系统流行病学中多尺度高维因果中介分析的理论与统计方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81872712
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3011.流行病学方法与卫生统计
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Systems epidemiology has highlighted the significance that we can open the “black box” from the exposure to the disease, by absorbing the multi-scale omics data generated from advanced high-throughput-omics technologies. Statistically, it is essential to decompose the effect of the exposure on the outcome and conduct the mediation analysis. However, current mediation analysis methods is not suitable and deviated much from the design of systems epidemiology. Given the omics data in“black box” is often multi-scale and high-dimensional, this project provide the theoretical framework of causal mediation analysis with multi-scale and high dimensional mediators. Using prior distribution to appropriately describe the different biological attributes behind of muiti-scale omics, the Bayesian variable selection has been incorporated into the high-dimensional mediation model, meanwhile, the posterior inclusion probability has been adopted to measure the uncertainty that one single variable is the true mediator. Then we can conduct the regular statistical inference and depicted the causal mediation network from the exposure to outcome. Various simulations and sensitive analysis are conducted to assess the model performance and robustness respectively. Furthermore, one real data set related with metabolic traits has been analyzed to evaluate the practicability. It is expected that this project can construct statistical theory and methods for mediation analysis with multi-scale and high dimensional mediators, accompanying with user-friendly software package. It will be helpful to derive disease pathway, design drug targets as well as develop and evaluate intervention strategies.
系统流行病学在设计上突出强调吸收现代高通量组学技术,在群体水平上借助多尺度组学标记,以期打开暴露到疾病的“黑盒子”。将暴露对疾病的效应细化分解,进行因果中介分析是其统计方法核心,然而,当前中介分析策略均不能满足其设计需求。本项目着眼于“黑盒子”承载的组学标记具有“多尺度”和“高维”双重特征,提出了多尺度高维中介变量情形下因果中介分析理论框架,用不同的先验分布表征和刻画多尺度组学标记所蕴含的不同生物学属性,将贝叶斯变量选择嵌入高维中介模型,用后验包含概率量化组学标记为真实因果中介的不确定性,同时实现正则化统计推断,进而勾画出从暴露到疾病的因果中介网络。统计模拟评价模型的科学性和优劣性,敏感性分析评价其稳健性,实例分析代谢疾病系统流行病学数据验证其实用性,以期构建“系统流行病学多尺度高维因果中介分析的理论与统计方法体系及其软件包”,为推断致病通路、设计药物靶点、制定及评估干预策略提供新方法。

结项摘要

系统流行病学在设计上突出强调吸收现代高通量组学技术,在群体水平上借助多尺度组学标记,以期打开暴露到疾病的“黑盒子”,对多组学数据整合并研究因果关联推断方法是其统计方法核心。本项目初步探索了相应的统计方法体系,并开展了一系列数据分析,主要完成4项工作:1)在因果孟德尔随机化网络框架下,基于联合似然理论,构建跨组学数据整合的PMR-Egger模型,不仅能控制SNP间LD关系而且能矫正水平多效性,实现了在水平多效性存在时,检验基因表达对性状的因果效应。进一步,考虑到很多复杂性状往往具有共同的遗传基础,且对多性状联合分析可以充分利用性状之间的相关性,可提高检验效能,将PMR-Egger方法推广,提出了多性状新型moPMR-Egger模型;2)着眼于候选工具变量所承载的难以界定的多重效应角色(垂直多效性、相关水平多效性、不相关水平多效性等),分层次、分脉络对其分别加以刻画,将变量选择嵌入模型,用后验概率量化其不确定性,实现多重效应的自适应定位,校正水平多效性,基于贝叶斯渐近统计理论,沿抽样逼近似然函数思路,突破高维积分求解瓶颈,实现联合似然一体化推断,提出了工具变量自适应定位的两样本MR联合似然新型统计方法;3)构建了跨组学无向网络(及特定通路)的回归模型, 引入点互信息测量两个网络节点之间的连接强度,构建了基于互信息的组学无向网络回归模型,将其进一步推广到跨组学TWAS整合框架,依托两阶段推断步骤,先后构建了分别针对连续结局、二分类和有序多分类结局的TWAS网络回归模型;4)依托上述方法学理念,系统探索了路易体痴呆、阿尔茨海默症和帕金森病的共同遗传基础、完成了幼年特发性关节炎和特发性肺纤维化(IPF)的跨组学数据整合分析,并探索了出生体重和成年患慢性肾病、甲状腺功能减退症(甲减)和IPF、茶叶摄入和二型糖尿病、甲状腺功能和血脂水平、甲减和原发性胆汁性肝硬化间的因果关联关系。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Relationship between birth weight and chronic kidney disease: evidence from systematics review and two-sample Mendelian randomization analysis
出生体重与慢性肾脏病之间的关系:来自系统学评价和两样本孟德尔随机分析的证据
  • DOI:
    10.1016/j.pt.2021.06.004
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Human Molecular Genetics
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Xinghao Yu;Zhongshang Yuan;Haojie Lu;Yixin Gao;Haimiao Chen;Zhonghe Shao;Jiaji Yang;Fengjun Guan;Shuiping Huang;Ping Zeng
  • 通讯作者:
    Ping Zeng
Network regression analysis in transcriptome-wide association studies
全转录组关联研究中的网络回归分析
  • DOI:
    10.1186/s12864-022-08809-w
  • 发表时间:
    2022-08-06
  • 期刊:
    BMC Genomics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xiuyuan Jin;Liye Zhang;Jiadong Ji;Tao Ju;Jinghua Zhao;Zhongshang Yuan
  • 通讯作者:
    Zhongshang Yuan
Multi-trait transcriptome-wide association studies with probabilistic Mendelian randomization
概率孟德尔随机化的多性状全转录组关联研究
  • DOI:
    10.1016/j.ajhg.2020.12.006
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    The American Journal of Human Genetics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lu Liu;Ping Zeng;Fuzhong Xue;Zhongshang Yuan;Xiang Zhou
  • 通讯作者:
    Xiang Zhou
Testing and controlling for horizontal pleiotropy with probabilistic Mendelian randomization in transcriptome-wide association studies
在全转录组关联研究中用概率孟德尔随机化测试和控制水平多效性
  • DOI:
    10.1038/s41467-020-17668-6
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nature Communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Zhongshang Yuan;Huanhuan Zhu;Ping Zeng;Sheng Yang;Shiquan Sun;Can Yang;Jin Liu;Xiang Zhou
  • 通讯作者:
    Xiang Zhou
Mendelian randomization highlights the causal role of normal thyroid function on blood lipid profiles
孟德尔随机化强调正常甲状腺功能对血脂谱的因果作用
  • DOI:
    10.1210/endocr/bqab037
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Endocrinology
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Yanjun Wang;Ping Guo;Lu Liu;Yanan Zhang;Ping Zeng;Zhongshang Yuan
  • 通讯作者:
    Zhongshang Yuan

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其他文献

基于偏最小二乘路径模型的整体基因与多数量性状交互作用的统计推断
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血脂正常人群HDL-C纵向变化与冠心病的关联性分析:一项回顾性队列研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    袁中尚
基于得分检验的两整体基因间共关联作用的统计推断
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    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    徐静;袁中尚;薛付忠;刘言训
  • 通讯作者:
    刘言训
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    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 作者:
    林伟强;王春霞;李明卓;孙秀彬;刘言训;薛付忠;袁中尚
  • 通讯作者:
    袁中尚

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多重内源相关性校正的全转录组区域化关联分析联合模型构建及统计方法研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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