用于新冠病毒易感性的预测标志物以及预测方法、装置

本发明涉及病毒感染研究，尤其涉及一种用于新冠病毒易感性的预测标志物、一种新冠病毒易感性的预测方法、一种新冠病毒易感性的预测装置、一种电子设备及一种存储介质。

背景技术：

1、新型冠状病毒（以下简称新冠病毒）是一种具有高度传染性的病毒。自2019年出现以来，新冠病毒一直处于频繁变异中。新冠疫情给全世界造成了沉重疾病负担，且不断危害人们的生命健康安全。在omicron（奥密克戎，编号b.1.1.529）成为新冠病毒变种优势株情况下，以人群疫苗屏障的建立，医疗保障能力的扩大以及防治经验的丰富为前提，在经历了若干次快速过峰之后，大部分人发生了感染。此后，新冠的流行波峰就处于不断起伏当中。

2、人群对新冠病毒普遍易感，但每个人的易感性各不相同。且感染后个体间存在多样化临床转归，可以表现为无症状感染、轻症肺炎和重症肺炎等。随着时间推移，由于人群对新冠病毒的免疫功能下降，易受感染的人群对疫苗的保护效果不佳，导致感染后的严重病例和死亡风险更高。因此，识别并关注易感人群也将成为未来的防控工作重点。研究易感性，提前增加非药物干预措施，有助于科学合理分配医疗资源，增加治疗效果和提高救治率。研究易感性还可以指导疫苗接种策略。疫苗是控制疫情的重要手段之一，了解人群的易感性可以帮助确定疫苗接种的优先顺序和策略，以最大程度地降低感染风险，还可以帮助评估疫苗的有效性和保护效果，为后续疫苗研发和改进提供科学依据。此外，新冠病毒的变异一直是全球关注的焦点，研究易感性还有助于人们更好地理解病毒的传播特征、传播途径以及变异规律，以帮助制定更精准的疫情监测和防控策略，及时应对可能出现的新的病毒变异。

3、对于新冠病毒的易感性研究，当前主要采用基于易感基因的预测手段、基于代谢组学数据的生物标志物发现手段，或基于tcr（t-cell receptor，t细胞抗原受体）/bcr（b-cell receptor，b细胞抗原受体）测序手段实现。

4、然而，采用易感基因预测方法，虽然可以发现易感基因，但往往只能揭示部分遗传因素，无法全面覆盖所有影响易感性的因素，缺乏全面性。且这种方法基于静态的基因型数据进行预测，无法反映个体在不同时间点和环境下的动态变化，易受遗传和环境交互作用的影响，缺乏动态性。

5、采用基于代谢组学数据的生物标志物发现方法进行预测时，容易受到个体代谢状态、饮食习惯等因素的影响，且样本异质性也可能导致生物标志物的发现不稳定。此外，代谢组学数据虽然可以提供生物标志物，但往往缺乏对背后生物学机制的深入解释，限制了对新冠感染易感性的理解。

6、tcr/bcr测序方法则局限于免疫系统，无法全面地考虑其他影响新冠感染风险的因素。且这种方式往往需要复杂的实验操作和数据处理，无形中增加了实验成本和时间成本，限制了其在大规模应用中的可行性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种用于新冠病毒易感性的预测标志物、一种新冠病毒易感性的预测方法、一种新冠病毒易感性的预测装置、一种电子设备及一种存储介质，用于解决或部分解决现有相关新冠易感风险预测方法中存在的生物标志物发现不稳定、风险预测局限性较大、可行性较低的技术问题。

2、本发明提供了一种用于新冠病毒易感性的预测标志物，所述预测标志物为基于人体血液样本进行提取的差异性表达基因组，所述预测标志物用于预测人体的新冠易感风险。

3、可选地，所述差异性表达基因组包括上调基因以及下调基因，所述上调基因包括zswim3、egr2、egr3、ffar2、lima1以及apol1，所述下调基因包括tnfrsf21、cdyl、rell1、usp3、ctsk以及fam156b。

