科學(xué)家如何利用“大數(shù)據(jù)”助力人類疾病研究？

來源：生物谷       點(diǎn)擊量：3841      時間：2019-12-27

近年來，科學(xué)家們依托“大數(shù)據(jù)”在改善人類健康、助力人類疾病研究上取得了重大進(jìn)展，本文中，小編就對近期相關(guān)研究成果進(jìn)行整理，分享給大家！

【1】Front Immunol：大數(shù)據(jù)幫助設(shè)計(jì)更好的流感疫苗

doi：10.3389/fimmu.2019.02616

每年，成千上萬的美國人因流感而生病，成千上萬的人住院或死亡。注射流感疫苗可以減少感染的機(jī)會。但是，根據(jù)疾病預(yù)防控制中心的說法，這種疫苗充其量只能在40％到60％的時間內(nèi)有效。近日，來自密歇根州立大學(xué)的研究人員擁有的數(shù)據(jù)表明，感染或接種疫苗后細(xì)胞RNA水平如何變化。他們的工作可以幫助使未來的流感疫苗更好地發(fā)揮作用，甚至有助于通用疫苗的設(shè)計(jì)。

研究者表示，了解這些差異可能有助于我們確定構(gòu)建更好的疫苗的新目標(biāo)，并幫助我們找到更好的方法來治療這種疾病。研究人員分析了先前發(fā)表的18項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)，其中科學(xué)家從流感患者和疫苗接種者那里采集了血液樣本，并對這些樣本的基因表達(dá)進(jìn)行了研究，合并不同數(shù)據(jù)的動機(jī)是通常較小的數(shù)據(jù)在統(tǒng)計(jì)上將不足以檢測重大差異。

【2】JACC：50萬人大數(shù)據(jù)：睡眠過多或過少都會增加心臟病發(fā)作的風(fēng)險！

doi：10.1016/j.jacc.2019.07.022

美國科羅拉多大學(xué)博爾德分校(University of Colorado Boulder)對近50萬人進(jìn)行的一項(xiàng)最新研究顯示，即使你不吸煙，經(jīng)常鍛煉，也沒有心血管疾病的遺傳易感，睡眠不足或睡眠過多也會增加你患心臟病的風(fēng)險，這項(xiàng)研究發(fā)表在Journal of The American College of Cardiology雜志上，研究還發(fā)現(xiàn)，對于那些有高心臟病遺傳風(fēng)險的人來說，每晚睡6至9小時可以抵消這種風(fēng)險。

研究者表示，這提供了一些最有力的證據(jù)，證明睡眠時間是影響心臟健康的關(guān)鍵因素，這對每個人都適用，研究人員分析了46.1萬名年齡在40歲至69歲之間、從未心臟病發(fā)作的英國生物銀行(Biobank)參與者的基因信息、自我報告的睡眠習(xí)慣和醫(yī)療記錄，然后對他們進(jìn)行了7年的跟蹤調(diào)查。與每晚睡眠6至9小時的人相比，睡眠不足6小時的人在研究期間心臟病發(fā)作的幾率要高出20%。那些睡眠時間超過9小時的人有34%的可能性。

【3】Nat Commun：大數(shù)據(jù)助力科學(xué)家闡明乳腺癌擴(kuò)散的分子機(jī)制

doi：10.1038/s41467-019-10148-6

如今科學(xué)家們能夠利用大量基因組數(shù)據(jù)來及早發(fā)現(xiàn)患者的疾病狀況，但同時這也能幫助研究人員更好地研究疾病發(fā)生的分子機(jī)制。近日，一項(xiàng)刊登在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來自密歇根州立大學(xué)的科學(xué)家們通過進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，確定了一種更好的模型來對抗乳腺癌的擴(kuò)散并能幫助測試有潛力的藥物。實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前所使用的方法通常會利用細(xì)胞系或在平板上培養(yǎng)細(xì)胞，來模擬患者機(jī)體中腫瘤的生長；擴(kuò)散是最常見的癌癥相關(guān)死亡的原因，大約與90%的癌癥患者死亡直接相關(guān)，截至目前，很少有藥物能夠治療患者的癌癥轉(zhuǎn)移，而且研究人員也并不清楚在藥物開發(fā)的過程中到底哪個環(huán)節(jié)出錯了。

研究者Bin Chen說道，細(xì)胞系和腫瘤樣本之間的差異或許就提出了很多關(guān)鍵的問題，比如細(xì)胞系能在多大程度上捕獲腫瘤的構(gòu)成；為了回答這個問題，研究人員對來自多個基因組數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行了大型整合分析，這些數(shù)據(jù)庫包括人類癌癥基因組圖譜計(jì)劃、癌癥細(xì)胞系百科全書、基因表達(dá)綜合和基因型及表型數(shù)據(jù)庫等。利用這些基因組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)新型癌癥療法是研究人員最終的目標(biāo)，在研究人員將大量成本投入到實(shí)驗(yàn)之前，我們就需要評估早期的研究模型，并基于基因組特征選擇最合適的藥物檢測手段。

