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大數(shù)據(jù)分析如何加速多種人類疾病的研究
如今，越來(lái)與多的科學(xué)家們開始利用大數(shù)據(jù)分析來(lái)加速人類健康的研究，本文中，小編就整理了近期有關(guān)的研究報(bào)道，與各位一起學(xué)習(xí)！
【1】Nat Genetics：大數(shù)據(jù)揭示影響阿爾茲海默癥發(fā)生的5個(gè)遺傳位點(diǎn)
doi：10.1038/s41588-019-0358-2
來(lái)自超過94，000名個(gè)體的遺傳數(shù)據(jù)分析顯示，阿爾茨海默病有五個(gè)新的風(fēng)險(xiǎn)基因，并確認(rèn)了其他已知的20個(gè)基因。這些新發(fā)現(xiàn)支持開發(fā)證據(jù)，證明與特定生物過程相關(guān)的基因組，如細(xì)胞運(yùn)輸，脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，炎癥和免疫反應(yīng)，是“遺傳中心”，是疾病過程的重要組成部分。該研究于2019年2月28日在線發(fā)表在Nature Genetics期刊上。
“這項(xiàng)對(duì)阿爾茨海默氏癥遺傳基礎(chǔ)的持續(xù)合作研究使我們能夠深入研究這種破壞性疾病的復(fù)雜性，”NIA主任Richard J. Hodes博士說。 “隨著我們繼續(xù)更好地了解和針對(duì)治療和預(yù)防老年癡呆癥的方法，本研究的規(guī)模為優(yōu)先排序的基因提供了額外的清晰度。”
研究人員，國(guó)際基因組阿爾茨海默氏癥項(xiàng)目（IGAP）的成員，分析了94，437名晚發(fā)性阿爾茨海默病患者的罕見和常見基因變異，阿爾茨海默病是老年人中最常見的癡呆癥。 IGAP由美國(guó)和歐洲的四個(gè)聯(lián)盟組成，這些聯(lián)盟自2011年以來(lái)一直在合作進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），涉及數(shù)千個(gè)DNA樣本和共享數(shù)據(jù)集。 GWAS旨在檢測(cè)與阿爾茨海默氏癥相關(guān)的基因組變異。了解遺傳變異正在幫助研究人員確定影響疾病發(fā)生和發(fā)展的分子機(jī)制。
【2】PLoS One：大數(shù)據(jù)幫助科學(xué)家快速檢測(cè)新生兒的膿血癥
doi：10.1371/journal.pone.0212665
自通過使用電子健康記錄（EHR）中常規(guī)收集的數(shù)據(jù)，研究人員和醫(yī)生科學(xué)家在新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房（NICU）人群中測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)模型。研究表明：自動(dòng)化程序可以在出現(xiàn)臨床癥狀之前快速識(shí)別新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房（NICU）中的哪些患病嬰兒患有膿毒癥。相關(guān)研究結(jié)果刊登于國(guó)際雜志PLoS One上。
敗血癥始于細(xì)菌侵入血液，它是嬰兒死亡率和發(fā)病率的全球主要原因。不幸的是，攻擊性免疫反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致膿毒性發(fā)展以及休克的發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致多個(gè)器官衰竭，有時(shí)甚至致命。雖然在健康的嬰兒中相對(duì)罕見，但早產(chǎn)兒或慢性住院嬰兒的敗血癥發(fā)生率要高200倍。嬰兒敗血癥的幸存者可能會(huì)產(chǎn)生后遺癥，如慢性肺病，神經(jīng)發(fā)育障礙等。
【3】Nat Genet：重大突破！130萬(wàn)余人大數(shù)據(jù)助力揭示數(shù)百個(gè)與失眠相關(guān)的基因
doi：10.1038/s41588-018-0333-3
