Prediction of quality markers of traditional Chinese medicines based on network pharmacology

Network pharmacology is a powerful tool to reflect the pharmacologically active effects, mechanism of action and toxic activity of traditional Chinese medicines (TCMs). The ingredients of TCMs, associated with quality control of TCM products, are those fundamental chemicals that exhibit biological activities. A great amount of effort has been made by scientists in that field in order to improve the quality of TCMs, though the approaches to determine their quality and the TCM theory and compatibility rules remain ambiguous. Now some methods and technologies must be applied to predict and explore the quality marker (Q-marker) for quality control, as well as to clarify the factors affecting the quality of TCM, which may give new insight into rational ground of establishment of appropriate quality control and assessment system. In this review paper, authors focus on the prediction of quality markers of TCMs by network pharmacology based on three aspects: (1) from network medicine to network pharmacology, (2) complex network system of traditional Chinese medicine, and (3) predicting TCM quality markers based on network pharmacology. Authors proposed the research pattern on network pharmacology based on biological and medical networks, and further TCM network pharmacology based on substantial basis of TCM formulae, and the idea of “effect-ingredient-target-fingerprint” to predict and recognize the TCM Q-marker was the ultimate goal. In addition, authors yet noted how to make full use of the advantages of network toxicology to provide new ideas for the toxicity study of complex TCM systems and the prediction of TCM toxicity markers.     

中医药网络药理学:《指南》引领下的新时代发展

中医药凭借整体观和两千多年来临床使用天然药物的实践经验,在疾病的预防和治疗中有独特优势.中医药诊疗思想和丰富临床经验中的"整体"特色孕育了以"网络"和"系统"为特色的新一代研究模式.该模式在生物医学大数据和人工智能时代得到了快速发展,其中有代表性的研究领域——"网络药理学"为人工智能与中西医学交叉研究、分析海量生物医学...     

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。     

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.     

Network Pharmacology-based Approaches Capture Essence of Chinese Herbal Medicines

Traditional Chinese Medicine (TCM), a crucial component of the current medical system, has been extensively used in clinical practice due to its valuable therapeutic efficacy, and its potentials as an important source of new pharmacophores. TCM is characterized by holistic theory, which emphasizes maintaining the balance of the patient’s whole body using herbal formulae (fangji in Chinese) composed of mixtures of herbs with multiple bioactive ingredients. Because of the complex nature of these formulae, it is necessary to develop systematic methods to identify their bioactive ingredients and to clarify their mechanisms of action. With the rapid progress in bioinformatics, systems biology, and polypharmacology, “network pharmacology”, which shifts the “one target, one drug” paradigm to the “network target, multi-component” strategy, has attracted the attention because it can not only reveal the underlying complex interactions between a herbal formula and cellular proteins but detect the influence of their interactions on the function and behavior of the system. Growing evidence shows that the network pharmacology strategy can be a powerful approach to modern research on TCM. The present paper focuses on the basis of network pharmacology and the recent progress in its methodology, illustrates its utility in screening bioactive ingredients and elucidating the mechanisms of action of TCM herbal formulae, analyzes its limitations and problems, and discusses its development direction and application prospects.     

药物靶标预测技术在中药网络药理学中的应用

近年来,随着网络药理学逐渐兴起,特别是"网络靶标"概念的提出,引发了中医药新的研究热潮。其所强调的整体性与系统性和中医药理论不谋而合,能够很好的解释中医药的深刻内涵,包括中药作用机制解释,药效物质的寻找,君臣佐使配伍机制阐释等,更加适合中医药的学术特点和实际。而如何高效快速地识别大量的药物与靶标蛋白间的相互作用则成为中药网络药理学研究中的一个关键问题。药物-靶标相互预测技术作为一种高效而高通量的手段,能够减少成本,快速预测成分靶标,为中药网络药理学的应用奠定基础。事实上,针对庞大的化合物和靶标数据库,不同的预测方法和技术都被开发出来,并用于预测药物和靶标的关系,且已经有许多虚拟筛选技术成功的应用于网络药理学中。根据预测原理的不同,药物-靶标相互预测技术和策略大致可以分为4类,即基于配体的预测方法,基于靶标的预测方法,机器学习方法和组合应用的预测方法。该文就药物靶标预测方法及其在中药网络药理学的应用现状进行较系统的阐述,希望能够为广大中药研究者提供有益的参考和借鉴。     

