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疾病模块、网络邻近度与药物重定位13 / 18

统计要点:参考网络、度偏倚、显著性与外部验证

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疾病模块、分离度、邻近度和扩散打分虽然定义不同,但结论是否可信取决于同一组统计问题。本页把散见于各方法中的要点集中整理。

参考网络的选择

  • 用哪一类边:相互作用组通常整合经实验验证的物理相互作用(Menche 等,2015);STRING 等库收录的是包含共表达、文本挖掘等渠道的功能关联,两者含义不同,使用时需写明证据渠道和置信度阈值(见生物分子网络的类型与数据来源)。
  • 不完整性:可观测的疾病模块平均只包含约 20% 的已知疾病基因;网络覆盖率不足时模块会碎成片段,已知疾病基因数过少的疾病难以观察到成形的模块。sAB>0s_{AB} > 0 也只说明在当前不完整的相互作用组中两模块不重叠。
  • 研究偏倚:研究得多的基因连边多,部分原因是被测得多。
  • 组织特异性:相互作用组没有组织和细胞类型信息,同一蛋白在肝和脑中的邻居不同;组织特异网络能否稳定提升预测,仍是开放问题(见研究前沿与开放问题)。

节点度偏倚与度匹配

疾病基因和药物靶点往往度偏高。高度节点彼此更容易相连,到任意节点的平均距离也更短;扩散方法中,枢纽也会获得偏高的分数。因此:

  • 检验疾病模块的 LCC 时,随机基因集要从同一度箱中抽取;
  • 计算邻近度时,随机靶点与随机疾病基因都要度匹配,否则靶向枢纽的药物会被系统性高估;
  • RWR 等扩散打分要与度匹配随机种子集比较,或改用减弱度偏倚的归一化(见网络传播);
  • 链路预测要报告与“按度打分”基线的比较。

度分箱抽样的具体做法与箱宽的折中见数学推导与算法。

统计显著性

  • zz 分数的含义依赖零分布近似正态;距离是小整数,dcd_c 的零分布可能离散、偏斜,靶点只有 1–2 个时尤其如此,此时应以经验 pp 值为主;
  • 对大量药物–疾病对同时检验时,需要做多重比较校正;
  • 靶点本身就是疾病基因时贡献的距离为 0,|T||T| 很小时 dcd_c 对这类重叠极其敏感;
  • 邻近度对已知有效与无效药物–疾病对的区分能力有限,适合作为候选排序,而不是逐对的判决。

外部验证

网络方法给出的是假设与排序,需要独立证据检验(证据的层次见验证的层次):

  • 人群数据:Cheng 等(2018)用医保数据库做药物流行病学检验,再做机制实验;
  • 预先固定的预测与实验评估:Gysi 等(2021)在看到实验结果之前固定各流程的预测,再用 918 种药物的细胞实验评估,并比较不同验证数据集上的表现;
  • 临床证据:细胞实验有效不等于临床有效,还需要药代动力学、安全性和随机对照试验证据;
  • 避免信息泄漏:在知识图谱与图学习模型中,随机拆分边做测试可能让近亲药物泄漏到训练集。