失眠是全世界第二大流行的精神疾病，而目前卻沒有有效的治療方法。盡管大量研究表明失眠可以遺傳，但是科學(xué)家們到現(xiàn)在為止都還不完全清楚其背后相關(guān)的基因和神經(jīng)生物學(xué)通路。為了揭示這些秘密，近日來(lái)自阿姆斯特丹自由大學(xué)、荷蘭神經(jīng)科學(xué)研究所的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)大型研究，他們分析了1331010個(gè)遺傳學(xué)相關(guān)的人組織樣品，以檢測(cè)與失眠相關(guān)的新的基因位點(diǎn)，并深入研究相關(guān)的信號(hào)通路、細(xì)胞和組織，相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《Nature genetics》上，題為“Genome-wide analysis of insomnia in 1，331，010 individuals identifies new risk loci and functional pathways”。
通過基因定位、表達(dá)數(shù)量性狀基因座分析和染色質(zhì)譜圖，研究人員發(fā)現(xiàn)了涉及956個(gè)基因的202個(gè)位點(diǎn)與失眠相關(guān)，meta分析揭示了2.6%的差異。研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元的軸突部分、皮層和皮層下組織、以及特定的細(xì)胞類型（包括紋狀體、下丘腦和屏狀體神經(jīng)元）出現(xiàn)了大量的相關(guān)基因。研究人員還發(fā)現(xiàn)精神病學(xué)特征和睡眠時(shí)間存在很強(qiáng)的遺傳學(xué)聯(lián)系，而與其他的睡眠相關(guān)特點(diǎn)存在一定的聯(lián)系。
【4】Nat Commun：科學(xué)家成功利用大數(shù)據(jù)分析來(lái)鑒別新型的癌癥風(fēng)險(xiǎn)基因
doi：10.1038/s41467-018-04900-7
誘發(fā)癌癥有很多遺傳原因，比如有些突變會(huì)遺傳自父母，而其它則是后天獲得性的突變，比如因外界因素或DNA復(fù)制的錯(cuò)誤導(dǎo)致等，大規(guī)模的基因組測(cè)序在識(shí)別因體細(xì)胞突變所誘發(fā)的癌癥上取得了一系列研究成果，但這種技術(shù)卻無(wú)法有效識(shí)別因遺傳性突變所誘發(fā)的癌癥，而且識(shí)別這些遺傳突變的主要來(lái)源仍然是基于家族性的研究。
近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Nature Communications上的研究報(bào)告中，來(lái)自巴塞羅那基因組研究中心的科學(xué)家們通過研究開發(fā)了一種新型的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，其能夠從腫瘤測(cè)序數(shù)據(jù)中鑒別出癌癥易感性基因；該方法使用了一種古老的想法，即癌基因通常需要“兩次擊打”（two hits）才能夠致癌，研究者表示，這種方法能幫助他們從當(dāng)前癌癥基因組數(shù)據(jù)庫(kù)中系統(tǒng)性地鑒別出相關(guān)的基因。
【5】Nat Genet：大數(shù)據(jù)揭示疾病的基因關(guān)聯(lián)
doi：10.1038/s41588-018-0294-6
想象一下，雨水落在人行道上的場(chǎng)景。雖然雨滴落地似乎是隨機(jī)發(fā)生的，但隨著時(shí)間的推移，人行道仍然會(huì)有一片區(qū)域保持干燥。這個(gè)類比類似于猶他大學(xué)健康研究所的研究人員設(shè)計(jì)的一種新方法。他們探索了超過100，000名健康人，以確定我們不容易改變的基因區(qū)域。他們認(rèn)為，這些“受限制”區(qū)域的DNA突變可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的兒科疾病。
“我們不是專注于DNA變化的地方，而是尋找DNA維持不變的基因部分，”U of U Health的人類遺傳學(xué)和生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)副教授，副主任Aaron Quinlan博士說。 USTAR遺傳發(fā)現(xiàn)中心。 “我們的模型在這個(gè)龐大的數(shù)據(jù)集中搜索密集遺傳變異規(guī)則的例外情況，以揭示缺乏變異的基因的受限區(qū)域。我們相信這些區(qū)域可能是致命的，或者在突變時(shí)會(huì)導(dǎo)致疾病的極端表型。”
