[發明專利]基于基因共表達網絡傳播分析的早期致病因子探測方法

有效

• 申請號: 201710566400.2
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107463796B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 郭澍;李大慶
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G16B25/00
• 分類號: G16B25/00;G16B40/00;G16H50/50
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種基于基因共表達網絡傳播分析的早期致病因子探測方法，步驟如下：一、從某種疾病的病例組和對照組的真實基因表達中獲取數據，對某種疾病的基因表達數據進行預處理；二、通過相關性分析，決定兩個基因是否存在共表達關系，從而建立基因共表達網絡；三、對基因的差異表達排序，找到故障節點集；四、計算故障節點子集與擬定故障傳播中心的節點的平均距離，找到遞增的平均距離序列，確定動態網絡標志物；本發明針對復雜疾病的早期致病因子的探測問題，為彌補傳統分子生物標志物和靜態網絡標志物的不足，從系統的角度提出一種基于網絡傳播分析的早期致病因子探測方法，可以有效的找到疾病的早期致病因子，為精準醫療做出貢獻。

技術領域

本發明提供一種基于基因共表達網絡傳播分析的早期致病因子探測方法，它涉及一種基于基因過表達(被視為基因表達中的故障)在基因共表達網絡 (gene co-expression network)中傳播機理的早期致病因子的探測方法，是復雜網絡動力學與生物醫學的交叉技術領域。

背景技術

已有研究表明，疾病的發展過程中通常伴有劇烈的變化，系統從正常狀態到疾病狀態發生了質的轉變。一旦系統從臨界狀態移動到疾病狀態，即使通過先進的醫療治療，也很難逆轉到先前的正常狀態。因此，疾病的早期致病因子的探測是十分重要的。疾病的防治不僅節省了醫療資源，更拯救了人的生命。

人類基因組計劃由美國科學家于1985年率先提出，于1990年正式啟動。美國、英國、法國、德國、日本和我國科學家共同參與了這一預算達30億美元的人類基因組計劃。目前，人類基因清單已經近乎完整。盡管這些基因的功能以及它們如何相互作用以完成特定的生物過程還尚未完全清楚，已經有不少的研究成果可以應用于復雜疾病的早期致病因子的探測，為精準醫療做出了貢獻。

傳統的生物醫學使用分子生物標志物的表達譜來定量表征生物體的正常狀態與疾病狀態，例如轉化細胞生長因子ERBB2是公認的乳腺癌的分子標志物。一般來說，尋找分子生物標志物的方法是：通過使用計算機統計分析軟件，找到一些分子的組合，這個組合中分子的表達足以區分樣本的疾病狀態和正常狀態，并且分子數量不宜過多。然而，復雜疾病通常并不是單個分子的功能障礙引起的，而是來自分子之間的相互作用，在這些相互作用中蘊含了更為普適的標志物。傳統醫學的局限促使我們從系統的角度來尋找早期致病因子。為了找到這種網絡標志物，我們首先需要建立生物網絡：在蛋白質-蛋白質相互作用(PPI)網絡中，每種蛋白質作為一個節點，網絡中的連邊表示它們之間的相互作用關系；在基因共表達網絡中，網絡的節點就是一個基因，節點之間的邊則表示兩個基因的表達序列之間有相關關系。

在基因組高通量技術(例如：微陣列技術、質譜分析法)的發展和分子表達譜的研究進展下，網絡標志物的概念被建立起來，基于復雜網絡的第一個網絡生物標志物在2008年被提出。我們稱基于網絡靜態拓撲結構的網絡標志物為靜態網絡標志物。靜態網絡標志物能夠更加準確并且魯棒地找到早期致病因子，這種方法既從系統的角度分析早期致病因子，用到了網絡的拓撲結構，又結合了生物醫學的相關知識。通過對網絡結構進行分析，找到網絡中對疾病引發起關鍵作用的子網絡，縮小早期致病因子的范圍，以單個因子或者子網絡作為疾病預測的因子。例如：2010年Feng Chen等人通過k-核算法不斷剝離網絡中的邊緣節點，在處于網絡中心的26個關鍵基因中，通過度中心性參數與聚集系數找到爆發性肝炎的早期致病基因，并且從基因功能上解釋了其致病機理。然而，靜態網絡標志物的尋找方法是基于靜態網絡模型的，從而導致對動態信息處理的流失。系統從正常狀態到疾病狀態是一個動態過程，我們應該建立系統的動態模型，才能找到更加合適的動態網絡標志物作為疾病的早期致病因子。