网络药理学对生物医药发展作用刍议北大核心CSCD

网络药理学是指将药物作用网络与生物网络整合在一起,分析药物在此网络中与特定节点或模块的相互作用关系,从而阐释药物和机体相互作用的科学。其中,生物网络是指利用网络学科的语言,将复杂的生物系统的相互作用抽象表达为网络,建立网络模型,进而通过研究代表生物体的复杂网络的成分关系和特性来揭示生物体的原理和本质。     

网络药理学探讨人参防治阿尔茨海默病的物质基础及作用机制

目的 网络药理学探讨人参防治阿尔茨海默病(AD)的物质基础及作用机制。方法 通过中药系统药理学分析数据库(TCMSP)及文献检索获取人参防治AD的活性成分及其相关作用靶点;Cytoscape3.9.0构建蛋白与蛋白相互作用(PPI)网络、药物-靶标-疾病网络,运用DAVID数据库进行GO和KEGG分析。结果 经网络药理学分析筛选得到脱氧三尖杉酯碱、吉九里香碱、五味子酯乙及人参二醇等17个活性成分,获取STAT3、MAPK3、JAK1、TYK2及MAP2K1等387个药物-疾病共同作用靶点。GO分析发现这些靶点主要涉及蛋白质磷酸化等999条生物学过程、质膜等138个细胞组分及蛋白激酶活性等245个分子功能;KEGG分析显示上述靶点主要富集于神经活性配体-受体相互作用、癌症的途径及钙信号等167条生物学通路。结论 本研究揭示了人参活性成分以协同方式多靶点、多途径防治AD的作用机制,可为临床安全有效用药提供重要依据。     

基于网络药理学莪术抗阴道炎的机制研究

目的:采用网络药理学方法探究莪术治疗阴道炎的作用机制。方法:通过中药系统药理学分析平台(TCMSP)数据库搜索莪术中的成分,结合"OB≥30%、DL≥0.12"筛选莪术活性成分。从TCMSP数据库中获得莪术有效成分对应的靶蛋白,在UniProt数据库中获取靶蛋白对应的基因名称,通过GeneCard和OMIM数据库检索与阴道炎相关基因,采用Excel筛选分子和靶标筛选莪术活性组分与阴道炎的共同靶标,在String数据库进行蛋白质-蛋白质相互作用分析,构建蛋白质-蛋白质相互作用网络;采用Cytoscape网络可视化软件,构建"阴道炎-基因-靶标-莪术"相互作用网络;借助Cytoscape的Cluego分析工具和Perl、R语言进一步进行基因GO功能和KEGG通路富集分析,以探究莪术抗阴道炎的作用机制。结果:莪术可能是通过直接作用于孕酮受体(PGR)、组织蛋白酶(CTSD)、核受体辅激活蛋白2(NCOA2)、雌激素受体(ESR1)、类视黄醇X受体(RXRA)等蛋白靶点,并通过调节雌激素信号通路、甲状腺激素信号通路达到其治疗目的。GO分析结果表明莪术主要通过类固醇激素受体、转录因子活性、配体调控特异性序列DNA结合、核受体活性等作用发挥分子功能;通过女性妊娠的母体过程、妊娠的乳腺分支导管、前列腺上皮形态形成、分支导管参与乳腺导管形态发生等作用发挥生物学功能。结论:研究通过网络药理学初步揭示了莪术抗阴道炎的潜在调控网络,为其后续实验研究及临床应用提供了参考。     

基于网络药理学探析川芎平喘合剂治疗慢性阻塞性肺疾病的研究

摘要：目的:通过网络药理学研究川芎平喘合剂治疗慢性阻塞性肺疾病的作用机制。方法:利用中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)、中药综合数据库(TCMID)、药物成分靶标数据库(HIT)和蛋白质-化学相互作用网络数据库(STITCH)对川芎平喘合剂中药物的化学成分、作用靶标进行检索与筛选;利用GeneCards数据库对慢性阻塞性肺疾病的相关靶标进行检索与筛选;构建多层次网络通过对基因本体、信号通路的富集分析,阐释川芎平喘合剂治疗慢性阻塞性肺疾病的作用机制。结果:从川芎平喘复方中筛选出144个化合物、301个复方作用靶标,多层次网络分析显示出良好的节点相似性;生物功能富集得到共关联基因本体条目483个,以及肿瘤坏死因子(TNF)信号通路、白细胞介素-17(IL-17)信号通路、TOLL样受体信号通路及NOD样受体信号通路4条信号通路。结论:本研究从网络药理学的角度阐释了川芎平喘合剂治疗慢性阻塞性肺疾病的作用机制,体现了中药复方整体性的特点,为该复方的进一步研究提供了基础。     

