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在過去幾十年里，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)取得了顯著的進步，但疾病仍然是威脅人類生命健康的主要因素之一。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的報告，全世界每年有數(shù)千萬人死于癌癥和心血管疾病等非傳染性疾病。迫切需要探索疾病的病因和發(fā)病機制，從而提高疾病的預(yù)防、診斷和治療水平。到目前為止，許多研究表明，對疾病-疾病關(guān)聯(lián)的分析可以為人類疾病的研究提供有用的見解，如揭示疾病的分子機制和發(fā)現(xiàn)疾病的新治療方法。通過使用不同類型的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，如疾病相關(guān)癥狀/表型、遺傳變異(SNPs)、基因、通路等，可以從不同的角度揭示疾病-疾病之間的關(guān)聯(lián)。

定量評估疾病-疾病相關(guān)性已應(yīng)用于發(fā)現(xiàn)與疾病相關(guān)的生物實體，如疾病相關(guān)基因、疾病相關(guān)miRNA和藥物重定位。從多個方面識別相似的疾病，可以為完善疾病分類系統(tǒng)提供知識，因為兩種疾病越相似，越有可能屬于同一類。這可以提供疾病之間關(guān)系的系統(tǒng)知識，為醫(yī)師、遺傳學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)研究人員提供有價值線索。

隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的快速進步，產(chǎn)生了大量的生物學(xué)數(shù)據(jù)，如與疾病相關(guān)的SNPs/基因/通路。這為在生物分子水平上理解疾病機制和疾病的診斷和治療提供了機會。不同類型的生物學(xué)數(shù)據(jù)可以提供不同水平分子功能的疾病相關(guān)信息。因此，許多基于功能的計算方法已經(jīng)被開發(fā)出來，利用不同的生物功能數(shù)據(jù)來揭示疾病與疾病之間的關(guān)聯(lián)。例如，在基于功能的方法中，疾病相關(guān)基因是最常用的生物數(shù)據(jù)之一，它們通常被用作連接其他生物數(shù)據(jù)(如蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用(protein–protein interactions, PPI)、基因表達譜、基因本體(gene ontology, GO)、生物通路。計算方法可以為疾病-疾病關(guān)聯(lián)的研究提供新的視角，并可以為其他方法(如基于表型的方法)衍生的疾病-疾病關(guān)聯(lián)提供機制解釋。

已經(jīng)建立了許多與疾病相關(guān)的術(shù)語或詞匯系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫，以提供疾病/表型的定義、格式和分類以及相關(guān)信息。這些系統(tǒng)可以幫助研究人員輕松分析和利用與疾病相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)

現(xiàn)已建立了許多與疾病相關(guān)的術(shù)語或詞匯系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫，以提供疾病/表型的定義、格式和分類以及相關(guān)信息，如ICD、SNOMED CT]、MeSH、Orphanet、DO、HPO、UMLS、OMIM等。這些系統(tǒng)可以幫助研究人員方便地分析和利用與疾病相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。特別是DO、MeSH、HPO等具有層次結(jié)構(gòu)的術(shù)語或詞匯系統(tǒng)被廣泛用于量化疾病之間的語義關(guān)系。

疾病的發(fā)生發(fā)展通常涉及多種與疾病相關(guān)的復(fù)雜因素(如snp、基因、ncRNAs、通路和癥狀/表型)。在本文中介紹了以疾病為中心的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，如疾病-SNP、疾病-基因、疾病-ncRNA關(guān)聯(lián)，這些數(shù)據(jù)可從公共數(shù)據(jù)庫免費下載或從生物醫(yī)學(xué)文獻中挖掘。這些不同類型的以疾病為中心的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)可以為疾病-疾病關(guān)聯(lián)的分析提供不同的視角。

