أعادت هذه الدراسة تحليل بيانات مجهولة الهوية ومتاحة للعامة، ولم تتضمن أي عمليات توظيف جديدة أو تدخلات أو جمع عينات. وبناءً على ذلك، لم تكن هناك حاجة إلى موافقة أخلاقية مؤسسية أو موافقة مستنيرة جديدة لهذا التحليل الثانوي الحالي. وقد ذكر منشئو البيانات المعنيون الحصول على الموافقة الأخلاقية والموافقة المستنيرة للدراسات الأصلية.
تصميم الدراسة ومنطق سير العمل
أجرينا دراسة معلوماتية حيوية استرجاعية للبيانات العامة باستخدام مجموعات بيانات مودعة في قاعدة بيانات Gene Expression Omnibus20,21. لم يتم استخراج عينات مرضى جديدة، أو إجراء تجارب زراعة خلوية، أو نماذج حيوانية، أو عمليات تحقق مخبرية. اعتمد سير العمل تصميماً يرتكز على "المرساة أولاً" (anchor-first design)؛ حيث استُخدمت مجموعة البيانات GSE117827 لتقدير حجم التأثير، وبناء الوحدات (modules)، والتوافق بين المقصورات، وتحليل تدرج الأعراض. ولم يتم إدخال مجموعات البيانات المستقلة إلا بعد تحديد عضوية الوحدات. تضمن سير العمل تثبيت المقصورات المزدوجة، ورسم الخرائط وفق نظام HGNC والتصفية للبروتينات المشفرة، وبناء وحدات منفصلة للأنف والدم، والتحقق من التطابق النسيجي والطولي، والمعايرة السريرية، وتحليلات المتانة. وشملت التحليلات التأكيدية الاختبارات المقفلة للتطابق النسيجي والطولي، بينما كانت تحليلات الجينات المتداخلة، وتدرج الأعراض، وبرنامج العلامات، وتحليلات التباين استكشافية أو وصفية.
المجموعة المرجعية والتباين الأساسي
تتضمن مجموعة البيانات GSE117827 ملفات تعبير جيني من مسحات أنفية وعينات دم كاملة لـ 26 طفلاً: 9 حالات مصابة بفيروس بيكورنافيروس (picornavirus) ظهرت عليها أعراض، و5 حالات تم فيها الكشف عن فيروس بيكورنافيروس دون أعراض، و6 حالات مصابة بالفيروس المخلوي التنفسي (RSV) ظهرت عليها أعراض، و6 عينات ضابطة سلبية للفيروسات دون أعراض17. افتقرت حالتان من حالات RSV إلى عينات دم. وبناءً على ذلك، تضمن التصميم المرجعي الكامل 50 عينة، واحتوى التباين الأساسي بين "المصابين" و"المجموعة الضابطة" على 40 عينة بعد استبعاد حالات الكشف عن بيكورنافيروس غير المصحوبة بأعراض من بناء الوحدات (module construction). بالنسبة للتباين الأساسي، تم تصنيف عينات بيكورنافيروس ذات الأعراض وعينات RSV ذات الأعراض على أنها "مصابة"، بينما صُنفت العينات السلبية للفيروسات دون أعراض على أنها "ضوابط". ولم تُعامل حالات الكشف عن بيكورنافيروس غير المصحوبة بأعراض كضوابط لأن الكشف عن الفيروس في غياب الأعراض يختلف بيولوجياً عن الحالة الصحية السلبية للفيروسات. وقد استُبعدت هذه العينات من بناء الوحدات واستُخدمت لاحقاً لتحليل تدرج الأعراض.
