模塊的疾病關聯值進行歸一化處理，然后對歸一化處理后的結果進行逆正太累積分布轉換成p-value值，若p-value值小于0.05，則對應的功能模塊為疾病關聯模塊；

歸一化處理公式為：

其中，μ_j為功能模塊M_j對應的10000個隨機模塊rm_ij的疾病關聯值的平均值，σ_j為10000個隨機模塊rm_ij的疾病關聯值的標準方差；功能模塊M_j對應的隨機模塊rm_ij的內部節點從共調控網絡中隨機選擇，0≤i<10000，且規模與模塊M_j規模一致；

所述候選疾病關聯因子與疾病的關聯值按照以下公式計算：

其中，|BAM|為候選疾病關聯因子所屬的疾病關聯模塊個數，n_xy表示候選疾病關聯因子與第x個疾病關聯模塊中的差異表達基因之間最短路徑長度為y的差異表達基因個數，D和y分別為候選疾病關聯因子與第x個疾病關聯模塊中的各差異表達基因之間最短路徑長度的最大值和最小值；

DID的值越高，則候選疾病關聯因子與疾病的關聯度越高。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中的人類共調控網絡包括人類物種的轉錄因子、miRNA和目標基因三種類型的節點，以及各個節點之間的相互作用。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述從人類共調控網絡中識別miRNA、轉錄因子和基因的功能模塊采用基于調控子模塊和基因模塊間帶重啟的隨機游走的算法。

4.一種基于功能模塊的疾病關聯因子識別系統，其特征在于，包括：

人類共調控網絡構建單元，用于利用功能模塊識別方法從人類共調控網絡中識別miRNA、轉錄因子和基因的功能模塊，并計算每個功能模塊的疾病關聯值；

疾病關聯模塊篩選單元，依據每個功能模塊的疾病關聯值，篩選出疾病關聯模塊；

候選疾病關聯因子確定單元，將每個疾病關聯模塊中的非差異表達的miRNA、轉錄因子和基因作為候選疾病關聯因子；

候選疾病關聯因子與疾病的關聯值計算單元，根據候選疾病關聯因子在各個功能模塊內與差異表達基因的距離分布，計算候選疾病關聯因子與疾病的關聯值；

疾病關聯因子識別單元，根據候選疾病關聯因子與疾病的關聯值大小對候選疾病關聯因子從大到小排序，識別出疾病關聯因子；

所述每個功能模塊的疾病關聯值的計算以及篩選過程，候選疾病關聯因子與疾病的關聯值的計算過程按照權利要求1-3任一項所述的方法進行。