网络药理学在中药作用机制中的研究进展

网络药理学以系统生物学为基础,系统阐述了机体与药物相互作用的原理与规律,代表了现代生物医药的哲学理念与研究模式。运用网络药理学相关的技术手段,更便于理解中药治疗疾病的作用机制,目前网络药理学已被广泛应用于中药研究。从网络药理学及网络药理学应用等方面,介绍近年网络药理学在中药领域的运用与发展。     

小柴胡汤治疗癫痫的网络药理学研究

目的:通过中药网络药理学技术研究小柴胡汤治疗癫痫的活性成分、作用靶标、靶标的相互作用关系、靶标的生物学功能及其作用的通路,探讨其可能的作用机制。方法:在中药系统药理学数据库和分析平台上筛选出小柴胡汤的活性成分,并根据活性成分检索其成分作用的靶标。利用在线文本挖掘服务器(GeneCards)和人类孟德尔遗传数据库(OMIM)查询与癫痫相关的靶标,并使用在线软件venny 2.1 对癫痫相关的靶标与小柴胡汤作用的靶标取交集,得到小柴胡汤治疗癫痫的潜在靶标156个。将潜在靶标导入Cytoscape软件,初步获得“成分-靶标”关系网络;同时基于clusterProfiler包对潜在靶标进行基因本体(GO)功能富集分析、基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。并根据KEGG富集分析结果,构建“潜在靶标-KEGG通路”关系网络。此外,为了解靶标之间的相互作用关系,把潜在靶标导入STRING在线数据库,构建蛋白-蛋白相互作用网络(PPI网络),将关系网络编排导入Cytoscape软件进行拓扑结构分析获得核心子网络。结果:小柴胡汤的活性成分有162种,主要包括:槲皮素、汉黄芩素、黄芩苷、山柰酚、人参皂苷Rh2、异鼠李素、柚皮素、木蝴蝶素等;作用的靶标有156个。其主要作用的途径有:IL-17信号通路、细胞凋亡、C型凝集素受体信号通路、内分泌的阻力等。结论:小柴胡汤治疗癫痫体现了中药复方多成分、多靶标、多通路共同作用的特点。本研究进一步拓宽了小柴胡汤在神经系统疾病方面的应用,为进一步的实验研究提供了理论基础。     

基于网络药理学探究三七治疗冠心病的潜在作用机制

目的:研究三七治疗冠心病的成分、靶点及通路,探讨其发挥治疗作用的潜在分子机制。方法:基于网络药理学方法,利用中药系统药理学分析平台(TCMSP)检索获取三七的活性成分;利用DRAR-CPI服务器、GeneCards和DisGeNET数据库筛选出与三七治疗冠心病相关的作用靶标;采用Cytoscape 3.6.0软件构建三七有效成分-冠心病作用靶标网络;采用String数据库绘制作用靶标的相互作用网络,并运用Network Analyzer工具计算靶标连接度,筛选出潜在核心靶标,然后通过Systems Dock Web Site服务器的分子对接验证核心靶标与有效成分的结合力;利用KEGG通路富集分析和基因本体(GO)分类富集分析获取三七治疗冠心病的重要信号通路和分子功能,并构建重要信号通路的"有效成分-作用靶标-信号通路"网络。结果:筛选出三七中治疗冠心病的5个有效成分(豆甾醇、β-谷固醇、人参皂苷rh2、槲皮素、三七皂苷r1),5个成分共作用于96个靶标并存在134种作用关系;5个核心靶标分别为蛋白激酶B(AKT)、白细胞介素6(IL-6)、血管内皮生长因子A(VEGFA)、c-JUN蛋白(c-JUN)、肝磷脂结合表皮生长因子(HB-EGF),其主要通过改变蛋白结合作用以及调控磷酯酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)、低氧诱导因子1(HIF-1)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信号通路来发挥治疗冠心病的作用。结论:三七治疗冠心病不仅是通过作用于多个靶标而发挥多种效果,而且可通过靶标之间的相互作用产生复杂的网络调节效果。     

基于网络药理学探讨康妇炎胶囊治疗盆腔炎的分子作用机制

目的:借助网络药理学方法探讨康妇炎胶囊治疗盆腔炎(pelvic inflammatory disease,PID)的药效物质基础及其分子机制.方法:通过中药系统药理学数据库与分析平台和中药分子机制生物信息学分析工具数据库收集相应的化学成分及相关药物和疾病靶标,分析这些靶标之间的相互作用关系,构建核心靶标网络,并对核心靶...     

