一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，包括通過應(yīng)用基因表達(dá)芯片獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)轉(zhuǎn)錄組mRNA水平探索基因網(wǎng)絡(luò)與健康廣泛關(guān)注的性狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定并根據(jù)同機(jī)體健康相關(guān)的重要基因的芯片表達(dá)數(shù)據(jù)，以皮爾森相關(guān)性PCCs為計(jì)算依據(jù)，確定并根據(jù)基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的構(gòu)建算法，得到基因同基因之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，通過皮爾森相關(guān)檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)K?均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)，對基因之間的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾；在過濾結(jié)果為基因之間存在相關(guān)關(guān)系時，根據(jù)確定的相似基因的不同權(quán)值，將基因芯片的表達(dá)數(shù)據(jù)以連接邊的距離為單位基因網(wǎng)絡(luò)組成相匹配的基因健康網(wǎng)絡(luò)。
【專利說明】
一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前常用的傳統(tǒng)健康檢測方法和檢查手段主要是針對人體罹患疾病的相關(guān)診斷， 主要包括機(jī)體生化指標(biāo)、理化指標(biāo)及免疫機(jī)能指標(biāo)的檢測等。這些方法主要是通過醫(yī)療專 屬機(jī)構(gòu)對病患進(jìn)行血樣、尿液、糞便等常規(guī)體液及排泄物等的生化、免疫指標(biāo)的檢測及通過 物理醫(yī)療儀器設(shè)備對病患的內(nèi)臟、骨骼和細(xì)胞等影像進(jìn)行測定和測量，從而達(dá)到對患者的 疾病生成及發(fā)展過程進(jìn)行客觀了解目的，為醫(yī)生對疾病的診斷和治療提供有效判斷。
[0003] 除此以外，目前市面上流行的疾病易感基因檢測，多采用對個體進(jìn)行部分或全部 基因測序的方法，針對目標(biāo)基因發(fā)現(xiàn)其遺傳位點(diǎn)缺陷/突變，從而達(dá)到對所患疾病的預(yù)測。 無論是傳統(tǒng)的醫(yī)療檢測方法還是疾病易感基因的檢測，總體上來講都是針對人體罹患疾病 的某一指標(biāo)進(jìn)行檢測。
[0004] 但是，由于機(jī)體的潛在亞健康危害很難在平常生理化及免疫指標(biāo)中被發(fā)現(xiàn)，且多 數(shù)情況下亞健康的形成多數(shù)同相關(guān)基因的表達(dá)狀態(tài)有關(guān)，而與基因位點(diǎn)的缺失/突變并無 關(guān)系，故而一般的易感基因檢測無法捕捉到同亞健康形成的相應(yīng)信號。
[0005] 目前為止，無論是一般的疾病檢測還是易感基因檢測都無法對機(jī)體的亞健康狀態(tài) 及潛在危害進(jìn)行有效評估，而亞健康狀態(tài)的持續(xù)積累對機(jī)體罹患疾病的風(fēng)險具有顯著關(guān) 系。
[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的相關(guān)問題，目前尚未提出有效的解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供了一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，以克服現(xiàn)有 技術(shù)中的上述不足。
[0008] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0009] -種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，包括以下步驟：
[0010] 通過預(yù)先設(shè)置的應(yīng)用基因表達(dá)芯片獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù) 先配置的轉(zhuǎn)錄組mRNA水平探索基因網(wǎng)絡(luò)與健康廣泛關(guān)注的性狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定同 機(jī)體健康相關(guān)的重要基因的芯片表達(dá)數(shù)據(jù)；
[0011] 基于所述芯片表達(dá)數(shù)據(jù)，以皮爾森相關(guān)性PCCs為計(jì)算依據(jù)，確定基因健康網(wǎng)絡(luò)表 達(dá)的構(gòu)建算法為：
[0013] 其中，所述Wxa表示第X個基因在第a個樣本上的表達(dá)水平值，W xb表示第X個基因 在第b個樣本上的表達(dá)水平值，1^和A a分別表示基因a的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，yjP Ab分別表示基因b的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；
[0014] 根據(jù)所述構(gòu)建算法，得到基因同基因之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，通過預(yù)先設(shè)置的皮爾森 相關(guān)檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)，并對基因之間 的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾；
