Network Pharmacology for Traditional Chinese Medicine Research: Methodologies and Applications

The inception of network pharmacology comes from the advance in "multi-target, multi-drug" paradigm and opens up a new field for pharmaceutical science. Traditional Chinese medicine(TCM) is well-known for its use of medicinal herb combinations to treat the functional disorders induced by diseases through a holistic view, which naturally followed the principal of network pharmacology. In this review, the methodologies of network pharmacology in TCM studies were summarized. Specifically, the methodologies for network construction and network analysis were discussed in detail by following several TCM study cases. The perspectives for TCM network pharmacology were also provided.     

中药及复方功效的网络药理学研究与思考

中药及复方的功效基于实践而来，是方药临床作用特点和范围的高度概括及对人体医疗作用在中医学范畴内的特殊表达形式。网络药理学作为一种基于系统生物学理论以对生物系统多层次分析的交叉学科，已成为中医药研究中常用的虚拟筛选手段，在大数据与人工智能的推动下逐渐发展完善。现代医学背景下，方药功效的概念模糊、缺少科学论证。如何阐释中药功效内涵，指导中医理论研究成为目前中医药研究的热点与难点之一。该文从现代医学对功效的认识出发，探究使用网络药理学的分析方法进行功效研究的可行性，并结合过去功效相关的网络药理学研究结果探究其是否能代表方药功效的部分作用。汇总了现有功效研究适用平台与算法，从功效概念体现、靶点筛选、结果验证、功效网络的构建及避免网络药理学研究结果同质化等方面提出与讨论该领域研究思路及存在问题，同时展望未来的发展方向，旨在为深入探究中药及复方功效的现代生物学基础，为中医药临床应用及中医理论研究提供参考。     

泻下药和解表药的现代药理解释

 目的在中药现代化的进程中,对中医药体系中的传统药效的现代药理学解释是一项有深远意义的工作。本实验设计了3种方法,在总体上对中药的传统药效与中药的现代药理活性进行对比分析,从中发现规律,对被研究的中药药效给出言之有据的解释。方法收集大量中药传统药效、中药现代药理活性和中药所含活性化合物现代药理活性数据,通过统计方法寻找特定中药药效类别(泻下和解表)的现代药理学的特征,从而得到其现代药理学解释。结果使用的3种方法都能够给出与2种药效相关的现代药理活性。汇总3种结果得到,泻下与导泄、兴奋胃肠平滑肌、止血和利尿4种药理活性相关;解表与抗凝血/抗血栓、止痛、解热3种药理作用相关。3种方法比较,共有化合物方法结果比较好。结论对大量中药的传统药效和它们的现代药理活性数据进行比对分析,可以得到中药药效的现代药理解释。这种方法可以推广到对其他中药传统药效的研究中,对中医药的现代化进程起到推动作用。     

抗抑郁中药的药理研究进展

抑郁症是一种严重的精神疾病,危害人类身心健康。药物治疗是应对抑郁症的主要治疗手段。目前临床上常用的抗抑郁药,大多是化学合成的、以单胺类神经递质为靶点的药物,普遍存在副作用大、起效缓慢、药价高和疗效差等缺点。而中药治疗抑郁症历史悠久,为从中寻找出疗效较好、副作用较小的抗抑郁药提供了可能。具有抗抑郁作用的中药复方主要有疏肝解郁类、养心安神类及理气祛痰与活血化瘀类;单味中药及活性成分根据饮片分类主要有补益类、理气活血类、安神与平肝息风类、清热化湿类及解表止咳类。中药抗抑郁药理学研究的新知见、新成果或对传统辨证论治临证思维及用药习惯带来深刻影响。本文先从与抑郁症发病相关的解剖结构及生化指标两方面进行简要叙述,再对近几年来具有抗抑郁作用的中药进行归纳。拟为中药抗抑郁药物的研发提供参考。     

中药药理实验教学改革初探

实验教学是中药药理学教学的重要组成部分,是培养学生专业知识的重要途径,也是培养创新意识和创新能力的重要实践性环节。传统的以课堂为中心,以实验教材为中心,以教师为中心的＂三中心＂的实验教学模式会造成学生分析和解决问题能力不足及实验积极性和主动性的缺乏。针对这一问题,我们在实验教学中以综合性、开放性实验为重心,加强对学生综合科研能力及创新性思维的培养,提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。     