تخطيط المسابر والمعالجة المسبقة
تم تحليل ملف GSE117827 على منصة GPL23126. وقد تم ربط معرفات العناقيد النسخية برموز الجينات باستخدام ملف التعليقات التوضيحية Clariom D Human na36, hg38 الموزع عبر منصة GEO GPL24539. تم الاحتفاظ فقط بالرموز المعتمدة من HGNC22. كما تم استبعاد مسابر التحكم، ومسابر ERCC، والعناقيد النسخية غير المخططة، والرموز غير المعتمدة. وفي حال وجود عناقيد نسخية متعددة مرتبطة بنفس الرمز المعتمد، تم دمجها عن طريق حساب وسيط التعبير. وبعد عمليات التصفية والدمج، توفرت 27,685 جينة لتحليل المرساة. تم تطبيق تحويل log₂(x + 1) فقط عندما تجاوز المئوي 95 من مصفوفة التعبير قيمة 50، مما يشير إلى مقياس شدة غير لوغاريتمي. تم استبعاد الجينات التي تحتوي على قيم مفقودة بنسبة تزيد عن 20%؛ واستُبدلت القيم المفقودة المتبقية بالوسيط الخاص بكل جينة. بعد ذلك، تم توحيد كل جينة عبر جميع العينات في تلك المجموعة من البيانات وفق المعادلة z = (x − mean)/sample standard deviation (ddof = 1). وقد خُصصت قيمة معيارية قدرها 0 للجينات ذات التباين الصفري. واقتصر بناء الوحدات (Module construction) على المدخلات المصنفة كجينات مشفرة للبروتين في مجموعة HGNC الكاملة.
تحليل حجم التأثير وبناء الوحدة
تم تحليل الحجيرات الأنفية والدموية بشكل منفصل. وقورنت العينات الفيروسية ذات الأعراض مع ضوابط سلبية للفيروس باستخدام فروق المتوسطات المعيارية لـ Hedges g واختبارات Welch ثنائية الجانب23. تم حساب Hedges g كفرق المتوسط بين المصاب والضابط مقسوماً على الانحراف المعياري المجمع ومضروباً في تصحيح العينات الصغيرة 1 − 3/(4df − 1)، حيث df = ninfected + ncontrol − 2. تم تنفيذ اختبارات Welch مع تباينات غير متساوية. كما تم حساب معدلات الاكتشاف الخاطئة لـ Benjamini–Hochberg عبر جميع الجينات المختبرة داخل كل حجيرة24. ونظراً لأنه لم يستوفِ أي جين مشفر للبروتين المزيج الصارم المحدد مسبقاً من FDR < 0.05 و Hedges g > 0.8 في مجموعة المرتكز الصغيرة، فقد تم ترتيب الجينات ذات التأثير الإيجابي أولاً حسب القيمة الاحتمالية P التصاعدية لاختبار Welch ثنائي الجانب، ثم حسب Hedges g التنازلية، مع استخدام رمز الجين كفاصل نهائي حتمي في حال التساوي. شكلت أفضل 50 جيناً كل وحدة أساسية. تم اختيار خمسين جيناً مسبقاً كحجم وحدة متوسط يحافظ على الاتساع البيولوجي مع الحد من فقدان الجينات المفقودة عبر المنصات. لم يتم ضبط حجم هذه الوحدة وفقاً لـ AUROC خارجي. وأدت تحليلات الحساسية باستخدام 10 و 25 و 50 و 100 و 200 جين إلى نفس نتيجة فصل المرتكز النوعية. كان الهدف هو إمكانية التكرار على مستوى الوحدة، وليس اكتشاف جين واحد.
التوافق عبر الحجرات
تمت مواءمة تقديرات Hedges g للأنف والدم حسب الجين ومقارنتها باستخدام ارتباطات بيرسون وسبيرمان. وتم تلخيص التداخل بين أهم 50 وحدة في الأنف وأهم 50 وحدة في الدم من خلال عدد التداخل ومؤشر جاكارد. وقد تم تفسير الجينات المتداخلة كمرشحات استكشافية لتداخل الرتب عبر الحجرات بدلاً من كونها مؤشرات حيوية محفوظة ومثبتة.