[0015] 在過濾結(jié)果為基因a和基因b存在相關(guān)關(guān)系的情況下，所述基因a和基因b之間 存在連接邊，根據(jù)連接邊的長短確定所述基因a與基因b的之間的權(quán)值，根據(jù)所述權(quán)值確定 基因a和基因b之間的相似程度；
[0016] 根據(jù)確定的相似基因的不同權(quán)值，將基因芯片的表達(dá)數(shù)據(jù)以連接邊的距離為單位 基因網(wǎng)絡(luò)組成相匹配的基因健康網(wǎng)絡(luò)。
[0017] 進(jìn)一步的，所述基因健康網(wǎng)絡(luò)包括皮膚美容基因網(wǎng)絡(luò)、腸胃代謝基因網(wǎng)絡(luò)、心理壓 力管理網(wǎng)絡(luò)和霧霾壓力響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0018] 進(jìn)一步的，獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：
[0019] 對預(yù)先設(shè)置樣本的性別、年齡、民族和所在城市選取1000例受試樣本進(jìn)行隨機(jī)血 樣采集、檢測以及芯片篩選工作，根據(jù)監(jiān)測以及篩選結(jié)果，分別確定若干有關(guān)皮膚美容健康 的關(guān)鍵基因、有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因、有關(guān)心理壓力的關(guān)鍵基因以及有關(guān)霧霾壓力 的關(guān)鍵基因。
[0020] 進(jìn)一步的，所述若干有關(guān)皮膚美容健康的關(guān)鍵基因包括透明質(zhì)酸合成酶基因 HAS1、水孔蛋白合成基因AQP3、酪氨酸合成基因TYRP1、黑素細(xì)胞小眼琦形轉(zhuǎn)錄因子MITF、 多巴色素異構(gòu)酶合成基因、LIN28A基因。
[0021] 進(jìn)一步的，所述有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因包括鈣素調(diào)芐基因CRCP。
[0022] 進(jìn)一步的，所述有關(guān)心理壓力的關(guān)鍵基因包括血清素合成基因SLC6A4。
[0023] 進(jìn)一步的，所述有關(guān)霧靈壓力的關(guān)鍵基因包括多環(huán)芳經(jīng)受體基因AHR。
[0024] 進(jìn)一步的，還包括：
[0025] 根據(jù)獲取的關(guān)鍵基因，按照基因健康網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建算法，并利用預(yù)先配置好的生物 信息學(xué)語言perl和可視化統(tǒng)計(jì)學(xué)語言python，獲得與基因健康網(wǎng)絡(luò)相匹配的權(quán)重可視分 布圖。
[0026] 本發(fā)明的有益效果為：本方法具有良好的重復(fù)性和線性關(guān)系，且實(shí)際操作簡單，應(yīng) 用范圍廣泛，為健康管理以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)對于健康預(yù)警診斷的幫助及健康管理方案的制定提 供了良好的科學(xué)參考依據(jù)。
【附圖說明】
[0027] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施 例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0028] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 利用統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)信息進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)示意圖一；
[0029] 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 利用統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)信息進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)示意圖二；
[0030] 圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 對基因之間的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾（P < 0. 05)示意圖一；
[0031] 圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 對基因之間的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾（P < 〇. 05)示意圖二；
[0032] 圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 基因模塊顯著相關(guān)性比較的示意圖；
[0033] 圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)建立的示意圖；
[0034] 圖7是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 基因健康網(wǎng)絡(luò)診斷體系涵蓋模塊的示意圖；
