网络药理学指导下的中药有效成分发现策略

网络药理学是建立在疾病-基因-药物的多层次网络基础上,用于从整体上预测药物靶点、提高药物发现效率的新兴学科,其研究理念同中药发挥整体疗效的观点十分相似,使得越来越多的医药研究人员开始寻找中药与网络药理学的结合点,并出现了一系列研究疾病相关基因、预测靶点信息及中药活性成分的方法。本文对网络药理学研究的主要工具与数据库及其应用进行归类总结与介绍,并在此基础上,提出了应用网络药理学进行中药有效成分靶向分离的科学策略,以期提高中药有效成分发现的效率与速率。     

网络药理学在中药研究中的应用进展

中药因其多成分多靶点的协同作用使其药理机制研究复杂而又困难,当前的单一靶点、单一成分的药物研发思路不能满足中药的研发需求。随着生物信息学和系统生物学的不断进展,网络药理学以其整体性的思维方式和强大的预测能力在中药研究中被广泛应用。网络药理学通过利用相关数据库和算法进行数据挖掘,使用可视化软件建立"药物-靶标-疾病"网络,通过分析,可以验证中药活性成分,对各组分间的相互作用进行分析,预测药物作用靶点,发现新的适应证并减少毒副反应。综述网络药理学的研究思路及当前的应用现状,以期为中药现代化和新药研发提供理论依据。     

网络药理学——中医药研究开发的新技术

目前单一靶点的药物难以对复杂疾病产生良好的疗效,而且中药的作用机制比较复杂,在临床上配伍使用时较难达到预期治疗效果。网络药理学为近年来发展的新兴学科,在系统生物学的基础上融合了多个学科的前沿技术和内容,揭示中药成分与相关靶点相互作用的机制,系统地、整体地揭示疾病与靶点蛋白、靶点蛋白与药物、药物与药物之间的关系,从网络层面的角度观察药物对疾病的影响,以不同以往的角度设计新的药物分子,研制新药。为了促进中医药的持续发展,网络药理学近年被广泛应用于中药领域,现综述网络药理学在中药领域的研究方法以及近几年的应用进展。     

基于中药整合药理学平台的苓桂术甘汤治疗脂质代谢紊乱作用机制

目前中药方剂是临床上治疗疾病的主要方式,但其只是建立在"药物-疾病"或"药物-证型"的研究之上,对于从微观角度探讨方剂中药物化学成分对疾病靶标、信号通路作用的研究甚少。目的通过探究苓桂术甘汤各中药活性成分与脂质代谢紊乱的相关靶标与信号通路之间的关系,从微观角度阐释苓桂术甘汤治疗脂质代谢紊乱疾病潜在的分子机制。方法该研究借助整合药理学平台v1.0网络分析软件,构建苓桂术甘汤治疗脂质代谢紊乱疾病"中药方剂-中药材-化学成分-核心靶标-关键通路"多维网络。通过基因功能和信号通路的富集分析,从多个角度分析预测苓桂术甘汤各中药成分对疾病靶标、信号通路的作用。结果从分析结果中发现,苓桂术甘汤各中药成分可通过神经系统及相关变性疾病、多种氨基酸代谢、能量代谢等信号通路达到对脂质代谢紊乱的治疗作用。结论苓桂术甘汤治疗脂质代谢紊乱可能与人体能量代谢有较大关联。     

中药网络药理学：理论、方法与应用

中医学将病人当作一个具有不同状态的系统来进行治疗,具有悠久的历史,积累了大量的方剂。中医学的整体观念与网络药理学、网络生物学等前沿科技的核心思想具有相通之处,也符合了对肿瘤等复杂疾病进行系统性治疗的需求。“中药网络药理学”这一新领域的研究旨在从系统层次和分子水平揭示中药方剂的奥秘,促进中药研究从当前的“单一靶标,单一药物”模式转向“网络靶标,多成分药物”的新模式。近年来,中药网络药理学的一系列方法得以创建,包括基于网络的疾病基因预测、中药成分的靶标谱和药理活性预测、药物一基因一疾病的共模块分析、中药方剂多成分协同作用的大规模筛选、中药方剂的配伍规律和网络调节机理分析等。这些方法在清络饮、六味地黄丸等方剂的药效物质与作用机理等方面得到了有效应用。研究结果表明中药网络药理学能够为中医学从基于经验的医学迈向基于证据的医学提供新的途径,并能加速中药药物发现的进程,同时改进当前的药物研究策略。     

