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疾病模块、网络邻近度与药物重定位07 / 18

网络邻近度

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Guney 等(2016)比较了多种衡量药物靶点集合 TT 与疾病基因集合 SS 网络距离的方式,其中表现最好的是最近距离(closest):

dc(S,T)=1|T|∑t∈Tmins∈Sd(s,t)d_c(S,T) = \frac{1}{|T|} \sum_{t \in T} \min_{s \in S} d(s,t)

即每个靶点到最近疾病基因的最短路径长度的平均。同样需要与随机基线比较:

z=dc−μrandσrandz = \frac{d_c - \mu_{\mathrm{rand}}}{\sigma_{\mathrm{rand}}}

随机基线由与 SS、TT 度数匹配的随机节点集合给出。zz 显著为负(文中常用 z<−0.15z < -0.15 作为“邻近”的界线,并辅以显著性检验)说明药物靶点比随机期望更靠近疾病模块。

网络邻近度(network proximity):药物靶点与疾病模块在相互作用组中的距离,经度匹配随机基线标准化后的 zz 分数。它衡量“药物是否特异地落在疾病模块附近”,而不是“药物离疾病有多少步”。

除最近距离外,Guney 等比较的距离还包括:所有靶点–疾病基因对的平均最短距离(shortest)、对远距离指数降权的核距离(kernel)、以疾病模块“中心”节点为参照的距离(center)以及分离度(separation)。最近距离表现最好的直观原因是:一个靶点只要接近模块的某一处就可能起作用,而平均所有对的距离会被模块中远离该靶点的部分稀释。

为什么一定要用 zz 分数?枢纽蛋白离几乎所有节点都只有一两步。一个靶向枢纽的药物,原始距离 dcd_c 可能很小,但与同样度数的随机靶点相比并不更近。不做度匹配标准化,就会系统性地高估靶向枢纽的药物。本专题的代码示例专门演示了这一点,“网络邻近度”交互演示也可以直观比较。

Guney 等用已知的药物–疾病适应症对检验发现:有疗效的药物,其靶点往往不在疾病模块内部,而是在模块的网络邻域;邻近度可以区分已知有效和无效的药物–疾病对,但区分能力有限,因此更适合作为候选排序工具。