综述:在测量暴露组(exposome)及其在痴呆症发展中的作用的方法学研究方面,主要的研究重点包括:
《Alzheimers & Dementia》:Key research priorities in methodological approaches for measuring the exposome and studying its role in the development of dementia
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时间:2025年11月24日
来源:Alzheimers & Dementia 11.1
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本研究针对暴露组(exposome)与阿尔茨海默病等痴呆症关联的方法学挑战,通过多学科专家共识提出九大优先方向,包括高维多模态数据处理、测量误差校正、跨研究数据调和、混合暴露建模、效应异质性分析、暴露时间动态、累积暴露量化、反向因果规避及样本组成优化,旨在通过方法论创新提升研究质量。
在当今科学研究日益重视整体环境暴露对健康影响的背景下,阿尔茨海默病及相关痴呆症的研究正经历一场深刻的范式转变。传统上,研究者往往聚焦于单一因素对疾病发生的影响,而近年来,越来越多的证据表明,多种暴露因素在个体生命周期中相互作用,共同塑造了痴呆风险。这种由所有暴露组成的“暴露组学”概念,即“exposome”,已经成为理解疾病发生机制和制定干预策略的重要工具。然而,对暴露组学的全面测量和建模仍然是一个复杂且充满挑战的过程。本文旨在探讨当前研究中面临的主要方法学问题,并提出未来可能的改进方向,以推动对暴露组学与痴呆风险之间关系的深入理解。
暴露组学不仅包括外部环境因素,如空气污染、社会经济状况、生活方式等,还包括内部生物标志物,如炎症、氧化应激等。这些因素在个体不同生命阶段可能以不同的方式相互影响,因此,对暴露组学的研究需要考虑时间维度和变量间的复杂互动。然而,这种全面性和跨时间的视角也带来了诸多方法学上的挑战,包括如何处理高维和多模态数据、如何减少测量误差、如何在不同研究间实现数据的标准化,以及如何处理暴露混合、效应异质性、暴露时间、累积暴露、反向因果关系和样本构成等问题。本文通过广泛的专家讨论和社区参与,识别了九个关键方法学优先事项,为未来的研究提供了指导方向。
首先,高维和多模态数据的处理是暴露组学研究中的核心挑战之一。随着科技的发展,越来越多的数据来源被引入到暴露评估中,例如可穿戴设备、行政记录、全球环境模型以及多组学数据等。这些数据为研究者提供了前所未有的机会,以更全面、更精确地捕捉个体在不同时间点的暴露情况。然而,这些数据的整合和分析也带来了新的问题,例如如何在数据维度高、信息丰富的同时,避免信息冗余和维度灾难。机器学习方法被广泛认为是解决这一问题的有力工具,但它们的应用仍然面临诸多挑战,包括模型泛化能力、对不同数据结构的适应性以及如何向非专业研究人员有效传达这些方法的优势与局限性。
其次,测量误差是影响研究结果准确性的关键因素之一。无论是自述数据、仪器测量还是模型预测,测量误差都可能导致偏差,进而影响对痴呆风险的判断。在暴露组学研究中,由于涉及多个时间点和多种暴露类型,测量误差的累积效应尤为显著。因此,如何量化测量误差、评估其对分析结果的潜在影响,并在研究设计中合理考虑这些误差,成为提高研究质量的重要课题。此外,一些暴露因素具有空间分布特征,如空气污染和环境变量,这使得测量误差的处理更加复杂。未来的研发方向应包括更精确的测量工具和更系统的误差评估框架,以确保研究结论的可靠性。
