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。     

基于生物网络与病证结合的中药复方药理学研究对策

以病证结合与生物网络的视角,从疾病、证候、症状不同维度,探讨宏观与微观相结合进行中药复方药理学评价的方法与思路,并根据复方中药多组分、多靶标的特点,借鉴网络药理学的方法,探索一套基于生物网络的中药复方药理学评价对策,以期建立基于生物网络与病证结合的多维度、多层次的中药复方药理学评价体系。     

网络药理学方法探讨清热中药治疗冠心病作用机制

采用分子对接和计算机网络药理学方法,快速筛选清热中药中治疗冠心病的活性成分,并构建清热中药治疗冠心病的药物-靶标-疾病网络,对清热中药治疗冠心病的有效成分和作用机制从系统水平进行研究。结果表明计算机方法可以体现5类清热中药的差异,并揭示中药中化学成分与相关靶标相互作用的分子机制,而网络的构建和分析可以将化学成分的聚类、差异,以及有效成分与相关靶标及疾病的复杂分子作用机制可视化。     

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。     

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。     

杜仲治疗股骨头坏死分子机制的网络药理学研究

目的:基于中药网络药理学理论与生物信息学研究方法,探讨杜仲治疗股骨头坏死的潜在分子作用机制.方法:通过中药系统药理学成分分析平台BATMAN-TCM预测杜仲的活性成分及治疗作用靶点,与GeneCards、Gene、GAD等人类基因数据库获取的股骨头坏死作用靶点取交集,获得最终的靶标基因,通过STRING构建靶标基因间蛋...     

有毒乌头类中药的毒效网络整合分析:思路与方法

中药的有效性和安全性不仅是中医药传承和发展的坚实基础,也是中医药服务于世界人民健康事业的根本前提。因此多学科交叉融合、整合分析中药毒效的物质基础、作用原理、毒效关系,揭示"有故无殒、中病即止"的科学内涵,是中药进入国际医药市场亟待解决的关键问题。利用复杂生物网络研究中药系统药理学和系统毒理学,构建可靠的中药药效物质作用靶标相关的分子效应和毒理学性质网络,反映特定疾病状态的相关生物实体的分子网络及毒性机制,整合效应物质作用靶标网络与疾病生物网络,通过网络拓扑学和动力学等方法分析"药物-靶点-疾病"网络和"药物-靶点-活性/毒性"网络中有效物质与疾病、成分与毒性的相互作用关系,检识出复杂网络模型中的靶点组合、通路组合、子网组合、药物组合等,大大提高了中药复杂药效物质的研究效率。作者主要基于其研究团队近年来开展的乌头类中药研究工作,重点介绍开展有毒中药的毒效网络整合分析研究的思路和方法。     

基于复杂网络探讨中医方剂治疗胃癌的核心药物及其干预靶点

目的:探讨中医方剂治疗胃癌的核心药物及其干预靶点。方法:通过复杂网络的方法基于近20年文献筛选中药方剂中治疗胃癌的主药,再通过中药网络药理学数据库以及TCGA肿瘤全基因组数据库,采用数据挖掘方法探索预测主药治疗胃癌的机制及关键靶点,并通过大数据高通量全基因组信息观察调节关键靶点对胃癌患者生存期的影响。结果:健脾燥湿补气类中药"白术-茯苓-黄芪"对CXCR4可能存在相关调节作用并对肿瘤患者生存周期具有显著影响,这可能是中医方剂治疗胃癌的新机制之一,并可结合方药的核心处方和干预靶点优化方剂配伍,这对既往"以证测方,以症拟方"的思路是一种新的补充。结论:"白术-茯苓-黄芪"共同调节的潜在基因靶点是CXCR4,这可能是"白术-茯苓-黄芪"的起效机制之一。     

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.     

中药抗凝血作用的网络药理学

目的:运用计算机网络药理学技术对抗凝血中药所含化学成分的分子作用机制进行预测。方法:从数据库中收集抗凝血中药小分子、靶标数据;使用计算机虚拟筛选软件进行分子-靶标的相互作用研究;利用网络构建软件建立中药-分子-靶标之间的网络,并分析其意义。结果:筛选出一批抗凝血中药活性分子,并对其作用机制进行了初步探讨。结论:计算结果预示抗凝血中药的作用机制可能包括抗凝血、抗血栓和抑制血小板3个方面;部分抗凝血中药分子同时作用多个靶标,调节多种抗凝血效果;抗凝血中药分子不仅对单个靶标因子表现出强的活性,而且可以同时调节多个靶标,药物分子间相互调节、相互补充,共同发挥活血化瘀的功效。     

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.     

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...     

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.     

网络方剂学特征的研究进展

网络方剂学具有将网络科学与中医方剂学特点相结合,借助现代科技,整合中医整体思辨的宏观思维与现代医学生物细胞分子的微观视角,通过知识关联网络构建及分析法,建立一个系统方剂知识库及病症结合网络,重点研究方剂功效物质组整合调节机制、配伍规律的阐明、源自方剂的中药新药创制及类方网络方剂学构建等特征。物质基础研究能揭示方剂作用机制,是中药复方质量控制及安全性的保障;配伍规律是方剂的核心;方剂在治疗复杂疾病方面具备整合调节的优势,是研制多靶点新药的重要源泉;类方的研究有利于对方剂复杂体系的系统认知及对方剂配伍规律等核心问题的理解。以上4方面是方剂现代化研究的重点和难点,也是网络方剂学研究的重要内容及方向。网络方剂学的发展则有助于诠释中药复方的科学内涵,提高临床用药疗效,拓展新药的研发思路。该文对网络方剂学的特征进行总结,对基础研究、配伍理论、新药创制、类方研究4个方面的研究方法及进展进行概述,以期有助于阐明方剂的组方原理、配伍规律及其临床使用方式,促进方剂的现代化研究。     

基于网络方剂学的小青龙汤类方功效物质组研究

类方集历代名医应用之精华,是中医原创思维的重要载体。该文以小青龙汤、麻黄杏仁石膏甘草汤、麻黄附子汤、厚朴麻黄汤和大青龙汤等5个小青龙汤类方为例,采用网络方剂学研究策略,在系统的化学组成辨识基础上,通过知识关联网络构建及分析,探讨其化学组成与主治异同之间的关联,初步揭示了小青龙汤类方在宣肺平喘、助阳解表方面的功效物质组。这一研究实例表明,网络方剂学可为诠释仲景方组方的科学内涵提供新的研究视角。     

Systems pharmacology for traditional Chinese medicine with application to cardio-cerebrovascular diseases

Identified as a treasure of natural herbal products, traditional Chinese medicine (TCM) has attracted extensive attention for their moderate treatment effect and lower side effect. Cardio-cerebrovascular diseases (CCVD) are a leading cause of death. TCM is used in China to prevent and treat CCVD. However, the complexity of TCM poses challenges in understanding the mechanisms of herbs at a systems-level, thus hampering the modernization and globalization of TCM. A novel model, termed traditional Chinese medicine systems pharmacology (TCMSP) analysis platform, which relies on the theory of systems pharmacology and integrates absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity (ADME/T) evaluation, target prediction and network/pathway analysis, was proposed to address these problems. Here, we review the development of systems pharmacology, the TCMSP approach and its applications in the investigations of CCVD and compare it with other methods. TCMSP assists in uncovering the mechanisms of action of herbal formulas used in treating CCVD. It can also be applied in ascertaining the different syndrome patterns of coronary artery disease, decoding the multi-scale mechanisms of herbs, and in understanding the mechanisms of herbal synergism.     

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.