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科研天地 | 利用可解释人工智能预测并预防类风湿关节炎的复发
CCMTV风湿免疫 4992次浏览
2026-01-15


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Nat Med.杂志发表文章“Using explainable artificial intelligence to predict and forestall flare in rheumatoid arthritis”,本文围绕FLARE-RA研究展开,旨在整合类风湿关节炎患者滑膜与血液的多组学数据及临床信息,借助可解释人工智能技术开发机器学习工具以指导缓解期患者的治疗减停决策,并通过活检驱动的临床试验验证该工具帮助患者维持长期缓解的效果。




一、简介

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目前,类风湿关节炎的治疗目标是实现并维持疾病缓解,但缓解状态通常并不稳定,约50%的患者在减药或停药后会出现疾病复发,这对患者和临床医生而言都是一种负担。尽管已发现一些复发的预测因素,但这些因素并不能对大多数处于缓解期的类风湿关节炎患者的复发情况做出可靠预测。近期研究表明,对患者滑膜组织的细胞和分子特征进行解析,可能得到更准确的预测模型。




二、FLARE-RA临床试验设计与目标
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FLARE-RA临床试验旨在通过滑膜活检分析优化临床决策,以维持疾病缓解状态并预防复发。


目标一:构建缓解期患者的细胞与分子图谱


研究纳入不同免疫抑制治疗后达到缓解的类风湿关节炎患者,构建全面的滑膜组织和血液免疫细胞的细胞与分子图谱。患者纳入标准为在活检和停药时处于持续临床缓解状态(类风湿关节炎疾病活动度评分<1.6)且至少12个月超声检查无能量多普勒信号的患者。


上述患者一直接受以下任一药物的稳定剂量治疗:

  • 传统合成改善病情抗风湿药(cDMARDs)

  • 肿瘤坏死因子抑制剂(TNFi)

  • 白细胞介素-6受体抑制剂(IL-6Ri)

  • Janus激酶抑制剂(JAKi)

  • 细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4-抗体融合蛋白(CTLA4-Ig)

  • 患者的后续临床结局已知,即在治疗调整(停药)后12个月内,出现复发或维持缓解状态。


将这些患者的滑膜空间转录组学数据与治疗减停时血液单细胞RNA测序数据整合,为后续筛选复发或持续缓解的分子生物标志物提供基线数据。这些分子数据结合临床和影像学信息,将为开发基于可解释人工智能(AI)技术的机器学习工具奠定证据基础,该工具用于建议处于缓解期的患者是否应当减停治疗。(可解释人工智能是指设计技术以提取知识,并解释机器学习模型所做的决策。)


目标二:验证机器学习工具的临床价值


在一项独立的、由机器学习引导的活检驱动临床试验中,对上述机器学习工具进行前瞻性地测试、验证并完善。该试验纳入经cDMARDs、TNFi、IL-6Ri、JAKi或CTLA4-Ig治疗后,处于持续临床缓解和超声缓解且符合治疗减停条件的类风湿关节炎患者。


患者将在治疗减停时接受微创滑膜组织活检和外周血采集,为机器学习工具提供分子数据。受试者将被随机分为两组:


机器学习工具指导组:治疗调整策略由机器学习工具基于患者滑膜活检和血液样本中的特定分子及临床特征得出的预测结果为指导。


标准治疗组:接受常规标准治疗。


在12个月的研究期间,每3个月对患者进行一次随访,以监测缓解的维持情况或复发情况。并验证了以下假设:标准治疗组中仅50%的患者维持持续缓解状态,而机器学习引导组中的大多数患者均维持持续缓解状态。

三、观点评述
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FLARE-RA研究旨在创建一类可解释AI方法,利用分子数据优化临床决策。若有来自组学、影像学、免疫学或电子健康记录的高质量数据,机器学习技术通过训练模型可完成如预后分析、治疗建议等生物医学预测任务。这与评估一组特定协变量与某一结局之间关联的经典统计分析方法不同,机器学习能生成个体化的结局预测,助力精准医疗。


大多数应用于生物医学数据的机器学习技术在预测方面表现稳健,但这些“黑箱”背后的决策过程往往难以解读。可解释AI方法可用于分析通用机器学习模型的结构并提取生物学知识,目前已被应用于骨关节炎等生物学与生物医学领域。FLARE-RA研究旨在捕捉临床和分子数据中的相关生物学模式,以深入探究疾病缓解与复发的机制、创建治疗建议模型,并提升这些模型指导下决策的可信度,从而优化患者的长期缓解效果。












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来源:中华医学会风湿病学分会公众号

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