中药网络药理学研究中存在的问题与发展展望

网络药理学近年来已成为中药研究的热门工具,其系统性和整体性特点为复杂中药体系的研究提供了新思路,被广泛用于筛选中药有效成分、阐释作用机制和揭示方剂配伍原理等,为中药合理用药提供技术支持,促进中药现代化进展。通过对中药网络药理学研究现状进行梳理分析,指出中药网络药理学研究中存在的问题和面临的挑战,同时对中药网络药理学的发展方向进行了展望。将网络药理学应用于中医药研究时必须要注重中药自身的特点,开发出适合中医药体系研究的网络药理学方法。     

网络药理学在中医药治疗慢性肾脏病中的研究现状

慢性肾脏病（CKD）是病程长、发病机制复杂的一类疾病，中医药在其治疗中发挥了重要作用。目前，网络药理学已成为中药治疗CKD的有效研究方法。网络药理学在系统生物学的基础上，运用高通筛选及网络分析等技术，建立“药物－基因－靶点－疾病”网络，系统阐述机体与药物间作用的原理与规律，与中药多途径、多靶点特点相契合。通过网络药理学在中医药治疗CKD研究发现，中医药在改善CKD的氧化应激状态、调节炎症反应、减缓肾脏纤维化和细胞凋亡方面起到不可或缺的作用。文章对网络药理学在CKD领域相关研究进行归纳和总结，以期为网络药理学对中医药治疗CKD的进一步研究提供参考。     

基于中医主治关联的中药饮片网络药理学研究

目的:以网络药理学:方法理念构建中药饮片网络,研究和诠释饮片的主治、功能与归经等属性间相互关系.方法:根据《中国药典》2010年版一部所载646种中药饮片的相关信息,采用文本挖掘法将饮片主治信息梳理归类;以主治来关联各味饮片.建立饮片网络模型;再对网络进行分析和诠释.结果:针对药典所载饮片,梳理归纳出 3 016对饮片-主治关联,据此建立饮片网络,表达了646味饮片的主治与功能间复杂网状关系;通过网络分析获知了药典未明确记载的某些饮片功能信息,且能反映饮片的归经属性.结论:本文方法可用于研究和诠释饮片主治、功能与口经等属性间相互关系.     

孙兰军主任治疗更年期妇女胸痹经验

胸痹是指胸部闷痛,甚则胸痛彻背,喘息不得卧为主症的一种疾病,轻者仅感胸闷如窒,呼吸欠畅,重者则有胸痛,严重者心痛彻背,背痛彻心。胸痹最早见于《内经》,《素问.脏气法时论》说:"心病者,胸中痛,胁支满,胁下痛,膺背肩胛间痛,两臂内痛。"汉代张仲景《金匮要略》正式提出"胸痹"的名     

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.     

Network Pharmacology Bridges Traditional Application and Modern Development of Traditional Chinese Medicine

Traditional Chinese medicine(TCM) has developed over thousands of years and has accumulated abundant clinical experience, forming a comprehensive and unique medical system. Emerging evidence has begun to illustrate TCM as an area of important medical rediscoveries. This review article briefly introduced the concept, significance,and technology of network pharmacology based on network biology and systems biology. It focused on the theoretical system and potential prospect of TCM network applied in TCM research and development including predicting new drug targets, action mechanism, new drug discovery; evaluating pharmacodynamics, pharmacokinetics, safety, toxicology, quality control, and bioinformatics of drugs. We also discussed the opportunities and challenges in the development and application of network pharmacology in the modernization of TCM research.     

基于体内ADME过程和网络药理学的中药现代研究思路

网络药理学应用到中药研究中,有利于阐释中药药效物质基础和作用机制,提高中药新药的研发水平,但是,鉴于中药有效物质的复杂性特点,进行体内过程分析,明确进入体内的成分,是将网络药理学应用于中药研究的前提。为此,提出体内ADME过程与网络药理学相结合的中药现代研究思路。     

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。     

基于网络药理学探讨黄芪治疗肌少——骨质疏松症的作用机制＊

目的 利用网络药理学研究黄芪治疗肌少-骨质疏松症的作用机制。方法 首先借助TCMSP分析平台、GeneCards数据库和OMIM数据库,分别筛选中药活性成分、中药靶标、肌少症疾病靶标和骨质疏松症疾病靶标,将肌少症疾病靶标和骨质疏松症疾病靶标取交集,得到肌少-骨质疏松症疾病靶标。将中药靶标与肌少-骨质疏松症疾病靶标取交集,得到中药-疾病靶标并构建中药-疾病-靶标调控网络。然后通过构建中药-疾病共同靶标的蛋白互作网络,筛选核心靶标基因。最后将中药-疾病共同靶标进行GO功能富集分析和KEGG通路富集分析,得出中药-疾病共同靶标相关的信号通路。结果 筛选得到黄芪治疗肌少-骨质疏松症的20个活性成分和10个中药-疾病共同靶标,并推断其作用机制可能与催乳素信号通路、内分泌失调信号通路、雌激素信号通路、乳腺癌信号通路、类风湿性关节炎信号通路、Toll样受体信号通路、胰岛素抵抗信号通路、肿瘤坏死因子信号通路等有关。结论 基于网络药理学探讨了黄芪治疗肌少-骨质疏松症的作用靶标及信号通路,为中药单体开发提供了理论依据。     