[0035] 圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 皮膚保濕基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0036] 圖9是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 皮膚鎖水基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0037] 圖10是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 皮膚美白基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0038] 圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 問題肌膚基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重可視分布圖；
[0039] 圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 機(jī)體衰老調(diào)控基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0040] 圖13是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 腸胃代謝基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0041] 圖14是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 心里壓力反應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0042] 圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 霧霾壓力響應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)模塊的權(quán)重可視分布圖；
[0043] 圖16是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 利用perl和python語言對高通量人類基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)庫（NCBI GE0)內(nèi)相關(guān)信息進(jìn)行 檢索比對；
[0044] 圖17是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法的 一個基因?qū)?yīng)多探針的時候應(yīng)選取樣本數(shù)量最多的探針組作為數(shù)據(jù)組，并對所得的數(shù)據(jù)進(jìn) 行方差統(tǒng)計(jì)，由此得到相關(guān)基因的芯片表達(dá)峰值的示意圖；
[0045] 圖18是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例對圖10的表達(dá)峰值值進(jìn)行對數(shù)線性轉(zhuǎn)化處理；
[0046] 圖19是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的相關(guān)比較示意圖一；
[0047] 圖20是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的示意圖二；
[0048] 圖21是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的示意圖三；
[0049] 圖22是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的不意圖四；
[0050] 圖23是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的示意圖五；
[0051] 圖24是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的示意圖六；
[0052] 圖25是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的不意圖七；
[0053] 圖26是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR基因量化值同標(biāo)準(zhǔn)參考量 值的不意圖八；
[0054] 圖27是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)測定評估指數(shù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055] 下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的 范圍。
[0056] 如圖1-27所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方 法，包括以下步驟：
[0057] 通過預(yù)先設(shè)置的應(yīng)用基因表達(dá)芯片獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù) 先配置的轉(zhuǎn)錄組mRNA水平探索基因網(wǎng)絡(luò)與健康廣泛關(guān)注的性狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定同 機(jī)體健康相關(guān)的重要基因的芯片表達(dá)數(shù)據(jù)；
[0058] 基于所述芯片表達(dá)數(shù)據(jù)，以皮爾森相關(guān)性PCCs為計(jì)算依據(jù)，確定基因健康網(wǎng)絡(luò)表 達(dá)的構(gòu)建算法為： Y
[0059] Wab-^ ( Wxa~//a) C W x h~fJ，b) /
[0060] 其中，所述Wxa表示第X個基因在第a個樣本上的表達(dá)水平值，W xb表示第X個基因 在第b個樣本上的表達(dá)水平值，1^和A a分別表示基因a的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，yjP Ab分別表示基因b的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；