采用网络药理学研究黄芪-葶苈子药对治疗心力衰竭的作用机制

目的:探索黄芪-葶苈子药对治疗心力衰竭的可能作用机制。方法:采用网络药理学方法。基于类药性和口服生物利用度,通过中药系统药理学数据库分析平台、GeneCards和OMIM数据库、反向分子对接服务器,筛选出黄芪-葶苈子药对治疗慢性心力衰竭的活性成分,并预测其作用靶标;采用Cytoscape 3.6.0软件绘制出黄芪-葶苈子药对的活性成分-慢性心力衰竭作用靶标网络;通过STRING数据库制作靶标相互作用网络,筛选连接度排名前5的靶标,在分子对接服务器中进行分子对接;最后在生物学信息注释数据库中进行基因本体(GO)生物过程分析、京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析。结果:本研究共预测得到28个活性成分,其中黄芪20个、葶苈子12个,包括山柰酚、槲皮素等,有4个成分为二者共有;得到活性成分的作用靶标92个,包括热休克蛋白90α(HSP90AA1)、酪氨酸蛋白激酶SRC基因等;GO生物过程结果显示与线粒体电子传递、线粒体内膜、胞质溶胶、胞外体、线粒体基质、药物反应等相关,KEGG通路富集分析结果显示主要涉及丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路、转化生长因子(TGF)信号通路、磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)信号通路、环磷酸腺苷(c AMP)信号通路、蛋白激酶B信号通路、细胞外信号调节激酶1(EPK1)信号通路、核转录因子κB(NF-κB)信号通路等方面。结论:黄芪-葶苈子药对可通过上述HSP90AA1、SRC等多靶点及线粒体电子传递、MAPK信号通路等多通路来治疗慢性心力衰竭;本研究为进一步深入探讨该药对作用的物质基础以及作用机制提供了参考。     

药物重定位——网络药理学的重要应用领域

药物重定位是指发现已上市药物的新适应症,是网络药理学的重要应用领域。药物重定位策略是目前已知的药物研发策略中风险与效益比最好的策略之一,也是一种解决新药开发高投入低成功率困境的有效方法之一。目前已成功进行重定位的药物已超过百余种(国内有老药新用专著收载123种),药物重定位研究已超越了随机发现药物新适应症的阶段,进入了基于计算机技术的崭新研究阶段。现有研究方法主要有基于小分子(或配体)特征的方法、基于蛋白靶点(或受体)特征的方法、基于表型(或网络)特征的方法。随着对防治重大疾病有效药物需求的不断增加,以及系统生物学、计算生物学、网络药理学等相关学科的快速发展,面对新药研发难度越来越大的严峻形势,药物重定位已成为世界范围内关注的热点,在药物研发领域占据重要地位。     

蛋白质组学技术在网络药理学中的应用

蛋白质组学发展至今已日趋成熟,在生物医药相关领域研究中的应用显著增加,与之相关的样品制备技术、蛋白定量方法及先进的质谱仪器也得到了快速发展。网络药理学是近年来提出的新药发现新策略,是药理学的新兴分支学科,它从整体的角度探索药物与疾病的关联性,发现药物靶标,指导新药研发。将蛋白质组学技术应用于网络药理学研究用,加速药物靶点的确认,从而设计多靶点药物或药物组合。综述了蛋白质组学技术的新近研究进展,并简单概述了其在网络药理学中的应用。     

网络药理学实验研究相关技术

网络药理学从生物网络的角度系统地揭示药物和机体相互作用的规律和原理,代表了现代生物医药研究的全新哲学理念与研究模式,其实验研究涉及的环节一是基于实验结果进行网络构建所需基本数据的获取,另一个是对所建立的网络预测模型进行实验验证。网络药理学实验技术应具有高通量、可定量、快速、高灵敏度和高准确性的特点,其所涉及的实验关键技术除了组学(基因组、蛋白质组、代谢组和糖组等)技术外,目前主要包括高通量/高内涵技术、双高通量基因表达检测技术和分子相互作用技术等。本文对这三种主要技术在网络药理学中的应用做了综述。     

中药网络药理学研究中的生物信息学方法

为了更有效地治疗癌症、心血管疾病、免疫系统疾病等复杂疾病,基于分子网络的多靶点药物发现理念逐渐成为—种新的趋势,而中药整体、辨证、协同的用药观再一次引起了药物发现领域的极大兴趣。中药在治疗复杂慢性疾病方面有确切的疗效和较小的毒副作用。中药网络药理学从分子网络调控的水平上阐明中药的作用机制,为多靶点药物发现提供有益的启示和借鉴,并有可能从临床有效的中药反向开发现代多组分、多靶点新药。针对基于生物分子网络的中药药理学研究路线中的4个步骤,介绍近年来中药网络药理学研究中相关的生物信息学方法。     

