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数据与分析

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更新于 10-15 18:31

技能介绍

概述

Reactome 是一个免费、开源的精选通路数据库，包含 2,825+ 条人类通路。该技能可查询生物通路、执行过表征与表达分析、将基因映射到通路、通过 REST API 与 Python 客户端探索分子相互作用，面向系统生物学研究。

用途与适用场景

该技能适用于以下情况：

  • 对基因或蛋白质列表执行通路富集分析
  • 分析基因表达数据以识别相关生物通路
  • 查询特定通路信息、反应或分子相互作用
  • 将基因或蛋白质映射到生物通路与过程
  • 探索疾病相关通路与机制
  • 在 Reactome Pathway Browser 中可视化分析结果
  • 进行跨物种的比较通路分析

主要能力

Reactome 提供两个主要 API 服务与一个 Python 客户端库：

1. 内容服务（Content Service）— 数据检索

查询和检索生物通路数据、分子相互作用与实体信息。常见操作包括：

  • 检索通路信息与层级结构
  • 查询特定实体（蛋白质、反应、复合物）
  • 获取通路中的参与分子
  • 访问数据库版本与元数据
  • 探索通路区室与位置

API 基础 URL：https://reactome.org/ContentService

2. 分析服务（Analysis Service）— 通路分析

对基因列表与表达数据执行计算分析。分析类型包括：

  • 过表征分析（Overrepresentation Analysis）：从基因/蛋白质列表识别具有统计显著性的通路
  • 表达数据分析（Expression Data Analysis）：分析基因表达数据集以找到相关通路
  • 物种比较（Species Comparison）：比较不同生物体的通路数据

API 基础 URL：https://reactome.org/AnalysisService

3. reactome2py Python 包

封装 Reactome API 调用的 Python 客户端库，便于以编程方式访问。

安装命令：

uv pip install reactome2py

注意：reactome2py 包（3.0.0 版，2021 年 1 月发布）可用但已不再积极维护。如需最新功能，建议直接使用 REST API 调用。

使用方式

查询通路数据

使用 Content Service REST API，该服务采用 REST 协议并以 JSON 或纯文本格式返回数据。

获取数据库版本：

import requests

response = requests.get("https://reactome.org/ContentService/data/database/version")
version = response.text
print(f"Reactome version: {version}")

查询特定实体：

import requests

entity_id = "R-HSA-69278"  # 示例通路 ID
response = requests.get(f"https://reactome.org/ContentService/data/query/{entity_id}")
data = response.json()

获取通路中的参与分子：

import requests

event_id = "R-HSA-69278"
response = requests.get(
    f"https://reactome.org/ContentService/data/event/{event_id}/participatingPhysicalEntities"
)
molecules = response.json()

使用 reactome2py 包：

import reactome2py
from reactome2py import content

# 查询通路信息
pathway_info = content.query_by_id("R-HSA-69278")

# 获取数据库版本
version = content.get_database_version()

执行通路分析

过表征分析：提交基因/蛋白质标识符列表以找到富集通路。

使用 REST API：

import requests

# 准备标识符列表
identifiers = ["TP53", "BRCA1", "EGFR", "MYC"]
data = "\n".join(identifiers)

# 提交分析
response = requests.post(
    "https://reactome.org/AnalysisService/identifiers/",
    headers={"Content-Type": "text/plain"},
    data=data
)

result = response.json()
token = result["summary"]["token"]  # 保存 token 以便稍后检索结果

# 访问通路
for pathway in result["pathways"]:
    print(f"{pathway['stId']}: {pathway['name']} (p-value: {pathway['entities']['pValue']})")

通过 token 检索分析结果：

# token 有效期为 7 天
response = requests.get(f"https://reactome.org/AnalysisService/token/{token}")
results = response.json()

表达数据分析：分析带有定量值的基因表达数据集。

输入格式（以 # 开头的表头 TSV）：

#Gene	Sample1	Sample2	Sample3
TP53	2.5	3.1	2.8
BRCA1	1.2	1.5	1.3
EGFR	4.5	4.2	4.8

提交表达数据：

import requests

# 读取 TSV 文件
with open("expression_data.tsv", "r") as f:
    data = f.read()

response = requests.post(
    "https://reactome.org/AnalysisService/identifiers/",
    headers={"Content-Type": "text/plain"},
    data=data
)

result = response.json()

物种投影：使用 /projection/ 端点将标识符专门映射到人类通路：

response = requests.post(
    "https://reactome.org/AnalysisService/identifiers/projection/",
    headers={"Content-Type": "text/plain"},
    data=data
)

可视化结果

可通过使用分析 token 构造 URL，在 Reactome Pathway Browser 中可视化分析结果：

token = result["summary"]["token"]
pathway_id = "R-HSA-69278"
url = f"https://reactome.org/PathwayBrowser/#{pathway_id}&DTAB=AN&ANALYSIS={token}"
print(f"View results: {url}")

使用分析 Token

  • 分析 token 有效期为 7 天
  • token 允许检索先前计算的结果而无需重新提交
  • 存储 token 以便跨会话访问结果
  • 使用 GET /token/{TOKEN} 端点检索结果

数据格式与标识符

支持的标识符类型：

  • UniProt 登录号（如 P04637）
  • 基因符号（如 TP53）
  • Ensembl ID（如 ENSG00000141510）
  • EntrezGene ID（如 7157）
  • 小分子的 ChEBI ID

系统会自动检测标识符类型。

输入格式要求：

  • 过表征分析：纯文本标识符列表（每行一个），或 TSV 格式的单列
  • 表达分析：TSV 格式，必须有以 "#" 开头的表头行；第 1 列为标识符；第 2 列及以后为数值表达值；小数点使用句点（.）

输出格式：所有 API 响应返回 JSON，包含：

  • pathways：富集通路数组及统计指标
  • summary：分析元数据与 token
  • entities：匹配与未映射的标识符
  • 统计值：pValue、FDR（错误发现率）

辅助脚本

该技能包含 scripts/reactome_query.py，用于常见 Reactome 操作的辅助脚本：

# 查询通路信息
python scripts/reactome_query.py query R-HSA-69278

# 执行过表征分析
python scripts/reactome_query.py analyze gene_list.txt

# 获取数据库版本
python scripts/reactome_query.py version

附加资源

  • API 文档：https://reactome.org/dev
  • 用户指南：https://reactome.org/userguide
  • 文档门户：https://reactome.org/documentation
  • 数据下载：https://reactome.org/download-data
  • reactome2py 文档：https://reactome.github.io/reactome2py/

详细的 API 端点文档参见该技能中的 references/api_reference.md。

当前数据库统计（版本 94，2025 年 9 月）

  • 2,825 条人类通路
  • 16,002 个反应
  • 11,630 个蛋白质
  • 2,176 个小分子
  • 1,070 种药物
  • 41,373 条文献引用

限制

  • reactome2py 包（3.0.0 版，2021 年 1 月发布）可用但已不再积极维护，建议直接使用 REST API 以获得最新功能。
  • 分析 token 有效期为 7 天。
  • 关于收费、价格与其他使用限制，资料中暂未提供。