التحقق الخارجي المطابق للأنسجة
استخدم التحقق من درجات الوحدة مجموعات بيانات عامة مستقلة ذات مجموعات مصدرية قابلة للتفسير. شمل التحقق من المسالك الهوائية العلوية عينات غسيل أنفي لـ RSV من مجموعة GSE41374 ومجموعات بيانات SARS-CoV-2 رقم GSE152075 وGSE156063. وشمل التحقق من الدم مجموعة GSE171110 ووحدتين من GSE38900 تم تطبيعهما بشكل منفصل: GPL10558 (36 عينة؛ 28 RSV و8 ضوابط) وGPL6884 (138 عينة؛ 107 RSV و31 ضابطاً). وفي كل مجموعة بيانات خارجية، تم ربط المجسات برموز HGNC، وتم دمج الرموز المكررة عن طريق متوسط التعبير. كما طُبقت قواعد التحويل ذاتها، وتصفية القيم المفقودة، والتعويض بالوسيط، وقواعد التقييس z لكل جين المستخدمة في مجموعة البيانات المرجعية ضمن كل مجموعة بيانات. وحُسبت درجة الوحدة كمتوسط غير موزون لقيم التعبير المقيسة لجينات الوحدة الممثلة. وتم تسجيل AUROC، ومتوسط الدقة، وFDR لاختبار Welch كمقاييس للقابلية للنقل، وليس كتقديرات للأداء التشخيصي السريري.
مجموعات بيانات مرجعية سريرية كبيرة ومجموعات بيانات اضطرابات خارج الجسم (ex vivo)
استُخدمت مجموعتان من بيانات الدم الكامل كمرجعيات سريرية بدلاً من أن تكون مجموعات استكشافية. في مجموعة GSE63990، صُنفت العينات بناءً على البيانات الوصفية لحالة العدوى المودعة إلى عدوى تنفسية فيروسية (n = 117)، أو عدوى تنفسية بكتيرية (n = 73)، أو مرض غير معدٍ (n = 90)؛ واستُبعدت العينات التي لم تحمل أحد هذه التصنيفات الواضحة18. وفي مجموعة GSE40012، تم تعيين حقول التشخيص المودعة إلى الالتهاب الرئوي الناجم عن إنفلونزا A (n = 39)، أو الالتهاب الرئوي البكتيري بدون إنفلونزا (n = 61)، أو متلازمة الاستجابة الالتهابية الجهازية (SIRS) بدون التهاب رئوي (n = 40)، أو ضوابط صحية (n = 36)، أو التهاب رئوي بكتيري/إنفلونزا مختلط (n = 14)19. وقد وُصفت العينات المختلطة البكتيرية/الإنفلونزا ولكن استُبعدت من مقارنات المرجعية الثنائية.
تحتوي GSE53543 على 196 ملف تعريف لخلايا PBMC مستخلصة خارج الجسم من 98 فرداً. قدم كل فرد عينة واحدة تحتوي على الوسط الغذائي فقط وعينة واحدة تعرضت لفيروس rhinovirus 16 لمدة 24 h؛ وقد أكدت معرفات الأشخاص وجود 98 زوجاً كاملاً. سجل المقياس المرجعي الرئيسي قيمة AUROC عبر العينات المحفزة البالغ عددها 98 والعينات غير المحفزة البالغ عددها 98 لأن AUROC هو مقياس لفصل الرتب. تم الاحتفاظ بازدواج الأشخاص في البيانات الوصفية واستُخدم ذلك في تحليل حساسية مزدوج لفروق الدرجات. تم تحليل هذه التجربة بشكل منفصل عن العدوى السريرية الطبيعية ولم تُستخدم لدعم ادعاءات التشخيص السريري.