第三,数据标准化是实现跨研究比较和整合的重要前提。不同研究可能采用不同的测量方法和指标,导致数据之间的可比性降低。因此,需要建立统一的数据标准和处理流程,以确保研究结果的一致性和可重复性。标准化不仅涉及测量方法的一致性,还包括研究设计和分析策略的协调。然而,标准化过程本身也存在挑战,特别是在不同文化背景、语言环境和研究对象特征差异较大的情况下。未来的重点应放在开发适用于不同情境的数据标准化方法,并通过跨学科合作和开放资源的共享,提升研究的可比性和通用性。
第四,暴露混合的建模方法是暴露组学研究中另一个重要的方向。暴露混合指的是多个暴露因素同时发生并相互作用,这在许多疾病研究中都存在。然而,传统的混合建模方法主要应用于化学混合物的研究,而暴露组学涉及的暴露因素更加广泛,包括社会、心理和环境等多个维度。因此,需要开发适用于多种暴露类型的混合建模方法,并探索其在不同研究设计中的适用性。此外,混合建模还需要考虑数据的结构和研究目标,例如如何识别关键暴露成分、如何估计整体效应以及如何分析暴露之间的交互作用。
第五,效应异质性是理解暴露对疾病影响的重要方面。效应异质性指的是暴露对不同群体的影响可能不同,这在痴呆研究中尤为明显。例如,某些暴露因素可能对高血压患者的影响更大,而对无高血压者的影响较小。因此,研究者需要采用数据驱动的方法,如机器学习,来识别这些异质性,并结合理论模型进行深入分析。这种方法不仅可以提高研究的解释力,还可以为个性化干预策略提供依据。
第六,暴露时间的分析是暴露组学研究的核心内容之一。不同暴露时间点可能对疾病风险产生不同的影响,因此,研究者需要关注暴露的时间分布和关键生命阶段。例如,某些暴露因素可能在早期生活阶段对痴呆风险的影响更为显著,而另一些因素则可能在中年或老年阶段发挥更大作用。为了准确评估这些时间效应,需要开发适用于长期暴露分析的方法,如分布式滞后模型,同时还需要考虑数据缺失和时间相关误差等问题。
第七,累积暴露的量化是理解疾病发展过程的重要手段。累积暴露指的是个体在不同时间点暴露于多种风险因素的总体影响,这可能与疾病的进展速度和严重程度密切相关。因此,研究者需要采用适当的统计方法,如计算暴露时间的累积效应,以更全面地评估风险。然而,现有的累积暴露模型可能无法充分捕捉暴露模式的复杂性,例如某些暴露可能在短时间内集中发生,而另一些则可能在较长时间内持续存在。因此,需要开发更加灵活和准确的累积暴露评估方法,以适应不同研究情境。
第八,反向因果关系是暴露组学研究中不可忽视的问题。在某些情况下,观察到的暴露与疾病之间的关联可能是由于疾病本身影响了暴露,而非暴露导致了疾病。这种反向因果关系可能在长期暴露研究中尤为突出,因为疾病的潜伏期较长,使得时间顺序难以明确。因此,研究者需要在研究设计中考虑反向因果关系的可能性,并通过敏感性分析等方法评估其对研究结果的影响。此外,反向因果关系的识别和处理需要结合研究的具体背景和数据特点,以确保研究结论的科学性和可靠性。
第九,样本构成的差异可能导致研究结果的偏差或泛化能力不足。样本构成指的是研究对象的特征与目标人群之间的匹配程度。如果研究样本与目标人群在某些关键特征上存在差异,那么研究结果可能无法准确反映目标人群的情况。因此,研究者需要关注样本选择过程中的偏差,并采用适当的统计方法来调整这些偏差。此外,样本构成的差异还可能影响暴露与疾病之间的关联分析,特别是在涉及社会经济、文化背景等因素时。未来的重点应放在如何提高样本的代表性,并通过通用性和可迁移性方法,确保研究结果能够应用于更广泛的人群。
综上所述,暴露组学研究在阿尔茨海默病及相关痴呆症领域具有重要的科学价值和现实意义。然而,要实现这一目标,需要克服一系列方法学上的挑战。这些挑战涉及数据的获取、处理、建模以及结果的解释等多个方面。因此,未来的重点应放在开发和推广创新的方法,以提高暴露组学研究的质量和可靠性。同时,跨学科合作和开放资源的共享也是推动这一领域发展的重要途径。通过不断改进方法学,研究者可以更准确地揭示暴露组学对痴呆风险的影响机制,为疾病的预防和干预提供科学依据。
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