中药网络药理学研究流程及代表性数据库工具

网络药理学突破了"一药一靶"的限制,在系统生物学层面上探索药物对人体的作用机制,尤其在以中药为代表的复杂体系的药理研究中有着不可替代的优势。近年来,网络药理学研究在中药新活性化合物、中药药理学、中药毒理学、中药配伍规律等研究领域中均得到了广泛应用,深化了中药的研究层次。对网络药理学的基本流程及研究流程中各环节常用的数据库进行梳理,包括中药化合物信息数据库、化合物靶点和疾病靶点预测数据库、基因富集分析数据库等,以期为网络药理学在中药研究中的应用提供参考。     

基于网络药理学研究黄连-黄柏药对治疗溃疡性结肠炎的作用机制

目的:运用网络药理学技术研究黄连-黄柏药对治疗溃疡性结肠炎的主要活性成分,预测活性成分的作用靶点、建立"药对-活性成分-疾病-作用靶点"网络,探讨黄连-黄柏药对治疗溃疡性结肠炎的潜在作用机制.方法:运用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)筛选黄连-黄柏药对的化学成分,借助人类基因数据库获取溃疡性结肠炎的相关靶点...     

基于网络药理学探讨参芪五味子片治疗失眠的作用机制

目的：运用网络药理学方法探讨参芪五味子片治疗失眠的生物活性成分和潜在的作用机制。方法：从中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）中收集参芪五味子片组方中药物的活性成分及靶点;使用Uniprot数据库预测并标准化活性成分的蛋白靶点,绘制出参芪五味子片中药-活性成分-靶点网络图,分析其核心成分;从Drugbank、OMIM以及DisGeNET疾病数据库中挖掘出失眠相关疾病靶点;将获得的药物靶点和疾病靶点取交集后,筛选出参芪五味子片治疗失眠的潜在作用靶点,然后利用收集到的靶点数据分别构建药物和疾病的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络并取其交集作为药物-疾病相互作用网络,运用网络拓扑学方法筛选出其核心靶点;最后,使用Metascape数据库对核心靶点进行基因本体（GO）富集分析和京都基因和基因组百科全书（KEGG）富集分析。结果：共获得63个药物活性成分、232个药物相关靶点及160个疾病靶点,其中有13个靶点是药物与疾病的共有靶点。将药物活性成分和疾病的交集PPI网络经过网络拓扑学分析得到55个核心靶点,将核心靶点进行富集分析后共得到779种GO功能条目和30条KEGG信号通路。结论：参芪五味子片可能通过抗炎、抗氧化、调节神经递质代谢、调节细胞周期等作用治疗失眠。     

组分结构中药与网络药理学:病理机制网络的系统整体调控

疾病的发生发展是多种因素参与的生物网络变化的结果。药物干预的本质是将这种病理变化调控至正常范围。中药的优势在于通过多靶点、多层次、多途径地整体和系统性调控这种生物网络病理改变。组分结构中药为这种调控提供了可控、精确的"物"的基础,又通过网络药理学调控阐明"理"的本质。组分结构中药与网络药理学的密切结合为创新中药提供了一种新的研究策略,改变了传统用药的"一个药物、一个基因、一种疾病"的模式,体现疾病发生发展的整体特点,也充分体现中医药防病治病的内涵本质。该研究系统探讨了组分结构中药与网络药理学的结合本质、特点以及研究策略,从改善或恢复生物网络平衡的整体观角度来认识组分结构中药与机体的相互作用,成为揭示组分结构中药调控疾病生物网络机制的有效措施,也为进一步科学的研究创新组分结构中药提供新的思路和方法。     

