分类算法在IDDM大鼠数据上的应用

# 分类算法在IDDM大鼠数据上的应用 ## 1. 引言 1型糖尿病是一种自身免疫性疾病，其发病机制是抗原呈递细胞、T细胞与环境触发因素（如营养物质和病毒感染）相互作用，导致β细胞被破坏。目前，该疾病的预测和诊断面临两大挑战：一是缺乏与T细胞介导的β细胞破坏和自我耐受诱导机制相关的生物标志物；二是阻断β细胞自身免疫的干预策略尚未完全明确。 胰岛素依赖型糖尿病（IDDM）大鼠是自发性自身免疫性糖尿病的动物模型，约60%的动物在60天左右会出现T细胞介导的β细胞破坏，引发糖尿病综合征。40 - 50天胰岛浸润的狭窄时间范围，使该模型成为研究免疫耐受诱导策略和机制的宝贵工具。诱导免疫耐受是阻止1型糖尿病自身免疫的有前景的方法，如抗CD3抗体和用修饰的β细胞抗原（如胰岛素、GAD65和hsp60）进行疫苗接种，可在自身免疫性糖尿病动物模型中阻断自身免疫并诱导自我耐受，但这些策略在转化为常规临床应用时仍存在局限性。 本项目的目的有两个：一是阐明调节性抗CD4抗体RIB5/2在IDDM大鼠模型中预防β细胞自身免疫破坏的机制；二是分析自身免疫进展和/或自我耐受诱导过程中外周血中的免疫细胞（生物）标志物。 ## 2. 背景与研究现状 1型糖尿病中β细胞的破坏是一个复杂的过程，涉及β细胞、抗原呈递细胞、自身攻击性T细胞和环境触发因素之间的网络。受攻击的β细胞并非被动旁观者，而是积极参与自身破坏过程。许多细胞因子和病毒诱导的影响β细胞功能和存活的效应，在转录和转录后/翻译水平受到调节。T细胞调节自身免疫过程，自身反应性T细胞可传播疾病。因此，在疾病前驱期或明显糖尿病发作时进行免疫干预，会影响自身反应性和调节性T细胞之间的平衡。 目前，虽可通过标准体外增殖和四聚体测定法识别β细胞特异性自身反应性T细胞，但这些细胞类型在健康个体中也可检测到。尽管分析自身抗体可评估1型糖尿病风险，但仍无法推断胰腺局部淋巴区室中T细胞的功能。值得注意的是，在基因表达生物标志物的分子水平上，对T细胞激活和自我耐受诱导有广泛的了解。我们假设生物标志物必须进行动态分析，因为它们在自身免疫的不同阶段对自身免疫发展具有特定的预测价值。 基因表达模式分析可能有助于在早期区分受1型糖尿病影响的受试者和健康动物。在首次实验中，我们发现对全血细胞中T细胞分化、T细胞功能和细胞因子表达的选定基因进行分析时，在糖尿病前期早期（出生后45天），RT6 T细胞增殖基因对IDDM大鼠糖尿病发作最为关键，其次是胰岛浸润阶段（出生后50天）的选择素和神经纤毛蛋白，以及β细胞破坏进展阶段（出生后55天）的IL - 4。 ## 3. 数据 进行了多项实验并进行了统计评估。例如，一项实验表明，用抗体RIB 5/2治疗糖尿病前期IDDM大鼠可显著降低糖尿病发病率（从60%降至11%）。 最近的实验使用了12只大鼠的数据，监测了它们在生命的第30、35、40、45、50、55、60、65、70、80和90天血液免疫细胞中功能基因簇的基因表达数据。但只有45 - 60天的数据被认为对预测大鼠是否会患糖尿病至关重要。12只大鼠中，6只患糖尿病，3只未患，另外3只（背景品系）因育种方式对糖尿病具有抗性。 由于测量设备的问题，数据质量较差，许多数据缺失，一些数据明显错误，尤其是早期和晚期测量时间点的数据。不过，最重要的测量时间点在中间阶段，因此在某些测量时间点，仅使用了12只大鼠中11只的数据。 ## 4. 实验结果 实验使用了大鼠出生后45、50、55和60天的测量时间点的数据，属性为18个预选基因和生物标志物，类别标签为“糖尿病”、“无糖尿病”和“