大數據分析如何加速多種人類疾病的研究
如今，越來與多的科學家們開始利用大數據分析來加速人類健康的研究，本文中，小編就整理了近期有關的研究報道，與各位一起學習！
【1】Nat Genetics：大數據揭示影響阿爾茲海默癥發生的5個遺傳位點
doi：10.1038/s41588-019-0358-2
來自超過94，000名個體的遺傳數據分析顯示，阿爾茨海默病有五個新的風險基因，并確認了其他已知的20個基因。這些新發現支持開發證據，證明與特定生物過程相關的基因組，如細胞運輸，脂質轉運，炎癥和免疫反應，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日在線發表在Nature Genetics期刊上。
“這項對阿爾茨海默氏癥遺傳基礎的持續合作研究使我們能夠深入研究這種破壞性疾病的復雜性，”NIA主任Richard J. Hodes博士說。 “隨著我們繼續更好地了解和針對治療和預防老年癡呆癥的方法，本研究的規模為優先排序的基因提供了額外的清晰度。”
研究人員，國際基因組阿爾茨海默氏癥項目（IGAP）的成員，分析了94，437名晚發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盟組成，這些聯盟自2011年以來一直在合作進行全基因組關聯研究（GWAS），涉及數千個DNA樣本和共享數據集。 GWAS旨在檢測與阿爾茨海默氏癥相關的基因組變異。了解遺傳變異正在幫助研究人員確定影響疾病發生和發展的分子機制。
【2】PLoS One：大數據幫助科學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）中常規收集的數據，研究人員和醫生科學家在新生兒重癥監護病房（NICU）人群中測試機器學習模型。研究表明：自動化程序可以在出現臨床癥狀之前快速識別新生兒重癥監護病房（NICU）中的哪些患病嬰兒患有膿毒癥。相關研究結果刊登于國際雜志PLoS One上。
敗血癥始于細菌侵入血液，它是嬰兒死亡率和發病率的全球主要原因。不幸的是，攻擊性免疫反應會導致膿毒性發展以及休克的發生，進而導致多個器官衰竭，有時甚至致命。雖然在健康的嬰兒中相對罕見，但早產兒或慢性住院嬰兒的敗血癥發生率要高200倍。嬰兒敗血癥的幸存者可能會產生后遺癥，如慢性肺病，神經發育障礙等。
【3】Nat Genet：重大突破！130萬余人大數據助力揭示數百個與失眠相關的基因
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，但是科學家們到現在為止都還不完全清楚其背后相關的基因和神經生物學通路。為了揭示這些秘密，近日來自阿姆斯特丹自由大學、荷蘭神經科學研究所的研究人員進行了一項大型研究，他們分析了1331010個遺傳學相關的人組織樣品，以檢測與失眠相關的新的基因位點，并深入研究相關的信號通路、細胞和組織，相關研究成果于近日發表在《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、表達數量性狀基因座分析和染色質譜圖，研究人員發現了涉及956個基因的202個位點與失眠相關，meta分析揭示了2.6%的差異。研究人員發現神經元的軸突部分、皮層和皮層下組織、以及特定的細胞類型（包括紋狀體、下丘腦和屏狀體神經元）出現了大量的相關基因。研究人員還發現精神病學特征和睡眠時間存在很強的遺傳學聯系，而與其他的睡眠相關特點存在一定的聯系。
【4】Nat Commun：科學家成功利用大數據分析來鑒別新型的癌癥風險基因
doi：10.1038/s41467-018-04900-7
誘發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復制的錯誤導致等，大規模的基因組測序在識別因體細胞突變所誘發的癌癥上取得了一系列研究成果，但這種技術卻無法有效識別因遺傳性突變所誘發的癌癥，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家們通過研究開發了一種新型的統計學方法，其能夠從腫瘤測序數據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前癌癥基因組數據庫中系統性地鑒別出相關的基因。
【5】Nat Genet：大數據揭示疾病的基因關聯
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發生的，但隨著時間的推移，人行道仍然會有一片區域保持干燥。這個類比類似于猶他大學健康研究所的研究人員設計的一種新方法。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域。他們認為，這些“受限制”區域的DNA突變可能會導致嚴重的兒科疾病。
“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的人類遺傳學和生物醫學信息學副教授，副主任Aaron Quinlan博士說。 USTAR遺傳發現中心。 “我們的模型在這個龐大的數據集中搜索密集遺傳變異規則的例外情況，以揭示缺乏變異的基因的受限區域。我們相信這些區域可能是致命的，或者在突變時會導致疾病的極端表型。”
【6】Cancer Immunol Res：科學家有望利用大數據分析來預測癌癥患者對免疫療法的反應
doi：10.1158/2326-6066.CIR-18-0129