[0061] 根據(jù)所述構(gòu)建算法，得到基因同基因之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，通過預(yù)先設(shè)置的皮爾森 相關(guān)檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)，并對基因之間 的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾；
[0062] 在過濾結(jié)果為基因a和基因b存在相關(guān)關(guān)系的情況下，所述基因a和基因b之間 存在連接邊，根據(jù)連接邊的長短確定所述基因a與基因b之間的權(quán)值，根據(jù)所述權(quán)值確定基 因a和基因b之間的相似程度；
[0063] 根據(jù)確定的相似基因的不同權(quán)值，將基因芯片的表達(dá)數(shù)據(jù)以連接邊的距離為單位 基因網(wǎng)絡(luò)組成相匹配的基因健康網(wǎng)絡(luò)。
[0064] 所述基因健康網(wǎng)絡(luò)包括皮膚美容基因網(wǎng)絡(luò)、腸胃代謝基因網(wǎng)絡(luò)、心理壓力管理網(wǎng) 絡(luò)和霧霾壓力響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0065] 獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：
[0066] 對預(yù)先設(shè)置樣本的性別、年齡、民族和所在城市選取1000例受試樣本進(jìn)行隨機(jī)血 樣采集、檢測以及芯片篩選工作，根據(jù)監(jiān)測以及篩選結(jié)果，分別確定若干有關(guān)皮膚美容健康 的關(guān)鍵基因、有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因、有關(guān)心理壓力的關(guān)鍵基因以及有關(guān)霧霾壓力 的關(guān)鍵基因。
[0067] 所述若干有關(guān)皮膚美容健康的關(guān)鍵基因包括透明質(zhì)酸合成酶基因 HAS1、水孔蛋白 合成基因 AQP3、酪氨酸合成基因 TYRP1、黑素細(xì)胞小眼琦形轉(zhuǎn)錄因子MITF、多巴色素異構(gòu)酶 合成基因、LIN28A基因。
[0068] 所述有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因包括鈣素調(diào)芐基因CRCP ;所述有關(guān)心理壓力 的關(guān)鍵基因包括血清素合成基因SLC6A4 ;所述有關(guān)霧霾壓力的關(guān)鍵基因包括多環(huán)芳經(jīng)受 體基因AHR。
[0069] 還包括：
[0070] 根據(jù)獲取的關(guān)鍵基因，按照基因健康網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建算法，并利用預(yù)先配置好的生物 信息學(xué)語言perl和可視化統(tǒng)計(jì)學(xué)語言python，獲得與基因健康網(wǎng)絡(luò)相匹配的權(quán)重可視分 布圖。
[0071] 其中，本發(fā)明中的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)診斷體系（Gene Healthcare Network Diagnostic System)分析致力于尋找關(guān)于人體健康護(hù)理相關(guān)基因的協(xié)同表達(dá)模塊，并探索 基因網(wǎng)絡(luò)與表達(dá)差異之間的表型關(guān)聯(lián)關(guān)系；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建算法基于國際知名生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫 的高通量人類基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)信息（美國國立醫(yī)學(xué)生物中心Gene ExpressionOmnibus， 歐洲國立生物醫(yī)學(xué)中心EBI ArrayExpress)，應(yīng)用基因表達(dá)芯片得到臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)錄 組（mRNA)水平探索基因網(wǎng)絡(luò)同健康廣泛關(guān)注的性狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定同機(jī)體健康相 關(guān)的重要基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)。
[0072] 基于芯片的表達(dá)數(shù)據(jù)，基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的構(gòu)建算法作為一種高效準(zhǔn)確的生物信 息學(xué)迭代數(shù)據(jù)挖掘方法，其構(gòu)建的理論依據(jù)為假設(shè)基因表達(dá)數(shù)據(jù)是X*Y維的矩陣W，表示X 個基因在Y個樣本上的表達(dá)水平，其元素W ab表示第a個基因在第b個樣本上的表達(dá)水平值； 其中基因a的表達(dá)向量是矩陣W第a行的表達(dá)向量Wa，而基因b的表達(dá)向量是矩陣W的第 b行的向量W b，而基因a和基因b的表達(dá)相關(guān)性是以皮爾森相關(guān)性（PCCs)作為計(jì)算依據(jù)， 其總體構(gòu)建方法如下： Y
[0073] Wa]廠冗（Wxa_；Wa) (WXb_yWb)/^a^b