Disease-SNP數(shù)據(jù)庫

單核苷酸多態(tài)性(Single nucleotide polymorphisms, SNPs)是人類在基因組水平上最常見的遺傳變異類型，主要由單核苷酸突變引起。其中一些SNP已被證明對人類健康非常重要，盡管大多數(shù)SNP可能沒有影響。SNPs可能發(fā)生在DNA的編碼區(qū)或非編碼區(qū)。尤其是那些位于基因組調(diào)控區(qū)域的非編碼區(qū)域的疾病相關(guān)SNPs，可引起轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平的基因紊亂。

Disease-gene數(shù)據(jù)庫

基因在人類的各種生命活動中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。許多疾病與基因突變及其導(dǎo)致的基因功能異常密切相關(guān)。因此，疾病-基因關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)對于理解疾病的發(fā)生機制以及疾病之間的關(guān)系有著至關(guān)重要的作用。疾病-基因關(guān)聯(lián)性的發(fā)現(xiàn)引起了人們的廣泛關(guān)注。隨著生物醫(yī)學(xué)研究的發(fā)展，越來越多的疾病-基因關(guān)聯(lián)被發(fā)現(xiàn)，盡管它們?nèi)圆煌暾?/span>

Disease-ncRNA

除了編碼蛋白的RNA外，轉(zhuǎn)錄基因組中的許多非編碼RNA(如微小RNA(microRNA, miRNA)、長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA,lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)也對正常的發(fā)育、生理和疾病具有重要的功能。

miRNA是具有約22個核苷酸的單鏈ncRNA，在調(diào)節(jié)基因表達、細胞周期和生物發(fā)育時機方面發(fā)揮重要作用。miRNA的表達失調(diào)與許多疾病的發(fā)生相關(guān)，并且發(fā)現(xiàn)了大量與疾病相關(guān)的miRNA。

lncRNA是長度為>200個核苷酸的非編碼RNA，通過多種機制在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控和染色質(zhì)修飾中發(fā)揮重要作用。lncRNA的功能異?？赡軐?dǎo)致基因及其產(chǎn)物的功能異常，進而導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

circRNA是具有共價閉合環(huán)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)源性單鏈RNA，廣泛存在于各種組織和細胞系中，具有組織和細胞特異性的表達模式。研究發(fā)現(xiàn)，circRNA的失調(diào)與廣泛的疾病譜相關(guān)。

Disease-pathway數(shù)據(jù)庫

生物通路由細胞內(nèi)的一系列分子相互作用組成，這些相互作用可以引起細胞內(nèi)的某種產(chǎn)物變化。在分子生物學(xué)中，生物通路對代謝、基因調(diào)控和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有著極其重要的影響。某些通路的破壞、缺失往往會導(dǎo)致生物體發(fā)生紊亂甚至疾病。

Disease–metabolite數(shù)據(jù)庫

生物體內(nèi)代謝產(chǎn)物的變化可以是各種復(fù)雜因素(如基因、mRNA及其產(chǎn)物)的聯(lián)合作用。許多疾病與生物體內(nèi)代謝物的改變有關(guān)，尤其是糖尿病、肥胖等代謝性疾病。生物醫(yī)學(xué)文獻中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并報道了許多復(fù)雜疾病的代謝物標記物，并建立了一些相關(guān)數(shù)據(jù)庫。Cheng等人從生物醫(yī)學(xué)文獻中收集了人類和模式生物的疾病與代謝物之間的關(guān)系，并構(gòu)建了人工管理的各種疾病代謝物改變的綜合資源(稱為MetSigDis)，包括疾病代謝物和疾病-疾病關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)可視化。Xu等開發(fā)了一個名為BioM2MetDisease的人工管理數(shù)據(jù)庫，用于研究代謝物、微rnas、小分子和代謝性疾病之間的關(guān)聯(lián)。Wishart等構(gòu)建了一個名為HMDB的人體代謝組數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫提供了關(guān)于人體代謝物、疾病關(guān)聯(lián)、代謝途徑等方面。

Disease-drug數(shù)據(jù)庫

藥物是一類能引起生物體生理或心理變化的物質(zhì)。大多數(shù)藥物通常用于狹義上保持人體的身心健康，但其中一些藥物有時可能對生物體造成損害。藥物通常通過作用于特定的生物分子靶標，如基因、蛋白質(zhì)以及通路來影響生物體。因此，受同一種藥物影響的疾病可能存在內(nèi)在聯(lián)系。