基于网络药理学的黄连解毒汤治疗脑胶质细胞瘤的分子机制预测

目的:采用网络药理学方法和生物信息学理论,挖掘黄连解毒汤有效成分,预测黄连解毒汤作用靶点,探求作用机制,从系统生物整体的角度为临床治疗及进一步的试验提供数据支持,并指导下一步的实验。方法:使用中药系统药理学数据库和分析平台(TCMSP)筛选黄连解毒汤有效成分群,通过构建相关网络及分析其特征明确潜在分子成分和靶点,结合疾病靶点绘制药物入血活性成分及疾病靶点PPI网络,寻找交集、发现关键靶点并进行富集分析。结果:通过TCMSP检索共发现黄连解毒汤相应成分168个,根据OB值和DL值筛选出入血活性成分60个,在此基础上获得147个预测靶点及379个关键基因;根据GO分析结果可知,黄连解毒汤作用于该疾病主要涉及细胞内通路、免疫和炎症相关通路、癌症信号通路等大量通路。结论:基于网络药理学的活性成分筛选和靶点预测具有一定的准确性,为研究黄连解毒汤多成分、多靶点与多种疾病间复杂的网络关系提供了新的研究思路。     

基于网络药理学探讨黄连温胆汤“心胃同治”作用机制

目的运用网络药理学方法探讨黄连温胆汤"心胃同治"的潜在作用机制。方法通过中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)获得黄连温胆汤的化学成分和作用靶点,利用Genecards数据库获得冠心病及胃炎疾病靶点,筛选药物与疾病共有靶点。利用Cytoscape软件构建药物活性成分-作用靶点网络,并利用STRING数据库构建靶点蛋白互作(PPI)网络。利用R软件对交集靶点进行GO生物过程分析和KEGG通路富集分析。结果黄连温胆汤治疗冠心病及胃炎共涉及109个药物活性成分和45个作用靶点,可能通过调节血流剪切应力与动脉粥样硬化、细胞凋亡、TNF信号通路、AGE-RAGE信号通路、p53信号通路等实现"心胃同治"作用。结论黄连温胆汤可多成分、多靶点、多途径发挥治疗冠心病及胃炎的作用,为阐明其"心胃同治"的作用特点及进一步药理学研究提供了依据。     

高通量技术与网络药理学在中药活性成分筛选中的应用

目的:解决中药活性成分筛选的技术瓶颈。方法:根据实验室前期研究结果和相关文献,分析了有关通量研究技术,总结了课题组在网络药理学的指导下利用通量技术筛选中药活性成分。结果:快速制备、高通量筛选、高通量生物芯片技术以及组合药靶网络对于中药活性成分筛选、毒性成分排除、药物分子机制研究均有重要价值,是中药现代化及网络药理学研究的关键技术。结论:高通量技术与网络药理学相结合可提高中药活性成分筛选的效率。     

网络药理学在中药领域的研究进展及面临的挑战

中医药学强调事物本身的统一性、完整性和联系性,是以"整体观念"和"辨证论治"为指导理论,并以"同病异治"和"异病同治"为原则进行临床治疗的一门学科。而网络药理学是从整体上探索药物与疾病的相关性,其整体性、系统性和注重药物与靶点间相互作用的特点与中医药学的基本特点相吻合,是一门从系统层面揭示中药对机体网络调控作用的新兴学科。网络药理学利用计算机模拟和各种数据库筛选药物分子作用靶点,预测其信号通路和作用机制,采用相关软件进行化合物-靶标-通路网络可视化,经过拓扑参数分析筛选关键节点。为新药研发节约了成本经费,可在一定程度上解决传统中药研究中"单一成分-单一靶点-单一途径"的局限性。对网络药理学的研究思维方法、创新点,在国内外中药领域的应用和面临的挑战进行概述,以期完善网络药理学在中医药领域的应用,为中医药学研究提供新方向。     

基于网络药理学探讨党参治疗2型糖尿病的作用机制

目的:基于网络药理学方法探讨党参治疗2型糖尿病(T2DM)的潜在作用机制.方法:通过中药系统药理学分析平台数据库(TCMSP)及OMIM、TTD、Drugbank等网络数据库分别获取药物有效成分、活性靶点、疾病靶点,并取药物成分和疾病的交集靶点,构建药物活性成分与关键靶点网络、蛋白质相互作用(PPI)网络,并对靶蛋白进...     