[0074] 其中，y 2和A a表不基因a的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，y b和A b分別表不基因b的 標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；在得到基因同基因的相關(guān)性數(shù)據(jù)之后，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對 所獲取的基因表達(dá)信息進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)（如圖1-2所示），對基因之間的表達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 過濾（P < 0. 05)(如圖3-4所示）；按照皮爾森相關(guān)檢驗(yàn)和K-均值過濾法得到的結(jié)果，若 基因a和基因b的表達(dá)存在相關(guān)關(guān)系（如圖5所示），則它們之間便存在一條連接邊，這條 邊的距離長短（權(quán)值是皮爾森相關(guān)系數(shù)（PCCs)的遞減函數(shù)，即權(quán)值越大，基因越不相似，權(quán) 值越小，基因越相似（如圖6所示）；基因網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建就在于利用基因芯片的數(shù)據(jù)以相似基 因的不同權(quán)值，按照邊的距離為單位組成的基因網(wǎng)絡(luò)。
[0075] 在實(shí)際應(yīng)用層面，基因健康表達(dá)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合目前保健領(lǐng)域關(guān)心的熱點(diǎn)問題（皮膚美 容、腸胃代謝調(diào)節(jié)、抑郁生成、霧霾侵害等）對其基因本質(zhì)進(jìn)行了解（如圖7所示），作為一 種挖掘和呈現(xiàn)基因在不同樣本中表達(dá)形式的有效方法，可以用于鑒定相關(guān)體系的關(guān)鍵基因 模塊（支柱基因）的表達(dá)特征值或模塊中包含的關(guān)鍵基因可用于提煉模塊信息，以此深入 了解基因模塊或模塊中的關(guān)鍵基因和實(shí)際機(jī)體樣本特征間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0076] 基因健康表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析是一種新開發(fā)的強(qiáng)大的用于解析機(jī)體分子作用機(jī)制和網(wǎng) 絡(luò)關(guān)系的系統(tǒng)生物學(xué)方法，利用表達(dá)網(wǎng)絡(luò)解析對眾多身體機(jī)能保健的分子機(jī)制提供了重要 的應(yīng)用價值。故而在建立表達(dá)網(wǎng)絡(luò)的分析平臺，為醫(yī)學(xué)及健康管理機(jī)構(gòu)對于患者健康狀況 預(yù)判，以及科學(xué)研究等提供了有力的幫助。
[0077] 具體應(yīng)用時，本發(fā)明包括以下步驟：
[0078] 步驟1 :以健康保健的熱點(diǎn)問題涵蓋皮膚美容、腸胃代謝健康、心理壓力管理 及霧霾（PM2. 5)對機(jī)體健康的影響四個方面著手對其具有重要影響的關(guān)鍵基因采用專 業(yè)高通量商業(yè)生物芯片（Humanl33_2:Affymetrix Human Genome Plus 2. 0Array;HG_ V 133A ：Affymetrix Human Genome V133A Array ；HG_95AV2 ：AffymetrixHuman Genome V95Version2Array ；HS_8x60K ：Agilent-028004Superprint G3Human Genome 8x60K Array ;HS-4x44K:Agilent_014850Whole Human GenomeArray 4x44K G4112F Array)按照 受試對象的性別、年齡結(jié)構(gòu)（18-45歲）、民族（漢、回、蒙、滿）、城市地域（北京、廣州、上海、 內(nèi)蒙古、山東、湖南、陜西、浙江）共1000例預(yù)先設(shè)置的受試樣本進(jìn)行隨機(jī)血樣采集、檢測 及芯片篩選工作，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多種有關(guān)皮膚美容健康的重要關(guān)鍵基因（透明質(zhì)酸合成酶基因 HAS1、水孔蛋白合成基因AQP3、酪氨酸合成基因TYRP1、黑素細(xì)胞小眼琦形轉(zhuǎn)錄因子MITF、 多巴色素異構(gòu)酶合成基因DCT)對皮膚的保濕鎖水，美白平衡、斑痘生成等問題的產(chǎn)生具有 重要調(diào)控作用；發(fā)現(xiàn)LIN28A基因?qū)τ跈C(jī)體的自由基抗衰老調(diào)控具有顯著作用；發(fā)現(xiàn)鈣素調(diào) 芐基因CRCP對腸胃主要代謝途徑平衡具有上調(diào)作用；發(fā)現(xiàn)血清素合成基因SLC6A4對心理 壓力及抑郁產(chǎn)生具有顯著調(diào)節(jié)作用；發(fā)現(xiàn)長期生活于高度霧霾污染地區(qū)（PM2. 5 > 200)環(huán) 境中的受試者較普通人，其多環(huán)芳烴受體基因AHR具有明顯上調(diào)表達(dá)。