Disease-microbe

微生物，如細菌、病毒和真菌，是一類廣泛存在于我們周圍，但由于其微小，而難以被發(fā)現(xiàn)。人體內(nèi)生活著數(shù)以百萬計的微生物，形成人體微生物群，其中一些微生物可以參與各種生命活動。微生物群在人類健康和疾病中起著重要的作用，其中一些微生物使人生病，而另一些微生物則對維持人類健康起著重要的作用。Ma等人提供了一個大規(guī)模的基于文本挖掘的人工管理數(shù)據(jù)集，稱為疾病-微生物關(guān)聯(lián)的HMDAD，并顯示了基于微生物的疾病-疾病關(guān)聯(lián)與依賴于疾病基因、癥狀和藥物的疾病關(guān)聯(lián)之間的強相關(guān)性。Zeng等建立了微生物-活性物質(zhì)相互作用數(shù)據(jù)庫MASI，提供了人類微生物-疾病關(guān)聯(lián)、微生物-飲食相互作用和微生物-物質(zhì)相互作用的信息。此外，由于對人類疾病與微生物之間關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)理解仍然有限，許多用于揭示疾病與微生物關(guān)聯(lián)的計算方法已經(jīng)被提出。

Disease-symptom/phenotype數(shù)據(jù)庫

癥狀/表型-疾病的關(guān)聯(lián)與生物分子(如疾病-基因)密切相關(guān)。人體外部異常的發(fā)生往往意味著內(nèi)部生物學(xué)功能的紊亂，甚至可以視為疾病的信號。相似疾病之間常有癥狀/表型的重疊。因此，根據(jù)疾病相關(guān)的癥狀/表型來推斷疾病之間的關(guān)聯(lián)是一種自然的策略。

基因-基因網(wǎng)絡(luò)和基因表達數(shù)據(jù)等基因中心生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)也可以為揭示疾病-疾病關(guān)聯(lián)提供有用的信息，因為疾病相關(guān)基因在分子水平上對疾病研究的具有重要價值。

Gene–gene數(shù)據(jù)庫

基因及其產(chǎn)物主要通過直接相互作用或間接協(xié)同作用參與生物體的各種生命活動。復(fù)雜疾病通常被認為是基因-基因網(wǎng)絡(luò)等復(fù)雜生物分子網(wǎng)絡(luò)局部擾動的結(jié)果，因此基因-基因的關(guān)聯(lián)性對于揭示疾病與疾病的關(guān)聯(lián)非常重要。

Gene expression profile

基因表達譜(Gene expression profile, Gexpr)可以反映不同條件下的基因活動，在系統(tǒng)水平上反映細胞、組織和生物體的狀態(tài)，因此在疾病研究中得到了廣泛的應(yīng)用。在疾病和正常狀態(tài)下顯著差異表達的基因很可能與疾病相關(guān)，兩種具有許多共同差異表達基因的疾病很可能密切相關(guān)。此外，基因表達譜通常被用來推斷基因之間的功能關(guān)聯(lián)，構(gòu)建基因共表達網(wǎng)絡(luò)，因為基因在不同條件下的協(xié)調(diào)表達，意味著基因之間的功能關(guān)聯(lián)。

GO數(shù)據(jù)庫

GO數(shù)據(jù)庫提供了基因及其產(chǎn)物屬性的注釋術(shù)語本體，涵蓋了細胞組成、分子功能和生物過程三個領(lǐng)域。GO注釋提供了關(guān)于特定基因功能的陳述，它將基因或基因產(chǎn)物與GO術(shù)語關(guān)聯(lián)起來。GO為基因及其產(chǎn)物提供了層次注釋。廣泛應(yīng)用于基因、蛋白質(zhì)等生物分子的功能分析。基于GO計算基因之間的相似性可以用來揭示基因/蛋白質(zhì)之間的功能關(guān)聯(lián)。