基于网络药理学探讨黄芪治疗类风湿关节炎合并肺间质纤维化的作用机制

目的基于网络药理学探讨黄芪治疗类风湿关节炎合并肺间质纤维化的潜在作用机制。方法通过中药系统药理学技术平台(TCMSP)筛选出黄芪中的潜在活性成分,整合TCMSP数据库、靶点预测网站(Swiss Target Prediction)、人类孟德尔遗传数据库(OMIM)、GCBI文献数据库和人类基因数据库(Genecards),预测和筛选其治疗类风湿关节炎合并肺间质纤维化的作用靶点,运用韦恩图(Venny 2.1.0)对药物靶点和疾病靶点进行匹配。通过Systems Dock Web Site对主要活性成分和作用靶点进行分子对接验证。运用String数据库和Cytoscape软件构建绘制蛋白质相互作用网络,并用DisGeNET数据库对作用靶点进行类型归属。采用DAVID数据库对黄芪核心作用靶点进行生物功能和代谢通路分析,借助Cytoscape软件构建"药物-活性成分-核心靶点-通路-疾病"网络。结果筛选得到黄芪25个潜在活性成分,涉及9个作用靶点,与疾病靶点有关的活性成分有3个,主要通过调控TNF、NF-κB、MAPK、Toll样受体、TGF-β信号通路发挥治疗作用。结论黄芪对类风湿关节炎合并肺间质纤维化的治疗作用体现了中药多成分-多靶点-多途径的特点,为阐释其治疗类风湿关节炎合并肺间质纤维化的作用机制提供了科学依据。     

基于计算的中药靶点预测研究探讨与实验分析

鉴于药物微观作用具有的基本网络调控特性,网络药理学已经成为药物机理研究和新药研发的新思路。本文从计算方法的角度对网络药理学的核心研究内容之一：药物靶点关系及其预测的分析方法进行综述,在此基础上,总结了近年来药物靶点预测分析方法所遵循的一般原理和步骤。鉴于中药成分的多样性、药物的整体调控能力和高质量药理数据的缺乏等问题,中药面向靶点网络的调控机理研究具有更大难度。因此,本文还探讨了中药药物靶点预测分析研究的主要难点与研究趋势。最后,结合实际整合后的中药网络数据、化学结构相似性计算和链接预测方法,应用一种基于复杂网络的中药靶点预测分析方法进行了示范实验研究,并探讨中药靶点预测分析的重点研究方向。     

中药网络药理学的应用与思考

中药具有多成分、多靶点和作用途径复杂等特点,中药及其复方在整体观和辨证论治思想的指导下,对疾病的治疗有着极大的优势,其发挥药效的物质基础和分子作用机制尚不明确,因此中药研究存在着极大的挑战。网络药理学成为了中药走向现代化新的研究方法和技术手段,其是在系统生物学理论的指导下,衍生出的以药物多成分,多靶点为切入点研究中药治疗疾病作用机制的研究学科。符合中医药系统性和整体性的思维模式。目前,关于网络药理学在中医药应用方面的研究已有很多,包括中药单药,药对和复方药效物质基础和作用机制的研究、运用网络药理学进行中药研究的方法和应用分类、网络药理学与其它技术结合的应用等。但由于数据更新较快,新数据库的出现、算法的类别以及工具的使用较多使得网络药理学发展速度太快,人们忽略了对数据库、工具及算法的更新及各数据库间的优势进行比较,本文对网络药理学近3年的数据库,工具及算法进行了总结比较、并通过中药药效物质基础、中药药理机制、新药的研发、中药质量控制、中药复方的组方规律等方面阐述了网络药理学在中药领域的应用情况及存在的问题,以期为网络药理学在中药方面的研究应用提供参考。     