[0079] 步驟2 :根據(jù)步驟1所得到的檢測信息，以關(guān)鍵基因?yàn)楹诵?，按照基因網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 算法（見構(gòu)建原理）利用生物信息學(xué)語言perl結(jié)合可視化統(tǒng)計(jì)學(xué)語言python進(jìn)行程序編 輯，生成相關(guān)基因網(wǎng)絡(luò)的權(quán)重可視分布圖，分別得到皮膚保濕基因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖8所示）， 皮膚鎖水基因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖9所示），皮膚關(guān)白基因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖10所示），問題肌膚 基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)（如圖11所示）機(jī)體衰老調(diào)控基因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖12所示），腸胃代謝基因 網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖13所示），心里壓力反應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖14所示）及霧霾壓力響應(yīng)基 因網(wǎng)絡(luò)模塊（如圖15所示）。根據(jù)構(gòu)建的基因網(wǎng)絡(luò)對相關(guān)支柱基因信息進(jìn)行進(jìn)一步了解。
[0080] 步驟3 :根據(jù)步驟2中獲得的基因網(wǎng)絡(luò)模塊中相關(guān)基因（關(guān)鍵基因及支柱基因）的 信息，對影響健康不同指標(biāo)的重要基因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)規(guī)劃和背景過濾分析后得出對皮膚保濕具 有顯著調(diào)控作用的基因集團(tuán)（透明質(zhì)酸合成酶基因HAS1、水孔蛋白合成基因AQP3、白介素 合成基因IL6、核受體亞族基因NR4A3、雙氧化酶因子DU0XA1、LU結(jié)構(gòu)域基因LYPD3);對皮 膚關(guān)白平衡的顯著調(diào)控基因集團(tuán)（酪氨酸合成基因TYRP1、瞬時離子通道亞族基因TRPM1、 多巴色素異構(gòu)酶合成基因DCT);對肌膚問題生成具有顯著調(diào)控的基因集團(tuán)（黑素細(xì)胞小眼 琦形轉(zhuǎn)錄因子MITF、跨膜糖蛋白合成基因GPNMB、溶質(zhì)載體家族基因SLC45A2、反義RNA基 因LHFPL3-AS1);對機(jī)體衰老具有顯著調(diào)控的基因集團(tuán)（LIN28A、牙體合成基因0TX2);對腸 胃健康具有顯著調(diào)控作用的基因集團(tuán)（鈣素調(diào)芐基因CRCP、小腦失調(diào)基因ATXN7L3B、無意 mRNA降解因子SMG7、細(xì)胞分裂因子CDC27);對心情壓力調(diào)節(jié)具有顯著調(diào)控作用的基因集團(tuán) (血清素合成基因SLC6A4、糖基化產(chǎn)物受體基因AGER、細(xì)胞粘著因子CADM3);以及機(jī)體對霧 霾侵害具有顯著響應(yīng)的基因集團(tuán)（多環(huán)芳烴受體基因AHR、鞘磷脂合成酶基因SGMS2、表皮 膜蛋白合成基因EMP1)。
[0081] 步驟4 :利用步驟3獲得的顯著調(diào)控基因集團(tuán)的信息，利用perl和python語言對 高通量人類基因芯片表達(dá)數(shù)據(jù)庫（NCBI GE0)內(nèi)相關(guān)信息進(jìn)行檢索比對（如圖16所示），一 個基因?qū)?yīng)多探針的時候應(yīng)選取樣本數(shù)量最多的探針組作為數(shù)據(jù)組，并對所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行 方差統(tǒng)計(jì)，由此得到相關(guān)基因的芯片表達(dá)峰值（如圖17所示），并對其值進(jìn)行對數(shù)線性轉(zhuǎn)化 處理（如圖18所示），使得所得的表達(dá)值具有線性量化特征。所得的目標(biāo)基因數(shù)據(jù)同看家 基因（Actin)量值進(jìn)行相對轉(zhuǎn)化，最后得到的數(shù)據(jù)按照平均量值同標(biāo)準(zhǔn)方差的加和作為參 考數(shù)據(jù)自動存檔。
[0082] 步驟5 :為了對步驟4所獲得數(shù)據(jù)的真實(shí)有效性進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證，進(jìn)一步排除假陽 性/陰性等問題。我們隨機(jī)抽取了不同基因網(wǎng)絡(luò)模塊的任一主要基因：保濕基因網(wǎng)絡(luò)模塊 中HAS 1、皮膚鎖水基因網(wǎng)絡(luò)模塊中APQ3、皮膚美白平衡基因網(wǎng)絡(luò)模塊中DCT、問題肌膚形成 基因網(wǎng)絡(luò)模塊中MITF、衰老基因網(wǎng)絡(luò)模塊中LIN28A、腸胃代謝調(diào)芐基因網(wǎng)絡(luò)模塊中CRCP、 壓力反饋基因網(wǎng)絡(luò)模塊中SLC6A4、霧霾侵害響應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)模塊中AHR)對100名不同性別、 年齡（18-45歲）的健康受試者中血液RNA樣本提取，并對相應(yīng)目的基因進(jìn)行實(shí)時熒光逆轉(zhuǎn) 錄PCR基因擴(kuò)增試驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行對數(shù)線性轉(zhuǎn)化處理。將受試者與之對應(yīng)基因的表達(dá)數(shù) 據(jù)同步驟4記錄的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際比較。對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，兩者之間具有良 好的線性相關(guān)（Rarg = 0. 966，p < 0. 05)(如圖19-26所示），故而按照參考數(shù)據(jù)對實(shí)際人 群相應(yīng)基因表達(dá)量進(jìn)行轉(zhuǎn)換和對照具有準(zhǔn)確的參考價值。