【4】JAMA Inter Med：30萬余人大數(shù)據(jù)表明遵循健康的植物性飲食可以降低2型糖尿病的風(fēng)險

doi：10.1001/jamainternmed.2019.2195

近日，一項(xiàng)刊登在國際雜志JAMA Internal Medicine上的研究報告中，來自哈佛大學(xué)陳曾熙公共衛(wèi)生學(xué)院的研究人員通過進(jìn)行一項(xiàng)新薈萃分析發(fā)現(xiàn)，堅(jiān)持以植物為主的飲食的人比沒有堅(jiān)持以植物為主的飲食的人患2型糖尿病的風(fēng)險更低。研究人員還發(fā)現(xiàn)，對于那些飲食強(qiáng)調(diào)健康植物性食物的人來說，這種聯(lián)系更強(qiáng)。

植物性飲食模式近年來越來越流行，所以我們認(rèn)為量化它們與糖尿病風(fēng)險之間的整體聯(lián)系是至關(guān)重要的，尤其是這些飲食差異顯著的食品成分，雖然之前的研究表明，植物性飲食模式可能有助于降低2型糖尿病的風(fēng)險，但缺乏對流行病學(xué)證據(jù)進(jìn)行整體分析的研究。據(jù)研究人員稱，目前的研究為堅(jiān)持健康的植物性飲食和降低2型糖尿病風(fēng)險之間的關(guān)系提供了迄今為止最全面的證據(jù)。

【5】Nat Genetics：大數(shù)據(jù)揭示影響阿爾茲海默癥發(fā)生的5個遺傳位點(diǎn)

doi：10.1038/s41588-019-0358-2

來自超過94，000名個體的遺傳數(shù)據(jù)分析顯示，阿爾茨海默病有五個新的風(fēng)險基因，并確認(rèn)了其他已知的20個基因。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，該研究發(fā)表在Nature Genetics期刊上。

研究者表示，這項(xiàng)對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，隨著我們繼續(xù)更好地了解和針對治療和預(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。文章中，研究人員分析了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由美國和歐洲的四個聯(lián)盟組成，這些聯(lián)盟自2011年以來一直在合作進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），涉及數(shù)千個DNA樣本和共享數(shù)據(jù)集。GWAS旨在檢測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。

【6】PLoS One：大數(shù)據(jù)幫助科學(xué)家快速檢測新生兒的膿血癥

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）人群中測試機(jī)器學(xué)習(xí)模型。研究表明：自動化程序可以在出現(xiàn)臨床癥狀之前快速識別新生兒重癥監(jiān)護(hù)病房（NICU）中的哪些患病嬰兒患有膿毒癥，相關(guān)結(jié)果最近發(fā)表在PLoS One雜志上。

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)致多個器官衰竭，有時甚至致命。雖然在健康的嬰兒中相對罕見，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產(chǎn)生后遺癥，如慢性肺病，神經(jīng)發(fā)育障礙等。

【7】Nat Commun：科學(xué)家成功利用大數(shù)據(jù)分析來鑒別新型的癌癥風(fēng)險基因

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)制的錯誤導(dǎo)致等，大規(guī)模的基因組測序在識別因體細(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)卻無法有效識別因遺傳性突變所誘發(fā)的癌癥，而且識別這些遺傳突變的主要來源仍然是基于家族性的研究。

近日，一項(xiàng)刊登在國際雜志Nature Communications上的研究報告中，來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)庫中系統(tǒng)性地鑒別出相關(guān)的基因。

【8】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景。雖然雨滴落地似乎是隨機(jī)發(fā)生的，但隨著時間的推移，人行道仍然會有一片區(qū)域保持干燥。這個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突變可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的兒科疾病。

研究者表示，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，我們的模型在這個龐大的數(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，或者在突變時會導(dǎo)致疾病的極端表型。雖然這種方法在概念上很簡單，但直到最近才有足夠的人類基因組來實(shí)現(xiàn)它。這些新的，不變的延伸可能揭示新的致病基因，并可用于幫助確定發(fā)育障礙患者的疾病原因，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際雜志Nature Genetics上。研究者指出，之前未與疾病相關(guān)的基因通常包含一個或多個高度受限的區(qū)域，這些地區(qū)的突變可能導(dǎo)致疾病。

【9】Cancer Immunol Res：科學(xué)家有望利用大數(shù)據(jù)分析來預(yù)測癌癥患者對免疫療法的反應(yīng)

doi：10.1158/2326-6066.CIR-18-0129

如今在大數(shù)據(jù)時代，癌癥研究人員開始尋找多種新方法來監(jiān)測癌癥免疫療法的有效性；近日，一項(xiàng)刊登在國際雜志Cancer Immunology Research上的研究報告中，來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)如何對癌癥免疫療法產(chǎn)生反應(yīng)，以及如何有效識別機(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)行分析來幫助有效治療癌癥患者。

【10】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

日前，兩篇刊登在國際雜志Cell Systems上的研究報告中，來自瑞士洛桑聯(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，針對脂質(zhì)分子需要更為個性化的分析步驟。

這項(xiàng)研究中，研究人員通過研究對小鼠血液和肝臟中將近150種脂質(zhì)分子進(jìn)行了測定，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)庫同來自小鼠機(jī)體其它的“組學(xué)”數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，包括表型組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)庫等，這種方法就能夠有效識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。