《基于深度学习的多基因风险分析预测阿尔茨海默病》

  • 来源专题:战略生物资源
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2023-07-11
  • 2023年4月6日,香港科技大学(以下简称港科大)与中国科学院深圳先进技术研究院、英国伦敦大学学院、香港威尔斯亲王医院及伊利沙伯医院合作建立了首批深度学习模型,用于评估欧洲和中国人群患上阿尔茨海默病的多基因风险。相关研究以“Deep learning-based polygenic risk analysis for Alzheimer’s disease prediction”为题发表于《通讯-医学》。

    目前,阿尔茨海默病的临床诊断方式主要为医生判断、认知能力量表测试和脑部扫描,但这通常是在患者出现病征时才进行,往往错失最佳干预时期。“与其他模型相比,我们开发的深度学习模型利用遗传信息可在出现病征之前预测患病风险。”中国科学院院士、港科大校长叶玉如指出,该项突破性研究为使用深度学习方法预测疾病风险和揭示其分子机制开辟了道路。“我们的研究将新型深度学习模型与基因检测相结合,可估计一个人在其一生中患阿尔茨海默病的风险,准确率超过70%。”港科大大数据研究所主任陈雷表示,“运用神经网络模型,我们有效捕捉到高维基因组数据中的非线性特征,从而提高了阿尔茨海默病风险预测的准确度。”“该研究证明了深度学习方法在遗传研究和阿尔茨海默病风险预测方面的有效性。”叶玉如指出,该模型能更准确地辨识出阿尔茨海默病患者,同时量化评估遗传风险对各种生物过程的影响,并根据各种与生物过程变化相关的疾病风险对个体进行分级分层。除了风险预测之外,该模型还能将个体根据疾病风险分级,为阿尔茨海默病的致病和恶化机制提供了崭新的研究思路和见解。“这一重大突破将加快阿尔茨海默病的大规模风险筛查以及风险分级。”叶玉如说。

    目前,研究团队正进一步研究并完善该模型,最终目标是将其纳入常规筛查的流程中。

    编译来源:https://www.cas.cn/cm/202306/t20230612_4895041.shtml

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s43856-023-00269-x
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    • 编译者:蒋君
    • 发布时间:2023-05-19
    • 阿尔茨海默病的全基因组关联研究(GWAS)主要在欧洲血统个体中进行,尽管全球人群的遗传结构和疾病患病率存在已知差异。我们利用来自欧洲、东亚和非裔美国人的已发表的GWAS汇总统计数据,以及来自加勒比西班牙裔人群的额外GWAS,使用先前报告的基因型数据,对阿尔茨海默病和相关痴呆症进行了迄今为止最大的多血统GWAS荟萃分析。这种方法使我们能够在3号染色体上鉴定出两个独立的新型疾病相关位点。我们还利用不同的单倍型结构以后验概率>0.8对九个位点进行精细绘制,并在全球范围内评估了人群中已知风险因素的异质性。此外,我们比较了多血统和单血统衍生的多基因风险评分在三方混合哥伦比亚人群中的普遍性。我们的研究结果强调了多血统代表在发现和理解导致阿尔茨海默病和相关痴呆症风险的推定因素方面的重要性。
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    • 编译者:hujm
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    • 近期,波士顿大学Richard Sherva团队的一项研究,就再次为AD的感染假说添加了新的证据。   他们利用阿尔茨海默病测序项目(ADSP)中全外显子组测序(WES)和全基因组测序(WGS)数据,从中识别出病毒DNA后发现,HSV-1和人乳头瘤样病毒71(HPV-71)均与AD发生风险增加2倍以上有关(OR分别为3.69和3.55)。   研究发表在Alzheimer’s & Dementia上。 为了鉴定出与AD相关的病毒种类,研究人员先是利用ADSP中37000名参与者的WES和WGS数据(WGS和WES数据来源于ADSP参与者捐赠的血液和大脑样本,ADSP由国家老龄化研究所和国家人类基因组研究所建立,主要用来识别迟发性AD的遗传风险因素,参与者涵盖非裔美国人、欧洲血统个体以及加勒比西班牙裔个体),并从中筛选出与人类基因组序列不相符的DNA序列,然后再映射到病毒参考序列中进行定量,最后再在WES和WGS数据集中测试这些病毒与AD的关联。   经过筛选和定量,研究人员共找到了59种不同的病毒,其中所有病毒都可以在血液样本中检测到,19种可以在大脑样本中检测到。   在对每种病毒进行分类后,研究人员发现,疱疹病毒科、黄病毒科、指环病毒科、乳头瘤病毒科和痘病毒科是五个常见的与AD有关的病毒家族,其中疱疹病毒科最为常见,HSV-1占比最大。   此外,根据样本来源不同、测序类型的不同,研究人员将得到的数据进行了分层,主要为来源于血液样本的WES、来源于大脑样本的WES、来源于血液样本的WGS和来源于大脑样本的WGS。 在这四个不同数据层中,均可检测出10种与AD有关的病毒,分别是HSV-1、EBV、HHV-6A、HHV-6B、HHV-7、HPV-71、HCV、MC、TTMV-9和TBE。   整体上看,在校准后的逻辑回归模型中,HSV-1和HPV-71均与AD发生风险增加2倍以上有关(OR分别为3.69和3.55)。   而在分层分析中,基于血液来源的WES数据,研究人员发现了包括HSV-1、HSV-2、HHV-6B、HHV-6A、EBV、HPV-71在内的14种与AD有关的病毒。校正后的回归分析显示,HSV-1 (OR=4.08,调整后P=3.58×10-4)和 HPV-71(OR=3.90,调整后P=0.02)载量均与AD风险增加显著相关。   在该数据层中,在94.9%的样本中可检测到HSV-1 DNA,12.8%可检测到HPV-71 DNA。 大脑样本中的WES数据分析显示,HSV-1、HHV-6B、HHV-6A、MC与AD有关,尽管在逻辑回归模型中,没有单一病毒与AD风险增加有关,但在分析几种常见的病毒家族后,研究人员发现,疱疹病毒家族簇(包括 HSV-1、HSV-2、HSV-3、EBV、CMV、HHV-6A、HHV-6B、HHV-7和HHV-8)与AD风险增加显著相关(OR=4.16,调整后P=0.048)。   在该数据层中,依然有93.2%的样本中存在HSV-1 DNA,9.8%的样本中存在HPV-71 DNA。 血液样本的WGS数据分析显示,HSV-1、HSV-2、HHV-6A、HPV-71、TTV-3等在内的13种病毒是AD的预测因子。尽管在逻辑回归模型中,没有单一病毒与AD风险增加有关,但校正后疱疹病毒家族簇与AD风险增加显著相关(OR=2.30,调整后P=0.044)。   大脑样本的WGS数据分析显示,HSV-1、HHV-6B、HHV-6A、MC与AD有关,在逻辑回归模型中,没有单一病毒与AD风险增加有关。该数据层中,有59.9%的样本中检测到 HSV-1 DNA,1.0%检测到HPV-71 DNA。   最后,研究人员还对比了3个不同种族之间病毒的流行情况。   结果发现,非裔美国人个体的HPV-71、TTV-3和 TTV-10水平明显高于其他人种,而欧洲血统个体的HCV和TTMV-9水平明显低于其他人种。此外,AD与HSV-1的关联性在非裔美国人个体(OR=9.30)和欧洲血统个体(OR=4.95)中更强。该结果也与既往流调数据保持一致。   总之,该研究结果进一步支持了感染因素,尤其是HSV-1在AD发展中的作用。作者认为,降低HSV-1载量或可成为未来预防AD的一个有效策略。