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。     

系统药理学Ⅲ：在诠释中医药整体作用机制中的应用进展

整体医学是一个跨学科的研究领域,其整合了所有类型的生物信息(蛋白质、小分子、组织、器官、外部环境信号等),从而为医疗保健和疾病治疗提供可预测和可操作的模型。尽管这门学科具有全球性和综合性的特点,但阐明整体医学机制的科学证据仍较为匮乏。作为一门基于经典药理学、计算机技术、生物信息学、网络药理学等多学科技术交叉、融合而发展起来的新兴学科,系统药理学从分子、细胞、器官、网络等多个水平系统地研究了药物与人体之间的相互作用以及其规律和本质,其自2011年诞生以来,已被广泛应用于整体医学推广、复方解析、新药开发和中医基础理论阐释等领域。该文详细介绍了中药系统药理学的研究思路,并通过梳理系统药理学在中药多成分、多靶点、多通路、多功能以及中药配伍等方面的研究,来诠释整体医学领域整体治疗复杂疾病的作用机制,以期为整体医学的现代化研究提供新方法与新思路。     

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。     

基于网络药理学研究甘草-石榴皮复配抗紫外线致皮肤光损伤的保护作用机制

目的:应用网络药理学的方法及工具研究甘草-石榴皮复配的潜在协同保护皮肤光损伤作用机制,为中药复方现代化及新药创新发现提供依据。方法:利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)数据库结合所查文献,获得甘草-石榴皮复配后的活性成分及所对应的靶标;将所得靶标输入蛋白质数据库(UniProt)中,查询靶标对应的基因名称。通过检索疾病相关网站CTD数据库,GeneCards数据库以及OMIM数据库,获取防晒相关靶标;通过在线String数据库分析作用靶标之间的相互作用关系,筛选出预测的核心作用靶标。利用DAVID数据库,进行预测靶标的基因本体(GO)基因功能富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。利用Cytoscape 3.6.1软件做网络图;利用在线网站Draw Venn Diagram将疾病靶标与药物预测靶标之间的关系用Venn图呈现;利用R Studio软件绘制GO富集和KEGG通路富集分析图。通过GOLD软件进行活性成分与核心靶标之间的分子对接。结果:收集到甘草-石榴皮复配活性成分16个,包括甘草素、甘草苷、山柰酚、槲皮素等。主要涉及蛋白激酶B1(AKT1),白细胞介素(IL)-6,血管内皮生长因子A(VEGFA),肿瘤坏死因子(TNF),抑癌基因(TP53)这5个核心靶点,涉及乙型肝炎,癌症信号通路,弓形虫病,美国锥虫病,肿瘤坏死因子信号通路等通路发挥防晒作用。结论:该研究基于网络药理学的方法,初步探究了甘草-石榴皮复配后的皮肤光保护作用靶标与通路,进一步印证了中药多成分、多靶点治疗疾病的特点,为中药复方的现代化研究提供一定的科学思路。     

Comparison of anti-inflammatory effects of Lonicerae Japonicae Flos and Lonicerae Flos based on network pharmacology

Objective In TCM history, Lonicerae Japonicae Flos and Lonicerae Flos were used clinically as one drug, but now they are admitted as two herbal medicines in Chinese Pharmacopoeia (2010 edition). This study used network pharmacology to investigate whether the two can be used interchangeably for the treatment of inflammatory diseases in TCM clinical practice. Methods Lonicerae Japonicae Flos and Lonicerae Flos were compared in the inflammation mechanism including core targets, Gene Ontology (GO), pathway and principle chemical components by the method of network pharmacology. Results Both herbs shared in six targets accounting for 66.7% of the entire core targets and more than half of the GO terms and pathways are similar. Organic acids are dominent compounds responsible for anti-inflammatory effects. Three of the compounds that bind to core targets including luteolin, quercetin and kaempferol, are shared in both herbs. Conclusion Due to high similarity between Lonicerae Japonicae Flos and Lonicerae Flos, we believe that they can be used interchangeably for the inflammation in clinical treatment.