[發(fā)明專利]采用雙隨機(jī)游走預(yù)測疾病相關(guān)代謝物的方法

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• 申請日: 2019-09-10
• 公開（公告）號: CN110610765A
• 公開（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷秀娟;帖嬌嬌;趙杰
• 申請（專利權(quán)）人: 陜西師范大學(xué)
• 主分類號: G16H50/50
• 分類號: G16H50/50;G16H50/70;G16H70/00
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 朱海臨

本發(fā)明公開了一種采用雙隨機(jī)游走預(yù)測疾病相關(guān)代謝物的方法，首先利用疾病的語義信息計(jì)算疾病的語義相似性，根據(jù)疾病和代謝物的關(guān)系計(jì)算代謝物的功能相似性；其次根據(jù)已知的代謝物?疾病之間的關(guān)系分別計(jì)算疾病和代謝物的高斯核作用譜相似性；再次將疾病語義相似性和疾病的高斯核作用譜相似性構(gòu)建為最終的疾病相似性網(wǎng)絡(luò)，將代謝物功能相似性和代謝物的高斯作用譜相似性構(gòu)建為最終的代謝物相似性網(wǎng)絡(luò)；最后，將疾病相似性、代謝物相似性和已知的代謝物?疾病關(guān)系網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為一個二部異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在這個異構(gòu)網(wǎng)中利用雙隨機(jī)游走方法預(yù)測疾病相關(guān)的代謝物。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明方法能夠有預(yù)測疾病相關(guān)的代謝物，為生物實(shí)驗(yàn)提供依據(jù)，并且提高疾病的診斷和治療水平。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物信息領(lǐng)域，具體涉及一種采用雙隨機(jī)游走預(yù)測疾病相關(guān)代謝物的方法。

背景技術(shù)

代謝產(chǎn)物是細(xì)胞調(diào)節(jié)過程的最終產(chǎn)物，通常被認(rèn)為是生物系統(tǒng)對遺傳或環(huán)境變化的最終反應(yīng)。代謝物在生物體的維持、生長和繁殖中起著重要的作用，代謝物水平可以直接反映人體的生理狀態(tài)，已經(jīng)有充分的證據(jù)表明疾病總是伴隨著代謝物的變化。因此，識別異常識別疾病相關(guān)代謝物不僅對提高臨床診斷水平，而且對更好地理解代謝病理過程具有重要意義。

隨著分子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究者被代謝物所吸引。目前大多采用的是基于實(shí)驗(yàn)的方法來發(fā)現(xiàn)疾病相關(guān)的代謝物，比如，采用質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)研究多發(fā)性硬化癥腦脊液生物標(biāo)志物，采用差異光譜和定量分析研究了阿爾茨海默病患者腦內(nèi)代謝物的含量，還有的研究者整合代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)來識別2型糖尿病的生物標(biāo)志物。很少有通過計(jì)算模型對代謝物和疾病之間的關(guān)系預(yù)測的方法，有研究者構(gòu)建了代謝物對所有相似性的加權(quán)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，利用使用RWR方法去預(yù)測疾病相關(guān)的代謝標(biāo)志物，其首先通過計(jì)算疾病對的相似性，然后基于代謝物和疾病的關(guān)系計(jì)算出代謝物的功能相似性，最后使用RWR對疾病相關(guān)的代謝物進(jìn)行預(yù)測。RWR基于的思想是有較高相似性的代謝物極有可能與同一種疾病相關(guān)，其主要是在代謝網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行游走，不能充分結(jié)合代謝網(wǎng)絡(luò)、疾病網(wǎng)絡(luò)和疾病代謝物關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的信息，不能預(yù)測沒有已知關(guān)系的疾病相關(guān)代謝物。雖然已經(jīng)取得了一些成就但是結(jié)果還不足以為生物實(shí)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)。

鑒于代謝物和疾病關(guān)系預(yù)測越來越高的關(guān)注以及于預(yù)測結(jié)果的待一步提高，迫切的需要充分利用已有的生物信息，提出更加有效的預(yù)測模型，為后續(xù)的研究和生物實(shí)驗(yàn)提供比較準(zhǔn)確地依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種采用雙隨機(jī)游走預(yù)測疾病相關(guān)代謝物的方法，本發(fā)明能夠較準(zhǔn)確地預(yù)測代謝物和疾病的關(guān)系，為生物實(shí)驗(yàn)提供指導(dǎo)避免大量人力物力的消耗。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種采用雙隨機(jī)游走預(yù)測疾病相關(guān)代謝物的方法，包括以下步驟：

1、將已知的疾病代謝物關(guān)系轉(zhuǎn)化為鄰接矩陣

定義X＝{m₁，m₂，…，m_T}為代謝物的集合，Y＝{d₁，d₂，…，d_N}為疾病的集合，T和N分別表示代謝物的總數(shù)目和疾病的總數(shù)目。用T×N的鄰接矩陣A來表示各代謝物和疾病是否存在已知的關(guān)系，如果代謝物m_i和疾病d_j存在已知關(guān)系，則A_ij＝1，否則A_ij＝0；

2、構(gòu)建疾病相似性網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)MESH數(shù)據(jù)庫對疾病建立的范疇表，各個疾病之間的關(guān)系可以表示為分層的有向無環(huán)圖(DAG)，對于疾病d_i，通過疾病術(shù)語的祖先的層次信息，按照公式(1)計(jì)算疾病d_i的DAG中每個疾病術(shù)語的語義值：