[0083] 步驟6 :根據(jù)步驟5中的基因相關(guān)性性檢驗(yàn)，充分說明了本方法提供的基因參考值 具有良好的線性同穩(wěn)定性。利用步驟3中確定的不同基因模塊的重要基因信息（關(guān)鍵基因 和支柱基因），對個體血樣RNA按照不同基因模塊中的目的基因?qū)嵤?shí)時熒光逆轉(zhuǎn)錄PCR檢 測，將檢測得到的初始數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)線性轉(zhuǎn)化，將所得的數(shù)值同步驟4計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)參 考值按照不同基因的權(quán)重分配值（關(guān)鍵基因的權(quán)重值為0. 5,支柱基因的權(quán)重值為0. 5x相 關(guān)系數(shù)）進(jìn)行比較，結(jié)果采用比較后個體的關(guān)鍵基因同支柱基因的加和權(quán)重分配值作為風(fēng) 險評估指數(shù)參考，風(fēng)險評估指數(shù)為1或者其他數(shù)字（如圖27所示），1表示個體存在相關(guān)問 題程度和正常人群一樣；< 1代表存在問題的程度低于正常人群；> 1代表存在問題的程 度高于正常人群。當(dāng)評估指數(shù)遠(yuǎn)高于10時表示更易出現(xiàn)相關(guān)健康問題，但不代表必定存在 相關(guān)問題。
[0084] 綜上可知，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0085] 由于現(xiàn)有技術(shù)中，常用的傳統(tǒng)健康檢測方法和檢查手段主要是針對人體罹患疾病 的相關(guān)診斷，主要包括機(jī)體生化指標(biāo)、理化指標(biāo)及免疫機(jī)能指標(biāo)的檢測等。這些方法主要是 通過醫(yī)療專屬機(jī)構(gòu)對病患進(jìn)行血樣、尿液、糞便等常規(guī)體液及排泄物等的生化、免疫指標(biāo)的 檢測及通過物理醫(yī)療儀器設(shè)備對病患的內(nèi)臟、骨骼和細(xì)胞等影像進(jìn)行測定和測量，從而達(dá) 到對患者的疾病生成及發(fā)展過程進(jìn)行客觀了解目的，為醫(yī)生對疾病的診斷和治療提供有效 判斷。除此以外，目前市面上流行的疾病易感基因檢測，多采用對個體進(jìn)行部分或全部基因 測序的方法，針對目標(biāo)基因發(fā)現(xiàn)其遺傳位點(diǎn)缺陷/突變，從而達(dá)到對所患疾病的預(yù)測。
[0086] 無論是傳統(tǒng)的醫(yī)療檢測方法還是疾病易感基因的檢測，總體上來講都是針對人體 罹患疾病的某一指標(biāo)進(jìn)行檢測。首先，我司發(fā)明的基因健康網(wǎng)絡(luò)診斷體系基于大量人體基 因芯片臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對導(dǎo)致健康出現(xiàn)問題的關(guān)鍵基因進(jìn)行捕捉，繼而在已有大量臨床數(shù) 據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用國際先進(jìn)的生物信息學(xué)統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法對與關(guān)鍵基因具有相互作用 的協(xié)同作用基因進(jìn)行深度挖掘和定位，構(gòu)建導(dǎo)致亞健康狀態(tài)的基因網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到對機(jī)體 健康狀態(tài)的科學(xué)前瞻預(yù)測。其次，機(jī)體的潛在亞健康危害很難在平常生理化及免疫指標(biāo)中 被發(fā)現(xiàn)，且多數(shù)情況下亞健康的形成多數(shù)同相關(guān)基因的表達(dá)狀態(tài)有關(guān)而與基因位點(diǎn)的缺失 /突變并無關(guān)系，故而一般的易感基因檢測無法捕捉到同亞健康形成的相應(yīng)信號。
[0087] 目前為止，無論是一般的疾病檢測還是易感基因檢測都無法對機(jī)體的亞健康狀態(tài) 及潛在危害進(jìn)行有效評估，而亞健康狀態(tài)的持續(xù)積累對機(jī)體罹患疾病的風(fēng)險具有顯著關(guān) 系，因此我司發(fā)明的基因健康網(wǎng)絡(luò)診斷體系以科學(xué)客觀的方法為依據(jù)，彌補(bǔ)了長久以來亞 健康科學(xué)評估的不足和缺失問題，本方法通過建立對皮膚問題相應(yīng)指標(biāo)基因網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的檢 測，腸胃易感相應(yīng)基因網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的檢測，導(dǎo)致壓力抑郁相關(guān)基因網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的檢測，首次對霧 霾造成的潛在機(jī)體損害基因網(wǎng)絡(luò)相關(guān)表達(dá)信息結(jié)合大量臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，通過對以 上不同指標(biāo)基因網(wǎng)絡(luò)的重要組成基因（關(guān)鍵基因和支柱基因）信息的檢測評估，達(dá)到對機(jī) 體的健康狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)評估和預(yù)警的目的。本方法具有良好的重復(fù)性和線性關(guān)系，且實(shí)際 操作簡單，應(yīng)用范圍廣泛，為健康管理以及醫(yī)療機(jī)構(gòu)對于健康預(yù)警診斷的幫助及健康管理 方案的制定提供了良好的科學(xué)參考依據(jù)。
