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Enregistrement W4415809654 · doi:10.3390/ph18111659

Machine Learning-Integrated Explainable Artificial Intelligence Approach for Predicting Steroid Resistance in Pediatric Nephrotic Syndrome: A Metabolomic Biomarker Discovery Study

2025· article· en· W4415809654 sur OpenAlexaff
Fatma Hilal Yağın, Feyza İnceoğlu, Cemil Çolak, Amal K. Alkhalifa, Sarah A. Alzakari, Mohammadreza Aghaei

Notice bibliographique

RevuePharmaceuticals · 2025
Typearticle
Langueen
DomaineBiochemistry, Genetics and Molecular Biology
ThématiqueMetabolomics and Mass Spectrometry Studies
Établissements canadiensLakehead University
Organismes subventionnairesPrincess Nourah Bint Abdulrahman University
Mots-clésBiomarker discoveryBiomarkerNephrotic syndromeMetabolomicsRandom forestReceiver operating characteristic

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Aim: Nephrotic syndrome (NS) represents a complex glomerular disorder with significant clinical heterogeneity across pediatric and adult populations. Although glucocorticosteroids have constituted the mainstay of therapeutic intervention for more than six decades, primary treatment resistance manifests in approximately 20% of pediatric patients and 50% of adult cohorts. Steroid-resistant nephrotic syndrome (SRNS) is associated with substantially greater morbidity compared to steroid-sensitive nephrotic syndrome (SSNS), characterized by both iatrogenic glucocorticoid toxicity and progressive nephron loss with attendant decline in renal function. Based on this, the current study aims to develop a robust machine learning (ML) model integrated with explainable artificial intelligence (XAI) to distinguish SRNS and identify important biomarker candidate metabolites. Methods: In the study, biomarker candidate compounds obtained from proton nuclear magnetic resonance (1 H NMR) metabolomics analyses on plasma samples taken from 41 patients with NS (27 SSNS and 14 SRNS) were used. We developed ML models to predict steroid resistance in pediatric NS using metabolomic data. After preprocessing with MICE-LightGBM imputation for missing values (<30%) and standardization, the dataset was randomly split into training (80%) and testing (20%) sets, repeated 100 times for robust evaluation. Four supervised algorithms (XGBoost, LightGBM, AdaBoost, and Random Forest) were trained and evaluated using AUC, sensitivity, specificity, F1-score, accuracy, and Brier score. XAI methods including SHAP (for global feature importance and model interpretability) and LIME (for individual patient-level explanations) were applied to identify key metabolomic biomarkers and ensure clinical transparency of predictions. Results: Among four ML algorithms evaluated, Random Forest demonstrated superior performance with the highest accuracy (0.87 ± 0.12), sensitivity (0.90 ± 0.18), AUC (0.92 ± 0.09), and lowest Brier score (0.20 ± 0.03), followed by LightGBM, AdaBoost, and XGBoost. The superiority of the Random Forest model was confirmed by paired t-tests, which revealed significantly higher AUC and lower Brier scores compared to all other algorithms (p < 0.05). SHAP analysis identified key metabolomic biomarkers consistently across all models, including glucose, creatine, 1-methylhistidine, homocysteine, and acetone. Low glucose and creatine levels were positively associated with steroid resistance risk, while higher propylene glycol and carnitine concentrations increased SRNS probability. LIME analysis provided patient-specific interpretability, confirming these metabolomic patterns at individual level. The XAI approach successfully identified clinically relevant metabolomic signatures for predicting steroid resistance with high accuracy and interpretability. Conclusions: The present study successfully identified candidate metabolomic biomarkers capable of predicting SRNS prior to treatment initiation and elucidating critical molecular mechanisms underlying steroid resistance regulation.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,003
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,004
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,003
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0010,000
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,038
Tête enseignante GPT0,331
Écart entre enseignants0,293 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations3
Publié2025
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Résumé présentoui

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