تم تنزيل مصفوفات سلسلة GEO الخام لكل من GSE63990 وGSE40012 وGSE53543. واستُخدم GPL571 لـ GSE63990، وGPL6947 لـ GSE40012، وGPL10558 لـ GSE53543. تم تعيين المجسات إلى الرموز المعتمدة من HGNC، وتم دمج التعيينات المكررة باستخدام متوسط التعبير. كما استُخدمت المصفوفات الموحدة المودعة مسبقاً. أدت قاعدة المئين 95 العامة إلى تفعيل تحويل log₂(x + 1) فقط للمصفوفات ذات المقياس غير اللوغاريتمي. أما GSE53543 فقد خضعت بالفعل لتحويل log₂، وتوحيد غير متغير الرتبة، وتعديل بناءً على يوم المعالجة من قبل الباحثين الأصليين، لذا لم يتم تطبيق أي تحويل لوغاريتمي إضافي. وبعد إزالة الجينات التي تحتوي على قيم مفقودة بنسبة تزيد عن 20% وتعويض القيم المفقودة المتبقية باستخدام الوسيط، تم إجراء تقييس z لكل جين عبر جميع العينات ضمن مجموعة البيانات الخاصة به. واحتوت طبقة المعيار المرجعي على 470 عينة سريرية من الدم الكامل و196 عينة من خلايا PBMC المستخلصة خارج الجسم (ex vivo).
قياس أداء البصمة المرجعية
تم قياس أداء وحدات الأنف والدم المرجعية مقابل ثلاث مجموعات مرجعية غير موزونة. تم نقل مجموعة Pandya الرسمية المكونة من 33 mRNA من الجدول التكميلي 1 في تقرير المصنف الأصلي5. وتكون مقارن Andres-Terre من 33 جيناً موجهاً بالإنترفيرون تم اختيارها من البصمة المذكورة للفيروسات المتعددة3. أما مقارن Hallmark فقد تكون من مجموعة فرعية أساسية من 33 جيناً للإنترفيرون-ألفا مرتبطة بمجموعة MSigDB HALLMARK_INTERFERON_ALPHA_RESPONSE25,26. وتتوفر قوائم الجينات الكاملة للمجموعات المرجعية الثلاث في البيانات التكميلية 1. لا تعيد درجات المرجع هذه إنشاء المصنفات الموزونة الأصلية. وبالنسبة لكل مجموعة بيانات، تم حساب الدرجة كمتوسط غير موزون لدرجات z المتاحة لكل جين؛ وكان يشترط وجود ثلاثة جينات ممثلة على الأقل، كما تم تسجيل عدد الجينات الممثلة. وكانت مقارنات قياس الأداء هي: الفيروسية مقابل البكتيرية، والفيروسية مقابل غير المعدية، والفيروسية مقابل البكتيرية-أو-غير المعدية، والفيروسية مقابل السليمة/المجموعة الضابطة، والبكتيرية مقابل السليمة/المجموعة الضابطة حيثما توفرت المجموعات المطلوبة. وتم تفسير AUROC ومتوسط الدقة كمقاييس لقياس الأداء. كما تم تعديل قيم P لاختبار Welch باستخدام إجراء Benjamini–Hochberg عبر جميع تركيبات مجموعة البيانات-المقارنة-الوحدة الصحيحة في جدول قياس الأداء.
التحقق الطولي المستقل
استُخدمت مجموعات البيانات المقترنة للمرحلة الحادة مقابل مرحلة الخروج GSE97741 وGSE97742 لأغراض التحقق الطولي فقط27. شكلت العينات المصنفة كعدوى مفردة بـ RSV (RSVsi) أو فيروس الأنف (hRV) في البيانات الوصفية المودعة أساس التحليل الأولي؛ بينما تم الإبقاء على حالات العدوى المشتركة بـ RSV (RSVco) في المخرجات التكميلية فقط. تم استخلاص تسميات المرحلة الحادة والخروج من عناوين العينات. تمت مطابقة العينات حسب مجموعة البيانات، والحيز التشريحي، ومجموعة الفيروسات، ومعرف الشخص، وتم الإبقاء فقط على الأشخاص الذين توفرت لديهم كلتا النقطتين الزمنيتين. تألفت المجموعة المدمجة الأساسية من 38 زوجًا من RSVsi و30 زوجًا من hRV (68 زوجًا لكل حيز تشريحي).