中药整合药理学计算平台的开发与应用

以中医药大数据为驱动,模型构建和生物信息技术为手段,该课题组开发一个网络版的中药整合药理学数据和计算平台。本平台以中医药大数据(中药方剂数据库、中药材数据库、中药成分数据库、疾病症状靶标数据库)为支撑,以人工智能、数据挖掘、网络科学等为手段,构建满足个体需求的自助式服务平台。通过建立"中药方剂-化学成分-作用靶标-疾病靶标"多维度关联的有效工具,能够有效揭示中药药效物质基础及其分子机制。中药整合药理学数据和计算平台在中药质量评价、中药临床重定位、中医原创思维揭示、方剂配伍的分子机制、中药新药研发等方面,具有较好的应用前景。     

复杂网络在中医药方面的研究和应用

对近些年来国内外文献进行查阅,整理分析了复杂网络在中医药方面的研究和应用情况.利用复杂网络技术研究以生命系统为对象的中医药知识和其中规律已处于起步阶段,是具有开创性的尝试和探索.通过复杂网络在中医学基本规律构建生物-中药-方剂-疾病多靶点效应网络、针灸和穴位敷贴、具体临床治疗等方面的研究应用,可以预见这种基于复杂网络的分析理念,将对创新中医药理论,指导临床组方用药及中药新药研发等方面发挥重要作用.     

培育中医生物学 助力中医学发展

在中医学研究中融会贯通现代生物学理念,培育中医生物学,可以助力发展传统中医学。文章分析中医生物学专业培育的基础,探讨了中医生物学专业教师队伍建设的思路,构思了中医生物学专业本科教学课程设置的框架。中医生物学是生物学与中医学交融的产物,将成为中医学发展的有力支撑,还将有助于减少"西医化"思维对中医学研究的干扰。     

Development and Application of Network Toxicology in Safety Research of Chinese Materia Medica

Network toxicology that is an important branch of the network pharmacology emerges on the basis of network biology. It refers to study on the toxicological features of a constructed network model which is used to analyze toxic substances and their interaction and regulation in biological systems, particularly investigate the toxic effects of drugs and/or compatibility of medicines on body, and clarify the mechanism of toxicity. Network toxicology currently develops rapidly in safety prediction of Chinese materia medica(CMM). The application of network toxicology to safety and toxicology study on CMM is extremely beneficial to identify the toxic components and potential incompatibility of CMM. Since CMM is a complex system with multi-components, multi-targets, and multi-interactions, the network toxicology in safety prediction of CMM faces three great challenges, including integration studies of bioinformatics, innovation of methods, and tools and risk assessment in future development of the network toxicology in CMM research. In this paper, relevant database, approaches and tools that network toxicology utilized in the safety study of CMM were carefully reviewed. Based on the progress made, the scientific development and modernization of CMM will be greatly enhanced.     

系统生物医学:中西医学研究的汇聚

用系统的思想和方法对多因素复杂性疾病进行研究的关键是要采取中医的整体性策略,完整地把握人体水平的病理生理变化特性,并进行“自上而下式”的还原分析,直至在分子水平上阐明疾病的发生和发展机制。我们提出采用这样研究策略下的“系统生物医学”概念,旨在提倡建立一个具有我国特色的、具有预测性、预防性和个性化治疗功能的医学体系。“系统生物医学”的研究方法更符合多基因复杂性疾病的特点,能够充分发扬祖国医学的优势,有力推动中医学和西方现代医学研究的汇聚和融合。     

治疗类风湿关节炎中药方剂作用原理的网络药理学研究策略

方剂是中医临床用药的主要形式,是中医整体观和辨证论治思想的集中体现.长期以来,方剂作用原理的研究既是学术界的热点也是难点.近年来,基于组学技术及计算机模拟计算方法的网络药理学被广泛应用于中药药理、方剂配伍的科学内涵、中药药性与疗效等领域的研究中并产生了许多有价值的研究成果.本文概述了类风湿关节炎寒、热证候相关的疾病网络的构建方法,证候关联中药组方规律的文本挖掘方法以及方证对应的生物靶点网络的构建方法.初步探讨了基于证候动物模型的组学信息构建“病-证”动物表型网络及基于寒性、热性方剂对应的化合物信息构建药物靶标网络的网络药理学思路.提出应用网络药理学的技术方法研究类风湿关节炎寒、热证相关疾病网络特点及寒性、热性方剂作用原理的新策略.     