【6】Cancer Immunol Res：科學(xué)家有望利用大數(shù)據(jù)分析來(lái)預(yù)測(cè)癌癥患者對(duì)免疫療法的反應(yīng)
doi：10.1158/2326-6066.CIR-18-0129
如今在大數(shù)據(jù)時(shí)代，癌癥研究人員開始尋找多種新方法來(lái)監(jiān)測(cè)癌癥免疫療法的有效性；近日，一項(xiàng)刊登在國(guó)際雜志Cancer Immunology Research上的研究報(bào)告中，來(lái)自約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員通過研究開發(fā)出了一種利用生物信息學(xué)的新方法，該方法或能作為一種新型工具幫助確定患者的免疫系統(tǒng)如何對(duì)癌癥免疫療法產(chǎn)生反應(yīng)，以及如何有效識(shí)別機(jī)體自身的腫瘤。
研究者Kellie Smith博士表示，我們希望能夠得到足夠的數(shù)據(jù)，通過利用一種名為MANAFEST的技術(shù)來(lái)幫助臨床研究人員確定癌癥患者的最佳治療方案；一旦某個(gè)人被診斷為癌癥，我們就希望能利用該技術(shù)為其制定最佳的治療手段，以前研究人員并沒有開發(fā)出MANAFEST技術(shù)，在過去幾年里，研究人員通過對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行不斷改善，如今其能夠?qū)Χ囗?xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來(lái)幫助有效治療癌癥患者。
【7】Cell Systems：大數(shù)據(jù)分析或能鑒別出指示機(jī)體健康和疾病發(fā)生的特殊脂質(zhì)分子
doi：10.1016/j.cels.2018.05.016? doi：10.1016/j.cels.2018.05.009
日前，兩篇刊登在國(guó)際雜志Cell Systems上的研究報(bào)告中，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們通過進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析鑒別出了特殊的脂質(zhì)或能作為機(jī)體健康和疾病的標(biāo)記。盡管脂質(zhì)非常重要，但從傳統(tǒng)角度上來(lái)講其是科學(xué)家們最難進(jìn)行研究的生物分子，因?yàn)橹|(zhì)分子結(jié)構(gòu)具有一定的多樣性，通過已經(jīng)定義好的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和指導(dǎo)DNA、RNA和蛋白質(zhì)的簡(jiǎn)單規(guī)則似乎并不能確定脂質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)，脂質(zhì)分子的多樣性也就意味著，并不像建立和分析基因組及轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)庫(kù)，針對(duì)脂質(zhì)分子需要更為個(gè)性化的分析步驟。
這項(xiàng)研究中，研究人員通過研究對(duì)小鼠血液和肝臟中將近150種脂質(zhì)分子進(jìn)行了測(cè)定，隨后研究人員還鑒別出了每一種脂質(zhì)分子的遺傳調(diào)節(jié)子以及其相應(yīng)的生理學(xué)功能。研究者利用系統(tǒng)遺傳學(xué)的方法將脂質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)同來(lái)自小鼠機(jī)體其它的“組學(xué)”數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，包括表型組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫(kù)等，這種方法就能夠有效識(shí)別出不同血脂類的血漿和血脂，并以此作為指示機(jī)體健康狀態(tài)的標(biāo)志物。
【8】PNAS：大數(shù)據(jù)方法研究HIV包膜蛋白藍(lán)圖 有望開發(fā)新型HIV疫苗
doi：10.1073/pnas.1717765115