网络药理学:药物发现的新思想

新药研发是医药产业发展的核心驱动力,也是社会发展的重要需求,但近年来,随着对药物研发要求的不断提高,新药研发正面临着巨大困难,单靶点高选择性的新药研发思想遇到了挑战,已经显示出发展的局限性。网络药理学是近年来在单靶点药物研究的基础上提出的新药发现新策略。本文围绕网络药理学的形成基础和目前研究现状,探讨网络药理学发展的方向和应用前景,同时分析网络药理学的局限性和存在的问题,并通过与传统中医药学理论和中药复方有效成分组学的思想相比较,探讨网络药理学在新药研发中的应用。     

Building a drug–target network and its applications

Background: One of the most recent and important developments in drug discovery is a new drug development approach of building and analyzing networks that contain relationships among drugs and targets, diseases, genes and other components. These networks and their integrations provide useful information for finding new targets as well as new drugs. Objective: This review article aims to review recent developments in various types of networks and suggest the future direction of these network studies for drug discovery. Methods: Databases and networks are integrated into a more complete network to better present the relationships among drugs, targets, genes, phenotypes and diseases. After discussing the limitations and obstacles of the recent research, we suggest several strategies to build a successful and practical drug–target network. Results/conclusion: A useful, integrated network can be built from various databases and networks by resolving several issues, such as limited coverage and inconsistency. This integrated network can be completed by the prediction of missing links, biological network comparison and drug target identification. Possible applications are multi-target drug development, drug repurposing, estimation of drug effect on target perturbations in the whole system and extraction of the suitable purpose of the drug–target sub-network.     

网络药理学在中医药治疗自身免疫性疾病中的应用

自身免疫病发病机制复杂,缺乏特异标志物和新的治疗靶点。传统中医药治疗自身免疫病等慢性复杂疾病疗效良好,但其作用机制未明。网络药理学的核心思想与中医整体哲学有很多相通之处,作为新兴学科为中医药从经验医学向循证医学体系转化提供了新的研究模式。网络药理学应用于众多领域的研究,在某一类疾病中的应用却鲜有综述,通过检索国内外文献,本文综述了网络药理学在类风湿关节炎、银屑病、系统性红斑狼疮中医药防治以及相关生物学靶标筛选中的应用。     

Botanical drugs, synergy, and network pharmacology: forth and back to intelligent mixtures

For centuries the science of pharmacognosy has dominated rational drug development until it was gradually substituted by target-based drug discovery in the last fifty years. Pharmacognosy stems from the different systems of traditional herbal medicine and its "reverse pharmacology" approach has led to the discovery of numerous pharmacologically active molecules and drug leads for humankind. But do botanical drugs also provide effective mixtures? Nature has evolved distinct strategies to modulate biological processes, either by selectively targeting biological macromolecules or by creating molecular promiscuity or polypharmacology (one molecule binds to different targets). Widely claimed to be superior over monosubstances, mixtures of bioactive compounds in botanical drugs allegedly exert synergistic therapeutic effects. Despite evolutionary clues to molecular synergism in nature, sound experimental data are still widely lacking to support this assumption. In this short review, the emerging concept of network pharmacology is highlighted, and the importance of studying ligand-target networks for botanical drugs is emphasized. Furthermore, problems associated with studying mixtures of molecules with distinctly different pharmacodynamic properties are addressed. It is concluded that a better understanding of the polypharmacology and potential network pharmacology of botanical drugs is fundamental in the ongoing rationalization of phytotherapy.     

网络药理学:中医药现代化的新机遇

中医药具有整体观和辨证论治的特点,有着几千年丰富的临床经验,在治疗复杂疾病方面显示出了良好的效果,但由于中药及其复方具有多成分、多靶点、协同作用的特点,使中医药的现代化发展遇到困阻。近年来网络药理学在国际上兴起,它融合系统生物学、多向药理学、计算生物学、网络分析等多学科的技术和内容,进行"疾病-表型-基因-药物"多层次网络的构建,从整体的角度去探索药物与疾病间的关联性,发现药物靶标,指导新药研发。在方法学上,网络药理学具有整体性、系统性的特点,这与中医药整体观与辩证论治的原则不谋而合。本文对现阶段中医药现代化的机遇与挑战、网络药理学形成的概况及其在中医药研究中的初步应用做了简要综述,主要介绍了网络药理学的原理及其在中医药现代化中的作用及应用。