Integrated Systems Biology and Chemical Biology Approach to Exploring Mechanisms of Traditional Chinese Medicines

After thousands of years of development, traditional Chinese medicines (TCMs) have evolved into a complete scientific system characterized by multiple components, targets, and pathways, which mediates numerous pharmacological activities and efficacies. The development of “-omics” technology, including systems biology and network pharmacology, has enabled the illustration of TCMs from a more systematic view. Although the network adequately reflects the overall philosophy of TCMs, its complexity hinders the relevant research to a hover. In addition, the strategies involved appear to be in contrast to the original concise and efficacious disease therapy oriented focus on classic Chinese material medica (CMM). Based on the established holistic view and reductionism, in this review, we discuss an integrated systems biology and chemical biology research approach that will facilitate and accelerate the understanding of the mechanisms of TCMs. Furthermore, we are optimistic that it will elucidate the associated interactions between active natural products and their targets, and ultimately improve the strategies for complex disease therapies.     

星座药理学与中药研究

星座药理学是一种基于细胞表型的高内涵药物筛选新方法,该方法主要根据关键信号蛋白、特定表型的细胞群,将多种药物在这些细胞上的作用情况整合成具有特定药理调节功能的药物组合和细胞星座,强调这些细胞之间能进行病理、生理功能上的有机组合与整体联系。基于不同分子靶点的药物组合,进行特定的药理调控,形成药理意义上的星座效应。星座药理学的运用可提高整体疗效、减少不良反应及药物的耐受性。星座药理学适合中药等复杂成分群在细胞水平进行活性筛选与功能评价,在中药新药研究方面具有较大的灵活性与创新活力,因而对于创新中药研究与开发具有积极的推动作用。     

基于病证结合的中药网络药理学研究与新药研发策略

近年来,新药研发难度逐渐加大,医药产业面临的挑战更加严重。一个基因——一个药物——一种疾病的新药发现模式已不适合药物研发。中药复方的作用特点以及网络药理学的思想有望成为现代中药创制的新策略。本文以类风湿性关节炎(RA)为例,概要介绍了基于病证结合的中药网络药理学研究思路与方法,并对研究中存在的问题和相应策略进行了分析。     

网络靶标:中药方剂网络药理学研究的一个切入点

目前中药研究的一个重点和难点问题是理解中药方剂复杂化学体系与病证复杂生物系统的相互作用.作者通过多年研究,从网络药理学、系统生物学角度对该问题提出“网络靶标”这一新的概念与方法.网络靶标概念指的是将病证生物分子网络当作靶标,由此设计和预测最佳的药物干预方式.网络靶标方法旨在将病证、方药映射于生物分子网络,然后在网络上对病证与方药的关系进行机制性的计算、分析与预测,以期发现药效物质及其作用机制,阐释方剂配伍规律与方证关联,并进行组方用药的理性设计.该文概述作者课题组在网络靶标方法及其在中药方剂中的应用进展,希望能为中药方剂的网络药理学研究提供参考.     

证候生物学基础的研究——中医药研究的重要突破口

证候的客观量化是中医学有待突破的关键科学问题之一,系统生物学及信息分析技术是证本质研究的重要突破口。中医证候与生物网络动态平衡的阐释疾病发生发展的观点具有相通性,网络分析是揭示证候内涵的有效手段,其关键节点可用于证候潜在生物标志物的筛选。方证相应的疗效反馈是验证证候内涵的有效方式,基于药物靶标网络和证候网络“共模块”的比对分析,可以在系统的分子水平上明晰对证方药的作用机制,聚焦证候的潜在标志物,筛选和聚焦所得的证候潜在标志物最终仍需要大量反复的临床实践的验证。目前,中医证候实质的研究发展迅速,但总体尚属起步探索阶段,对证候的生物标志物群多处于初步单一的分析,缺乏对各种组学信息的整合、聚焦和验证。中医证候的研究需要从整体论和转化医学理念出发,立足临床,采用“病-证-方”结合及“整合-聚焦-验证”的体系思路,在严格的临床样本选择与质量控制前提下开展研究工作。     

