[发明专利]一种改进的基于协同过滤的miRNA-疾病关联预测方法

说明书

本发明公开了一种改进的基于协同过滤的miRNA‑疾病关联预测方法。miRNA‑疾病预测问题可以看作是一种推荐修补问题。基于已知miRNA疾病关联的二分网络，根据miRNA对相关疾病的已知偏好，推荐使用miRNA，反之亦然。首先定义和计算测量一种疾病对另一种疾病的重要性矩阵SIGd。当疾病d(i)认为疾病d(j)更重要时，SIGd(d(i),d(j))的得分更高。类似地定义和计算SIGr以测量两种miRNA的重要性。其次使用显著矩阵和相似矩阵作为权重来计算得分。相似性矩阵被定义为表示miRNA或疾病之间的相似性，则miRNA‑疾病关联的最终得分是miRNA与疾病的评分分数和该疾病对miRNA的评分评分的总和。本发明实现了更高的预测精度。

技术领域

本发明涉及人类生命医学工程，尤其针对与miRNA有关的疾病预测及验证工作,提供一种改进的基于协同过滤的miRNA-疾病关联预测方法。

技术背景

微小RNA(miRNA)一类短小的内源性非编码RNA，通过碱基序列互补配对的方式对靶标miRNA的表达进行调控。自从在C.elegans中最先发现了miRNA lin-4和let-7，已经确定的miRNA持续增加。最新的miRbase记录了人类1881种miRNA。许多研究已经广泛证明了miRNA在各种生物进程中的重要性。虽然miRNA之间的相互作用机制和对疾病的影响仍处于爆发的初期阶段，但可以肯定的是，miRNA所包含的信息非常丰富，其参与调控分子的机制也是多样的。此外，更多的研究表明，miRNA可能在许多人类复杂疾病的出现中起到关键作用，比如代谢疾病和癌症。例如，miRNA不仅存在于各种组织中，而且在癌症患者的血液中，如黑色素瘤患者的血细胞中已经有51种差异调节的miRNA被鉴定出来，如miR-125b和miR-527可以调节cJun 蛋白进而控制黑色素瘤进展。Dkk-3和SMAD4被鉴定为miR-183的潜在靶基因。miR-183,miR-146a and miR-767-5P在前列腺癌组织中比例明显升高。miR-21被发现与肾癌有极强的相关性，可用作肿瘤标记。miR-103，miR-107，miR-301和miR-338相比与HBECs在肺癌细胞中有着更强的表达性。miR-27a，miR-27b，miR-134和miR-582-5p 在人类的肺癌肿瘤中基因表达收到负面调节。因此，识别可能与人类复杂疾病相关的miRNA有助于疾病的诊断和预防。然而用于验证 miRNA和疾病相关性的方法是极其耗时的，容易受到假阳性和假阴性的影响，所以开发一个预测miRNA疾病关联的计算模型在生物医学研究中是必需和互补的。

在关联预测方面，已经提出了许多方法，但这些方法或多或少有一些缺点。一般来说，以前方法的限制总结如下：(1)负样本需要一些新方法去实现更好的模型拟合，但同时负样本的获取和验证是困难的；(2)对于未知的疾病和没有任何已知关联的miRNA，一些方法对此无能为力；(3)一些方法对数据集的完整性过于敏感，这使得他们不够准确；(4)一些方法需要递归优化，这非常费时费力。