لم يتم استخدام اختيار الجينات، أو تحسين الوحدات، أو ضبط العتبة باستخدام GSE97741 أو GSE97742، حيث خُصصت هذه المجموعات من البيانات للتحقق الخارجي. تم تعيين معرفات المسبار إلى رموز HGNC المعتمدة، وتم دمج الرموز المكررة عن طريق متوسط التعبير. طُبقت قاعدة تحويل اللوغاريتم عند المئوية 95، ومرشح القيم المفقودة، والتعويض بالوسيط، وإجراءات توحيد z القياسي لكل جين داخل مجموعة البيانات قبل حساب درجات وحدة GSE117827 الثابتة.
لكل نسيج ووحدة، تم إقران درجات المرحلة الحادة ومرحلة الخروج حسب الخاضع للتجربة ومجموعة الفيروس. حُسب الفرق بين المرحلة الحادة ومرحلة الخروج لكل زوج. وتم حساب قيمة Cohen dz كمتوسط الفرق المزدوج مقسوماً على الانحراف المعياري للعينة. كما تم تسجيل نتائج اختبارات t المزدوجة ثنائية الجانب واختبارات ويلكوكسون لترتيب الرتب الموقعة ثنائية الجانب، جنباً إلى جنب مع مساحة تحت منحنى خصائص التشغيل للمستقبل (AUROC) للفصل بين درجات المرحلة الحادة ومرحلة الخروج. وحُسبت قيم معدل الاكتشاف الخاطئ (FDR) وفق منهجية بنجاميني-هوشبرغ عبر جميع اختبارات t المزدوجة العشرين الصالحة في المخرجات الطولية الكاملة (مجموعتان من البيانات، ومصدران للوحدات، وخمسة ملخصات محددة مسبقاً لمجموعات الفيروسات).
تحليل تدرج الأعراض والتحليل البعدي
بعد تحديد عضوية الوحدات، استُخدمت عمليات الكشف عن الفيروسات البيكورناوية غير المصحوبة بأعراض والمستبعدة من GSE117827 لتحليل تدرج الأعراض فقط. كانت الدرجة السريرية الترتيبية 0 لعينات التحكم السلبية للفيروس، و1 لحالات الكشف عن الفيروسات البيكورناوية غير المصحوبة بأعراض، و2 للعدوى المصحوبة بأعراض. قَيّم معامل ارتباط Spearman الاتجاه الترتيبي، بينما قَيّم اختبار Kruskal–Wallis الفروق العامة بين المجموعات الثلاث. وقورنت أزواج المجموعات الثلاث باستخدام اختبارات Mann–Whitney U البعدية ثنائية الاتجاه. طُبق تصحيح Benjamini–Hochberg بشكل منفصل داخل كل مقصورة على مجموعة المقارنات الزوجية الثلاث الخاصة بها.
الإثراء الوظيفي
تم تحليل جينات وحدات الأنف والدم باستخدام Enrichr عبر gseapy، وذلك بالاستعانة بمكتبات MSigDB Hallmark 2020، وReactome 2022، وGO Biological Process 2023.25,26,28,29,30,31استخدم برنامج Enrichr إطار عمل التمثيل المفرط القياسي القائم على اختبار فيشر الدقيق (Fisher's exact test). وقد تم تعديل القيم المبلغ عنها في المكتبة وفقاً لمنهجية بنجاميني-هوخبيرج (Benjamini–Hochberg). P القيم < اعتُبرت القيم التي بلغت 0.05 ذات دلالة إحصائية. وقد صُنفت المصطلحات الثمانية الأكثر دلالة لكل وحدة عبر المكتبات الثلاث المستعلم عنها وفقاً للقيمة المعدلة P القيمة. واستُخدمت نتائج الإثراء لأغراض التفسير فقط.