4、本发明还提供了一种新冠病毒易感性的预测方法，所述方法采用如上所述的预测标志物对人体的新冠易感风险进行预测，所述方法包括：

5、获取待测血液样本，并从所述待测血液样本中提取待测pbmc样本；

6、从基因表达谱中提取所述预测标志物在所述待测pbmc样本中的待测基因表达数据；

7、将所述待测基因表达数据输入至预训练的新冠易感预测模型进行易感风险判断，获得所述待测血液样本所对应人体的新冠易感风险评估结果。

8、可选地，所述新冠易感预测模型的构建与训练过程，包括：

9、获取预先构建的新冠易感风险数据集，并按照预设划分比例，将所述新冠易感风险数据集随机划分为新冠易感训练集以及新冠易感测试集；

10、构建若干个不同类型的分类预测模型；

11、基于所述新冠易感训练集，分别对各个所述分类预测模型进行易感风险判断训练，并在训练过程中对各个所述分类预测模型进行参数调整优化；

12、将训练后获得的预测准确性最高的分类预测模型作为新冠易感预测模型；

13、采用所述新冠易感测试集评估所述新冠易感预测模型的模型预测效果，获得多个模型评估指标，绘制所述新冠易感风险数据集对应的roc曲线，计算特征重要性。

14、可选地，所述新冠易感风险数据集的构建过程，包括：

15、获取试验人群的血液样本数据，以及所述试验人群在新冠病毒大流行期间的症状情况；

16、基于所述血液样本数据进行多组学测序分析，获得抗体水平数据；

17、根据所述抗体水平数据以及所述症状情况，将所述试验人群划分为未感染组、无症状组以及有症状组；

18、提取所述血液样本数据中每一个试验血液样本的试验pbmc样本，并对每一个所述试验pbmc样本进行测序处理，获得转录组测序数据；

19、将各个所述转录组测序数据比对至参考基因组，获得基因比对信息，并将所述基因比对信息转换为原始基因表达矩阵；

20、根据预设过滤条件对所述原始基因表达矩阵进行过滤，获得过滤基因表达矩阵；

21、从所述过滤基因表达矩阵中筛选出蛋白编码基因，去除重复基因，获得目标基因表达矩阵，对所述目标基因表达矩阵进行标准化处理后获得tpm值，所述tpm值用于在不同试验pbmc样本之间进行基因表达水平比较；

22、对所述目标基因表达矩阵进行统计分析，将所述有症状组作为第一易感组，将所述无症状组以及所述未感染组作为第二易感组；

23、对所述第一易感组以及所述第二易感组进行基因差异表达分析，筛选出符合预设显著表达变化条件的差异性表达基因组，作为人体新冠易感影响的预测标志物；

24、从基因表达谱中提取所述预测标志物在每一个所述试验pbmc样本中的试验基因表达数据，并将各个所述试验基因表达数据，整合成一个新冠易感风险数据集。

25、可选地，所述试验人群包括多个试验个体，所述症状情况为无症状或有症状，所述根据所述抗体水平数据以及所述症状情况，将所述试验人群划分为未感染组、无症状组以及有症状组，包括：

26、将igg抗体水平≤100（au/ml）的试验个体划入未感染组；

27、将igg抗体水平>100（au/ml），且症状情况为无症状的试验个体划入无症状组；

28、将igg抗体水平>100（au/ml），且症状情况为有症状的试验个体划入有症状组。

29、可选地，所述对所述第一易感组以及所述第二易感组进行基因差异表达分析，筛选出符合预设显著表达变化条件的差异性表达基因组，作为人体新冠易感影响的预测标志物，包括：

30、对所述第一易感组以及所述第二易感组进行基因差异表达分析，以padj≤0.05，log2fc>0作为基因的显著上调标准，筛选出上调基因，所述上调基因包括zswim3、egr2、egr3、ffar2、lima1以及apol1；

31、以log2fc<0作为基因的显著下调标准，筛选出下调基因，所述下调基因包括tnfrsf21、cdyl、rell1、usp3、ctsk以及fam156b；

32、将由zswim3、egr2、egr3、ffar2、lima1、apol1、tnfrsf21、cdyl、rell1、usp3、ctsk以及fam156b这12个基因所组成的差异性表达基因组，作为人体新冠易感影响的预测标志物。

33、本发明还提供了一种新冠病毒易感性的预测装置，所述装置应用于新冠病毒易感性的预测方法，所述方法采用如上所述的预测标志物对人体的新冠易感风险进行预测，所述装置包括：

34、待测pbmc样本提取模块，用于获取待测血液样本，并从所述待测血液样本中提取待测pbmc样本；

35、待测基因表达数据提取模块，用于从基因表达谱中提取所述预测标志物在所述待测pbmc样本中的待测基因表达数据；

36、新冠易感风险判断模块，用于将所述待测基因表达数据输入至预训练的新冠易感预测模型进行易感风险判断，获得所述待测血液样本所对应人体的新冠易感风险评估结果。

37、本发明还提供了一种电子设备，所述设备包括处理器以及存储器：

38、所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

39、所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行如上任一项所述的新冠病毒易感性的预测方法。

40、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行如上任一项所述的新冠病毒易感性的预测方法。

41、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

42、针对现有技术中的不足，提出了一种用于病毒易感性的预测标志物以及相应的预测方法。首先，提供了一种用于新冠病毒易感性的预测标志物，所述预测标志物为基于人体血液样本进行提取的差异性表达基因组。其次，提供了一种相应的新冠病毒易感性的预测方法：获取待测血液样本，并从待测血液样本中提取待测pbmc样本；从基因表达谱中提取预测标志物在待测pbmc样本中的待测基因表达数据；将待测基因表达数据输入至预训练的新冠易感预测模型进行易感风险判断，获得待测血液样本所对应人体的新冠易感风险评估结果。从而通过位于人体血液样本中的预测标志物，结合相应的新冠病毒易感性预测方法，可以简单快速且准确地预测人体新冠易感风险。