[發明專利]一種基于ceRNA網絡的癌癥基因挖掘分析方法

在審

• 申請號: 202211336050.8
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115631172A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 石玉虎;金志斌
• 申請（專利權）人: 上海海事大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/62;G06T7/90;G06V10/762;G16B20/00;G16B40/00
• 代理公司: 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙) 31298
• 代理人: 張若川

本發明公開了一種基于ceRNA網絡的癌癥基因挖掘分析方法，步驟：獲取患有目標癌癥的患者以及未患病的患者的基因表達數據以及病理圖像；對相關病理圖像進行處理，提取病理圖像切割的細胞核的核級特征，作為WSI特征；根據基因表達數據構建反映不同RNA之間連接關系的ceRNA網絡；建立不同RNA的配對的稀疏矩陣，將WSI特征與mRNA數據進行皮爾遜相關系數求解；利用JSNMCNMF算法整合WSI、mRNA、miRNA和lncRNA四部分數據，得到mRNA與WSI之間的關系；利用KJMCNMF算法獲取ceRNA網絡中的隱含連接關系。本發明的方法，首次構建了基因與病理圖像之間的關系，為癌癥研究提供新的方向。

技術領域

本發明涉及生物信息學技術領域，涉及一種基于ceRNA網絡的癌癥基因挖掘分析方法。

背景技術

癌癥是全球死亡人數中致病的主要原因之一，其中最為常見的有肺癌、胃癌、肝癌和乳癌等，其可發生在身體的任何一個部位，又稱之為惡性腫瘤。其原因是由于體細胞失去正常調控，造成的異常細胞過度增殖，并常常帶有侵犯性，經體內循環和淋巴系統轉移到身體其他部位上去，對身體造成嚴重的損傷。從分子層面上去看，癌癥導致某一個細胞基因組發生突變，包括有點突變、插入突變、缺失突變和染色體易位等。從外表上看，可導致細胞或組織生長異常，在患者皮膚或組織深處留下癥狀。近年來隨著現代醫療科技水平的不斷提高，除了使用手術、生物治療、化療、放療等方式外，靶向治療、個性化治療成為新興的治療方式。其根據基因層面，找出與正常細胞不同的突變點位，利用藥物與癌癥點位相結合，從而導致腫瘤細胞失效。然而一般基因測序的費用非常昂貴，如何有效、低成本的找出突變基因是近幾年生物信息學的一大熱點。

ceRNA網絡是一種競爭內源性假說，它有利于生物學家理解RNA之間的相互作用與運作機理。在ceRNA網絡中存在一種叫MREs(microRNA responseelements)的miRNA應答元件，據發現這種元件不僅存在于mRNA上，在lncRNA等其他類型的RNA上也存在，因此miRNA可以通過MREs與不同的RNA進行結合。當其中兩種RNA競爭一個相同的miRNA分子時，其中一種基因因癌癥導致表達量的變化可導致另外一種基因表達的上調或下調，從而反映了其內部之間的關系。其中lncRNA被認為與人類許多疾病與癌癥相關，通過對ceRNA網絡的分析，可以找出在癌癥中有顯著相關的突變點位以及其在發病過程中的發展。然而如何選擇、找出相互作用的基因對以及新關系的預測等方面還存在若干關鍵問題需要進一步系統解決。

另外醫生根據組織病理學圖像(WSI)來對腫瘤進行定性和臨床上的分析，然而面對上千張患者的病理圖像進行分析的過程非常繁瑣，對一些年輕的、經驗不足的醫生來說也十分不友好。因此若能夠通過WSI圖像得到其內在基因的變化與其運作機理，對于患者的治療與預后、疾病的研究都有著重大的意義。

因此，開發一種能夠根據WSI圖像分析癌癥基因的方法極具現實意義。

發明內容

由于現有技術存在上述缺陷，本發明提供了一種能夠根據WSI圖像分析癌癥基因的方法，克服了現有技術無法實現基于WSI分析癌癥基因這一過程的缺陷，具體地，通過多層多閾值的組織學圖像細胞核分割方法獲得每一個患者的細胞核信息，通過特征提取獲得核級特征和圖像特征；然后根據數據庫構建ceRNA網絡，最后使用JSNMCNMF的方法整合WSI圖像與三種RNA數據，得到其連接關系；使用KJMCNMF獲得高維ceRNA網絡中的隱含連接關系。

為了實現上述目的，本發明提供以下技術方案：

一種基于ceRNA網絡的癌癥基因挖掘分析方法，包括以下步驟：

(1)獲取目標癌癥對應的基因表達數據以及病理圖像，所述目標癌癥對應的基因表達數據以及病理圖像包括患有目標癌癥的患者以及未患病的患者的基因表達數據以及病理圖像，所述基因表達數據包括miRNA、mRNA、lncRNA的基因表達數據；

(2)對相關病理圖像進行處理，提取病理圖像切割的細胞核的核級特征，作為WSI特征；