半归-菟丝子干预肾虚血瘀型多囊卵巢综合征网络药理学作用机制

目的:运用网络药理学方法和技术,研究"当归-菟丝子"药对治疗多囊卵巢综合征(PCOS)的主要活性成分、靶点、通路等药理学作用机制。方法:通过数据挖掘获得PCOS肾虚血瘀型核心药对当归-菟丝子;检索中药系统药理学分析平台(TCMSP)筛选出当归和菟丝子的活性成分和潜在靶点;查询NCBI数据库获得PCOS疾病靶点,找到药物和疾病的共靶点;通过David数据库和Omicshare数据库对共靶点进行基因功能GO富集分析和KEGG富集分析;采用Cytoscape软件构建成分-靶标-通路网络。结果:从"当归-菟丝子"药对中筛选得到42个候选活性分子,作用于719个靶点,其中与PCOS重合的22个疾病靶点主要涉及炎性反应、细胞因子、雌激素、胰岛素抵抗等生物学过程中的多条信号通路。结论:当归-菟丝子药对治疗PCOS是通过补肾活血化瘀达到抗炎、抗肿瘤、调节血脂、促进微循环及改善胰岛素抵抗,通过多成分、多靶点、多途径之间的协同作用来恢复机体的平衡,与现代治疗PCOS的作用机制相符合。     

基于网络药理学的化痰通脉饮“半夏-当归”药对抗多囊卵巢综合征作用机制的研究

目的通过网络药理学的研究方法,研究半夏-当归药对治疗多囊卵巢综合症(PCOS)的作用机制,构建其"中药成分-核心靶点-通路"的分子调控网络,探讨化痰通脉饮治疗PCOS"多成分-多靶点-多通路"的作用机制。方法从中药系统药理学分析平台(TCMSP)结合文献检索中寻找与化痰通脉饮"半夏-当归"药对中可能的药效成分并进行成分打靶;采用Pubchem数据库确定活性成分的化学结构,并基于结构相似度模型的靶标识别服务平台(SwissTargetPrediction)分析预测潜在作用靶点,通过生物学信息注释数据库(DAVID)对靶点基因功能及代谢通路进行富集分析,采用网络可视化工具Cytoscape软件构建"中药成分-核心靶点-通路"网络模型。结果通过筛选和文献检索补充,在中药半夏中共筛选出潜在活性成分26个,当归活性成分14个,二者活性成分的作用靶点分别为169个和56个。其中作用于PCOS的核心靶点有PTGS2、PGR、ESR1、NOS3等。结论该研究从网络药理学角度预测了化痰通脉饮中半夏-当归药对分别发挥燥湿化痰、养血活血作用的主要活性成分和其协同增效药理作用机制,为进一步探讨其作用机制奠定了基础。     

当归-菟丝子干预肾虚血瘀型多囊卵巢综合征网络药理学作用机制

目的:运用网络药理学方法和技术,研究"当归-菟丝子"药对治疗多囊卵巢综合征(PCOS)的主要活性成分、靶点、通路等药理学作用机制。方法:通过数据挖掘获得PCOS肾虚血瘀型核心药对当归-菟丝子;检索中药系统药理学分析平台(TCMSP)筛选出当归和菟丝子的活性成分和潜在靶点;查询NCBI数据库获得PCOS疾病靶点,找到药物和疾病的共靶点;通过David数据库和Omicshare数据库对共靶点进行基因功能GO富集分析和KEGG富集分析;采用Cytoscape软件构建成分-靶标-通路网络。结果:从"当归-菟丝子"药对中筛选得到42个候选活性分子,作用于719个靶点,其中与PCOS重合的22个疾病靶点主要涉及炎性反应、细胞因子、雌激素、胰岛素抵抗等生物学过程中的多条信号通路。结论:当归-菟丝子药对治疗PCOS是通过补肾活血化瘀达到抗炎、抗肿瘤、调节血脂、促进微循环及改善胰岛素抵抗,通过多成分、多靶点、多途径之间的协同作用来恢复机体的平衡,与现代治疗PCOS的作用机制相符合。