如今在大數據時代，癌癥研究人員開始尋找多種新方法來監測癌癥免疫療法的有效性；近日，一項刊登在國際雜志Cancer Immunology Research上的研究報告中，來自約翰霍普金斯大學醫學院的研究人員通過研究開發出了一種利用生物信息學的新方法，該方法或能作為一種新型工具幫助確定患者的免疫系統如何對癌癥免疫療法產生反應，以及如何有效識別機體自身的腫瘤。
研究者Kellie Smith博士表示，我們希望能夠得到足夠的數據，通過利用一種名為MANAFEST的技術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為其制定最佳的治療手段，以前研究人員并沒有開發出MANAFEST技術，在過去幾年里，研究人員通過對這項技術進行不斷改善，如今其能夠對多項數據進行分析來幫助有效治療癌癥患者。
【7】Cell Systems：大數據分析或能鑒別出指示機體健康和疾病發生的特殊脂質分子
doi：10.1016/j.cels.2018.05.016? doi：10.1016/j.cels.2018.05.009
日前，兩篇刊登在國際雜志Cell Systems上的研究報告中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的科學家們通過進行大數據分析鑒別出了特殊的脂質或能作為機體健康和疾病的標記。盡管脂質非常重要，但從傳統角度上來講其是科學家們最難進行研究的生物分子，因為脂質分子結構具有一定的多樣性，通過已經定義好的標準結構和指導DNA、RNA和蛋白質的簡單規則似乎并不能確定脂質分子的結構，脂質分子的多樣性也就意味著，并不像建立和分析基因組及轉錄組數據庫，針對脂質分子需要更為個性化的分析步驟。
這項研究中，研究人員通過研究對小鼠血液和肝臟中將近150種脂質分子進行了測定，隨后研究人員還鑒別出了每一種脂質分子的遺傳調節子以及其相應的生理學功能。研究者利用系統遺傳學的方法將脂質組學數據庫同來自小鼠機體其它的“組學”數據庫相結合，包括表型組、轉錄組和蛋白質組數據庫等，這種方法就能夠有效識別出不同血脂類的血漿和血脂，并以此作為指示機體健康狀態的標志物。
【8】PNAS：大數據方法研究HIV包膜蛋白藍圖 有望開發新型HIV疫苗
doi：10.1073/pnas.1717765115
盡管人類在醫學研究領域取得了很多重大進展，但目前仍然沒有開發出應對HIV感染的有效疫苗，盡管最近研究人員希望能夠發現有效的抗體來中和多種HIV毒株，然而有時候HIV仍然會通過一些突變途徑來躲避已知的廣泛中和抗體的反應，這就使得研究人員設計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生廣泛中和性抗體來靶向作用HIV的突起蛋白，該部位的突變會明顯減弱病毒的適應性或者病毒的再生和復制能力，這或許就需要療法HIV的適應性藍圖，為了完成這一目標，來自香港科技大學和MIT的科學家們就通過研究開發出了一種計算方法，該方法能夠評估HIV gp160蛋白的“適應性圖像”，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驗性測量進行對比就能證實他們所推薦的圖像結構了。
【9】The Lancet Public Health：超5萬人大數據！酗酒減壽20！是癡呆最大的風險因素！
doi：10.1016/S2468-2667(18)30022-7
酒精是預防所有癡呆最重要的因素，尤其是早發性癡呆。這是一項發表在雜志《The Lancet Public Health》上的法國全國范圍內觀察性研究的結果，而法國超過100萬人被診斷患有癡呆。這項研究特別關注了酒精使用問題，包含已經確診的由于長期使用酒精導致患有精神和行為異常或者慢性疾病的人。
在57000例早發性癡呆（早于65歲）患者中，大部分（57%）與慢性酗酒有關。世界衛生組織（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。這項研究發現二者具有強烈的聯系，作者建議篩查、酗酒干預以及治療酗酒問題將有效減少酒精導致的癡呆問題帶來的負擔。
“這些發現表明酗酒和酒精使用問題是癡呆最重要的風險因素，對于65歲之前發病的早發性癡呆尤為重要，這將導致早死。”研究共同作者、CAMH精神衛生政策研究中心主任Jürgen Rehm博士說道。“酒精導致的腦損傷及癡呆是可以預防的，已知有效的預防和政策手段將有效降低癡呆相關的早死。”
【10】Nat Genet：大數據分析揭示HCV如何與人宿主相互作用
doi：10.1038/ng.3835
一項針對丙型肝炎病毒（HCV）和500多名HCV感染者的大數據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。來自英國等5個國家的研究人員首次開發出一種方法來分析和比較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%的世界人口被認為感染上HCV。在英國，據估計，有30萬人感染上這種病毒。很多人并沒有意識到他們感染上這種病毒，未接受治療，從而導致肝病和肝癌。Barnes說，“這是首次利用一項大數據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位點，在這兩個位點發生的調節著我們的免疫系統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，而且當前對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致的感染。這突出強調了理解這種疾病的遺傳基礎在未來開發新的療法中的重要性。”（生物谷Bioon.com）