تحليلات المتانة، وبرنامج الواسمات، والتباين
اختبرت تحليلات المتانة ما إذا كانت النتائج تعتمد على حجم الوحدة أو الاختيار العشوائي. تم تقييم أحجام وحدات مكونة من 10 و25 و50 و100 و200 جين. وبالنسبة لتحليل العدم للجينات العشوائية، تضمن الكون المؤهل جينات HGNC المشفرة للبروتين والممثلة في مصفوفة GSE117827 المعالجة. تم أخذ عينات من خمسمائة مجموعة، كل منها تضم 50 جيناً، دون استبدال باستخدام بذرة NumPy العشوائية 20260622. اقتصرت إعادة اختيار Bootstrap على 1,000 جين مشفر للبروتين ذي تأثير إيجابي، وهي الأعلى تصنيفاً في تحليل الارتكاز الأصلي لكل مقصورة. وفي كل إعادة أخذ عينات، تم ترتيب الجينات المشفرة للبروتين ذات التأثير الإيجابي تصاعدياً وفقاً لقيمة P لـ Welch ثنائية الجانب، ثم تنازلياً وفقاً لمتوسط الفرق. تم اختيار أفضل 50 جيناً. وحُسب استقرار الجينات كعدد مرات الاختيار مقسوماً على 100. كما عُرضت الـ 20 جيناً ذات أعلى تردد اختيار في كل مقصورة.
استُخدمت درجات برامج المؤشرات كأدوات وصفية بدلاً من استخدامها لتقدير كسور الخلايا. تم تقييم ستة برامج منسقة: الظهارية (EPCAM, KRT8, KRT18, KRT19, MUC1, KRT5, KRT14, SCGB1A1, FOXJ1)، والوحيدات/البلعمية (LYZ, LST1, S100A8, S100A9, FCGR3A, FCGR1A, CD14, MS4A7, CTSS)، والعدلات (S100A8, S100A9, MPO, ELANE, CEACAM8, FCGR3B, OLFM4, MMP8)، والخلايا التائية/القاتلة الطبيعية (CD3D, CD3E, TRAC, NKG7, GNLY, PRF1, GZMB, KLRD1, IL7R)، والخلايا البائية/البلازمية (MS4A1, CD79A, CD79B, MZB1, JCHAIN, IGHG1, SDC1)، والإنترفيرون النخاعي (SIGLEC1, IFI27, IFI44L, ISG15, MX1, OAS1, RSAD2, IFIT3). تم حساب درجة كل برنامج كمتوسط لدرجات z المتاحة لكل جين، مع اشتراط وجود ثلاثة جينات ممثلة على الأقل. تم تعديل قيم P لـ Spearman باستخدام إجراء Benjamini–Hochberg عبر العائلة الكاملة من ارتباطات مجموعة البيانات والوحدة والبرنامج. تم حساب مربع إيتا أحادي الاتجاه كقسمة مجموع المربعات بين المجموعات على مجموع المربعات الكلي لكل زوج من الوحدة والعامل. استُبعدت الصفوف التي تفتقر إلى العامل ذو الصلة من هذا الحساب. كان هذا التحليل وصفياً ولم يتم تعديله بالنسبة للعوامل المرتبطة تبادلياً.
إمكانية التكرار
أُجريت جميع التحليلات باستخدام سير عمل مبرمج في لغة Python 3.12.13، مع حزم البرامج وإصداراتها الموضحة في جدول المواد. استخدمت الإجراءات العشوائية بذرة ثابتة (seed) بقيمة 20260622. تمت معالجة مصفوفات التعبير الجيني العامة من GEO باستخدام هيكل مشروع متسق يفصل بين المدخلات الخام، والبيانات المعالجة، والمخرجات الإحصائية، والجداول، والأشكال. كما تم الاحتفاظ بتعريفات الوحدات (Modules)، وسجلات تنسيق العينات، وتقديرات حجم التأثير، وإحصائيات التحقق، ونتائج الإثراء، وتحليلات المتانة، والبيانات المصدرية للأشكال لدعم التحقق المستقل. يتوفر كود التحليل، ومواصفات التبعيات، والبيانات المشتقة الداعمة كما هو موضح في بيان توفر البيانات.