中药复方肠复康抗结直肠癌血管生成作用靶基因网络药理学研究

目的运用网络药理学方法,研究中药复方肠复康(CFK)对结直肠癌(colorectal cancer,CRC)血管生成作用靶基因,为揭示其作用机制奠定理论基础。方法采用TTD、DrugBank数据库、OMIM数据库、GAD和PharmGKB等5个数据库分别检索CRC基因;采用TSMSP数据库及基于VBA工具的有效成分筛选方式检索CFK所含的5味中药,利用ADME参数进行有效成分筛选,通过TCMSP数据库检索各个有效成分的靶基因,利用cytoscape 3.2.1软件及其插件ClueGO、Bisogenet、CytoNCA对靶基因进行分析并构建CFK成分靶点网络图,并结合KEGG数据库进一步说明CFK与CRC血管生成靶基因的关系。结果 CRC靶基因339个,CFK靶基因182个;通过cytoscape构建并结合网络拓扑分析,ADRA1A、ADRA1B、ADRA1D、ADRB1、CHRM1、CHRM2、CHRM3、CHRM4、INSR、PIK3CG、RXRA、BAX、BCL2、CASP8、ICAM1、NFKBIA、CASP9、KDR、MAP2、PRKCA、PTGS2等靶点与血管生成相关;CFK治疗CRC过程中BRCA1、CDK2、CDKN1A、ITGA4、MDM2、YWHAG、CREBBP、CUL2、EP300、VHL、FLNA、SHC1、TRAF6、XPO1、EGFR、GRB2、IKBKG、NTRK1、TP53、 YWHAB、YWHAE与血管生成相关;主要通过调控PI3K-Akt、MAPK、HIF-1及VEGF信号通路抑制CRC患者新生血管生成。结论 CFK可能会通过VBRCA1、CDK2、CDKN1A、ITGA4、MDM2、YWHAG、CREBBP、CUL2、EP300、VHL、FLNA、SHC1、TRAF6、XPO1、EGFR、GRB2、IKBKG、NTRK1、TP53、 YWHAB、YWHAE等靶点调控PI3K-Akt、MAPK、HIF-1及VEGF等信号通路,进而发挥抑制CRC患者新生血管生成作用,具体机制有待进一步研究。     

基于系统生物学与网络生物学的现代中药复方研究体系

建立行之有效的现代中药复方研究体系,是中医药现代化进程中亟待解决的关键问题之一。本文遵循系统论和还原论相结合、宏观与微观研究相结合、体内研究和体外研究相结合的原则,以系统生物学与网络生物学作为主要技术支撑,尝试提出包括化学物质基础研究、现代药理学研究、系统生物学和网络生物学研究在内的现代中药复方研究体系,并结合中药复方的具体研究实例,对该研究体系指导下的中药复方现代化研究进行了初步探讨。本文提出的复方研究体系为中药复方的现代研究提供了方法论,将有助于系统、深刻地揭示中药复方的科学内涵,指导中药复方新药研发,更好地传承和发展中医药理论。     

中医药在澳大利亚的发展研究

通过调查澳大利亚中医政策、中医从业人员现状和中医教育情况,对联邦医管局和教育机构发布的中医药服务发展数据进行分析,梳理中医药体系在澳大利亚的发展情况,为中医药国际化传播提供参考和建议。澳大利亚作为最早进行中医立法的国家,其发展历程对于欧美国家,特别是对于后来的加拿大中医立法产生了深远的影响。中医药在澳大利亚的发展已经形成一定体系,其接受度逐步提升,从业人员数量稳步增加,中医药教育有序发展。为进一步推进中医药国际化发展,需要加强官方交流与合作,将中医药文化传播上升至国家文化战略高度,积极探索建立中医药国际人才认证体系,拓宽中医药服务国际人才培养渠道,聚焦高质量发展,提升中医药国际化产业能力。     

系统生物医学:中西医学研究的汇聚

用系统的思想和方法对多因素复杂性疾病进行研究的关键是要采取中医的整体性策略，完整地把握人体水平的病理生理变化特性，并进行“自上而下式”的还原分析，直至在分子水平上阐明疾病的发生和发展机制。我们提出采用这样研究策略下的“系统生物医学”概念，旨在提倡建立一个具有我国特色的、具有预测性、预防性和个性化治疗功能的医学体系。“系统生物医学”的研究方法更符合多基因复杂性疾病的特点，能够充分发扬祖国医学的优势，有力推动中医学和西方现代医学研究的汇聚和融合。