基于靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的中藥復(fù)方協(xié)同整合作用機(jī)制研究.pdf

1、中藥是祖國醫(yī)藥寶庫的重要組成部分，其治療疾病的系統(tǒng)觀和整體觀被科學(xué)界日益重視。系統(tǒng)闡明中藥整體性作用機(jī)制對促進(jìn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化和現(xiàn)代醫(yī)藥發(fā)展有著重要的意義。中藥發(fā)揮整體性藥效的微觀體現(xiàn)是中藥多成分作用于多個(gè)靶點(diǎn)形成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，并在不同的通路以及功能模塊中產(chǎn)生協(xié)同性、整合性作用。揭示這一問題的科學(xué)本質(zhì)已成為當(dāng)今中醫(yī)藥學(xué)研究的迫切任務(wù)。為此，本研究從中藥復(fù)方的作用靶點(diǎn)出發(fā)，從靶點(diǎn)的協(xié)同整合作用角度，開展復(fù)方整體性作用機(jī)制研究。主要包括:結(jié)合計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)和生物大數(shù)據(jù)，開發(fā)一個(gè)符合中藥特點(diǎn)的直接靶點(diǎn)預(yù)測算法，以此發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)方作用靶點(diǎn);基于上述靶點(diǎn)預(yù)測方法，從靶點(diǎn)的作用通路和功能角度闡明復(fù)方的多通路、多層次協(xié)同整合作用;此外，還在更高尺度的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)上探索了復(fù)方靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的功能模塊及其對疾病的多環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)作用機(jī)制。具體內(nèi)容包括:
　　(1)為了識別中藥復(fù)方的直接作用靶點(diǎn)，本研究基于大規(guī)模的配體-靶點(diǎn)真實(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)，提出“配體群系綜特征能反映其直接靶點(diǎn)的結(jié)合信息”的假設(shè)，構(gòu)建了加權(quán)系綜

3、相似度算法(WES)來預(yù)測藥物的直接靶點(diǎn)。WES算法的操作流程如下:a）通過不同數(shù)據(jù)源的檢索，構(gòu)建了98327個(gè)配體-靶點(diǎn)直接結(jié)合數(shù)據(jù)集;b）在系綜框架下鑒定與藥理學(xué)性質(zhì)高度相關(guān)的關(guān)鍵配體結(jié)構(gòu)參數(shù);c）通過整體相似度（系綜相似度）而非單個(gè)配體的相似度來判斷一個(gè)藥物能否與某一靶點(diǎn)結(jié)合;d）運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和多維核將標(biāo)準(zhǔn)化的系綜相似度整合起來做出理論預(yù)測。WES模型外部測試和實(shí)驗(yàn)評價(jià)均有較高的準(zhǔn)確率，分別為70％和71％。這些結(jié)果表明WES方

4、法為藥物重定位和藥物開發(fā)提供了一個(gè)可靠的生物信息學(xué)模型。
　　(2)基于上述靶點(diǎn)預(yù)測方法，為從靶點(diǎn)的作用通路和功能角度闡明復(fù)方的多通路、多層次協(xié)同整合作用，本研究以黃芪梔子復(fù)方（黃芩、秦皮、梔子、大黃、牡丹皮、生地黃、訶子、石榴皮、厚樸和枳翹）為范例進(jìn)行說明。主要結(jié)果如下:a）通過類藥性評價(jià)，獲取了復(fù)方的212個(gè)潛在活性成分;b）以潛在活性成分為探針，借助WES算法預(yù)測得到了這些化合物靶向的122個(gè)蛋白靶點(diǎn)，并且通過進(jìn)一步的體外實(shí)

5、驗(yàn)驗(yàn)證了化合物和靶點(diǎn)的直接互作關(guān)系;c）化合物-靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和靶點(diǎn)-通路網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)分析闡明了疾病宏觀表型與微觀分子（化合物、蛋白、通路）之間的復(fù)雜聯(lián)系，并篩選出了黃芩梔子復(fù)方靶點(diǎn)關(guān)聯(lián)的多條通路，如Toll-like受體信號通路和Jak-STAT信號通路;d）整合并分析靶點(diǎn)通路發(fā)現(xiàn)復(fù)方靶點(diǎn)的多條通路通過抑制炎癥、抗病毒感染和增強(qiáng)免疫協(xié)同發(fā)揮效果;e)復(fù)方靶點(diǎn)的分子功能、細(xì)胞組分及參與的生物學(xué)過程分析，揭示了復(fù)方的多層次調(diào)節(jié)作用。
　　(3

6、)此外，本研究以二陳湯為例，在更高尺度的蛋白互作網(wǎng)絡(luò)上探索了復(fù)方靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的功能模塊及其對疾病的多環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)作用機(jī)制。主要內(nèi)容包括:a）通過類藥性評價(jià)篩選出了二陳湯中的126個(gè)潛在活性成分;b）借助WES模型推斷化合物-靶點(diǎn)關(guān)聯(lián)，本研究獲取了該復(fù)方的448個(gè)靶點(diǎn)，直觀體現(xiàn)了化合物是如何靶向特定的靶蛋白并發(fā)揮作用從而形成復(fù)方靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的;c）整合靶點(diǎn)互作網(wǎng)絡(luò)和藥物靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，采用模塊化分析方法，鑒別了11個(gè)具有特定生物學(xué)功能的模塊，闡明了復(fù)方靶點(diǎn)

7、網(wǎng)絡(luò)中功能模塊協(xié)同調(diào)節(jié)機(jī)制。
　　綜上所述，本研究圍繞中藥復(fù)方靶點(diǎn)以及其作用網(wǎng)絡(luò)對中藥復(fù)方協(xié)同整合作用進(jìn)行了研究。構(gòu)建了一個(gè)符合中藥特點(diǎn)的直接靶點(diǎn)預(yù)測模型，該模型能夠快速有效的識別中藥復(fù)方的靶向蛋白，為中藥復(fù)方機(jī)制研究和新藥研發(fā)提供了新工具。在此基礎(chǔ)上，本研究以黃芪梔子復(fù)方和二陳湯為范例開展復(fù)方作用靶點(diǎn)預(yù)測和分析，分別從靶點(diǎn)的功能、作用通路和靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的功能模塊角度，闡明復(fù)方的多通路、多層次、多環(huán)節(jié)協(xié)同整合作用，為中醫(yī)藥整體機(jī)制認(rèn)識