盡管人類在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域取得了很多重大進(jìn)展，但目前仍然沒有開發(fā)出應(yīng)對(duì)HIV感染的有效疫苗，盡管最近研究人員希望能夠發(fā)現(xiàn)有效的抗體來(lái)中和多種HIV毒株，然而有時(shí)候HIV仍然會(huì)通過一些突變途徑來(lái)躲避已知的廣泛中和抗體的反應(yīng)，這就使得研究人員設(shè)計(jì)出一種有效的解決方案變得非常困難了。
一種理想的疫苗能夠產(chǎn)生廣泛中和性抗體來(lái)靶向作用HIV的突起蛋白，該部位的突變會(huì)明顯減弱病毒的適應(yīng)性或者病毒的再生和復(fù)制能力，這或許就需要療法HIV的適應(yīng)性藍(lán)圖，為了完成這一目標(biāo)，來(lái)自香港科技大學(xué)和MIT的科學(xué)家們就通過研究開發(fā)出了一種計(jì)算方法，該方法能夠評(píng)估HIV gp160蛋白的“適應(yīng)性圖像”，gp160是包含HIV突起蛋白的多聚蛋白，隨后研究人員通過多種實(shí)驗(yàn)性測(cè)量進(jìn)行對(duì)比就能證實(shí)他們所推薦的圖像結(jié)構(gòu)了。
【9】The Lancet Public Health：超5萬(wàn)人大數(shù)據(jù)！酗酒減壽20！是癡呆最大的風(fēng)險(xiǎn)因素！
doi：10.1016/S2468-2667(18)30022-7
酒精是預(yù)防所有癡呆最重要的因素，尤其是早發(fā)性癡呆。這是一項(xiàng)發(fā)表在雜志《The Lancet Public Health》上的法國(guó)全國(guó)范圍內(nèi)觀察性研究的結(jié)果，而法國(guó)超過100萬(wàn)人被診斷患有癡呆。這項(xiàng)研究特別關(guān)注了酒精使用問題，包含已經(jīng)確診的由于長(zhǎng)期使用酒精導(dǎo)致患有精神和行為異常或者慢性疾病的人。
在57000例早發(fā)性癡呆（早于65歲）患者中，大部分（57%）與慢性酗酒有關(guān)。世界衛(wèi)生組織（WHO）將慢性酗酒定義為男性每天飲酒超過60g（純酒精），或者女性超過40g。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)二者具有強(qiáng)烈的聯(lián)系，作者建議篩查、酗酒干預(yù)以及治療酗酒問題將有效減少酒精導(dǎo)致的癡呆問題帶來(lái)的負(fù)擔(dān)。
“這些發(fā)現(xiàn)表明酗酒和酒精使用問題是癡呆最重要的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)于65歲之前發(fā)病的早發(fā)性癡呆尤為重要，這將導(dǎo)致早死。”研究共同作者、CAMH精神衛(wèi)生政策研究中心主任Jürgen Rehm博士說道。“酒精導(dǎo)致的腦損傷及癡呆是可以預(yù)防的，已知有效的預(yù)防和政策手段將有效降低癡呆相關(guān)的早死。”
【10】Nat Genet：大數(shù)據(jù)分析揭示HCV如何與人宿主相互作用
doi：10.1038/ng.3835
一項(xiàng)針對(duì)丙型肝炎病毒（HCV）和500多名HCV感染者的大數(shù)據(jù)研究有助更好地理解這種病毒如何與它的人宿主相互作用。來(lái)自英國(guó)等5個(gè)國(guó)家的研究人員首次開發(fā)出一種方法來(lái)分析和比較HCV的遺傳組成，以及500多名HCV感染者的遺傳組成。通過一起加以研究，這將讓研究人員對(duì)HCV和人基因組如何與這種病毒相互作用并且改變這種病毒提供新的見解。
病毒性肝炎是全世界死亡和殘疾的主要原因之一，2%～3%的世界人口被認(rèn)為感染上HCV。在英國(guó)，據(jù)估計(jì)，有30萬(wàn)人感染上這種病毒。很多人并沒有意識(shí)到他們感染上這種病毒，未接受治療，從而導(dǎo)致肝病和肝癌。Barnes說，“這是首次利用一項(xiàng)大數(shù)據(jù)研究一同探究了一種病毒和它的宿主。我們鑒定出人基因組中的兩個(gè)位點(diǎn)，在這兩個(gè)位點(diǎn)發(fā)生的調(diào)節(jié)著我們的免疫系統(tǒng)的遺傳變異影響這種病毒的遺傳多樣性。”
“可用的新藥物能夠清除HCV感染，但是它們是非常昂貴的，而且當(dāng)前對(duì)它們的獲得是受到限制的。這些藥物也比其他的藥物不難么有效地治療存在的7種HCV毒株中的一些毒株導(dǎo)致的感染。這突出強(qiáng)調(diào)了理解這種疾病的遺傳基礎(chǔ)在未來(lái)開發(fā)新的療法中的重要性。”（生物谷Bioon.com）