[0088] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟： 通過預(yù)先設(shè)置的應(yīng)用基因表達(dá)芯片獲取預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并依據(jù)預(yù)先配 置的轉(zhuǎn)錄組mRNA水平探索基因網(wǎng)絡(luò)與健康廣泛關(guān)注的性狀之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，確定同機(jī)體 健康相關(guān)的重要基因的芯片表達(dá)數(shù)據(jù)； 基于所述芯片表達(dá)數(shù)據(jù)，以皮爾森相關(guān)性PCCs為計(jì)算依據(jù)，確定基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)的 構(gòu)建算法為：其中，所述Wxa表示第X個基因在第a個樣本上的表達(dá)水平值，W xb表示第X個基因在第 b個樣本上的表達(dá)水平值，yjP Aa分別表不基因 a的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，μ jP Ab分 別表示基因 b的標(biāo)準(zhǔn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差； 根據(jù)所述構(gòu)建算法，得到基因同基因之間的相關(guān)性數(shù)據(jù)，通過預(yù)先設(shè)置的皮爾森相關(guān) 檢驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)學(xué)K-均值過濾法對所獲取的基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類統(tǒng)計(jì)，并對基因之間的表 達(dá)顯著性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)過濾； 在過濾結(jié)果為基因 a和基因 b存在相關(guān)關(guān)系的情況下，所述基因 a和基因 b之間存在 連接邊，根據(jù)連接邊的長短確定所述基因 a與基因 b的之間的權(quán)值，根據(jù)所述權(quán)值確定基因 a和基因 b之間的相似程度； 根據(jù)確定的相似基因的不同權(quán)值，將基因芯片的表達(dá)數(shù)據(jù)以連接邊的距離為單位基因 網(wǎng)絡(luò)組成相匹配的基因健康網(wǎng)絡(luò)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，所述 基因健康網(wǎng)絡(luò)包括皮膚美容基因網(wǎng)絡(luò)、腸胃代謝基因網(wǎng)絡(luò)、心理壓力管理網(wǎng)絡(luò)和霧霾壓力 響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，獲取 預(yù)先配置樣本的臨床實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)包括： 對預(yù)先設(shè)置樣本的性別、年齡、民族和所在城市選取1000例受試樣本進(jìn)行隨機(jī)血樣采 集、檢測以及芯片篩選工作，根據(jù)監(jiān)測以及篩選結(jié)果，分別確定若干有關(guān)皮膚美容健康的關(guān) 鍵基因、有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因、有關(guān)心理壓力的關(guān)鍵基因以及有關(guān)霧霾壓力的關(guān) 鍵基因。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，所 述若干有關(guān)皮膚美容健康的關(guān)鍵基因包括透明質(zhì)酸合成酶基因 HASl、水孔蛋白合成基因 AQP3、酪氨酸合成基因 TYRP1、黑素細(xì)胞小眼琦形轉(zhuǎn)錄因子MITF、多巴色素異構(gòu)酶合成基 因、LIN28A基因。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，所述 有關(guān)胃腸代謝健康的關(guān)鍵基因包括鈣素調(diào)芐基因 CRCP。6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，所述 有關(guān)心理壓力的關(guān)鍵基因包括血清素合成基因 SLC6A4。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其特征在于，所述 有關(guān)霧霾壓力的關(guān)鍵基因包括多環(huán)芳烴受體基因 AHR。8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的基因健康網(wǎng)絡(luò)表達(dá)測定體系的構(gòu)建方法，其 特征在于，還包括： 根據(jù)獲取的關(guān)鍵基因，按照基因健康網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建算法，并利用預(yù)先配置好的生物信息 學(xué)語言perl和可視化統(tǒng)計(jì)學(xué)語言python，獲得與基因健康網(wǎng)絡(luò)相匹配的權(quán)重可視分布圖。
【文檔編號】G06F19/00GK105893731SQ201510024300
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月19日
【發(fā)明人】秦垚
【申請人】大道安康(北京)科技發(fā)展有限公司, 秦垚