網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)在中藥藥理作用機(jī)制研究中的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)在中藥藥理作用機(jī)制研究中的應(yīng)用

中醫(yī)藥是中華民族幾千年來治療病人和人類疾病的最重要形式和手段。結(jié)合不同的成分、不同的方法和不同的目標(biāo)，它發(fā)揮了非藥物的治療效果，尤其是針對患有多環(huán)芳烴和其他慢性疾病的患者。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人類對疾病的生物學(xué)本質(zhì)認(rèn)識不斷深化,醫(yī)藥界逐漸認(rèn)識到多基因、多環(huán)境因素及其相互作用引起的復(fù)雜性疾病,僅用單一藥物難以獲得理想的治療效果,也容易引起較大的毒副作用。此外,一系列成功的多藥聯(lián)用科研實(shí)踐如雞尾酒療法抗HIV,進(jìn)一步激發(fā)了西方醫(yī)藥界對復(fù)合用藥的興趣。在這一國際背景下,研究開發(fā)中藥復(fù)方不僅對于繼承和發(fā)揚(yáng)祖國醫(yī)藥學(xué),而且也最有可能使我國在復(fù)合藥物研制上引領(lǐng)世界。然而,長期以來,中藥復(fù)方化學(xué)成分紛繁復(fù)雜、組方配伍形式多樣及功能主治的不確定性給復(fù)方研究帶來了巨大挑戰(zhàn),難以用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)詮釋中藥復(fù)方作用的本質(zhì),中藥復(fù)方的藥理作用機(jī)制研究進(jìn)展緩慢,阻礙了中醫(yī)藥在國際上的應(yīng)用和推廣,這一現(xiàn)狀構(gòu)成了中藥現(xiàn)代化和國際化進(jìn)程中主要的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。近年出現(xiàn)的基于網(wǎng)絡(luò)的分析方法為中藥復(fù)方系統(tǒng)研究提供了有效的新思路新模式,本文介紹網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法的一些基本數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及其在中藥藥理作用機(jī)制中的可行性,并提出了研究的思路和技術(shù)方案。1網(wǎng)絡(luò)聚集特征現(xiàn)實(shí)世界存在的大量復(fù)雜系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)加以描述,典型的如郵政投遞網(wǎng)絡(luò),電信寬帶網(wǎng)絡(luò)等。通常,一個(gè)代表性的網(wǎng)絡(luò)是由許多節(jié)(頂)點(diǎn)(vertex)與連接2個(gè)節(jié)點(diǎn)的邊(edge)組成。其中節(jié)點(diǎn)代表系統(tǒng)內(nèi)不同的個(gè)體,邊代表個(gè)體間的相互作用關(guān)系,即若2個(gè)節(jié)點(diǎn)以邊相連,則其具有某種特定的關(guān)系,反之,則認(rèn)為無相互作用?？梢詫⑸鲜鑫淖直硎鲇脭?shù)學(xué)語言來表述,在圖論中,通常將網(wǎng)絡(luò)表示成一個(gè)無向圖或有向圖G(V,E)。其中,所有的個(gè)體構(gòu)成節(jié)點(diǎn)集合V={P1,P2…Pn},個(gè)體間的相互作用構(gòu)成了邊的集合E={(Pi,Pj)|Pi和Pj之間存在相互作用}。節(jié)點(diǎn)間基本的相互關(guān)系可以用鄰接矩陣來表達(dá),對稱的n×n階鄰接矩陣定義為A=(aij),其中:如上式,若2個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰,則其在鄰接矩陣中以“1”表示,否則以“0”代替。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的度(K)、聚類系數(shù)(C)、緊密度(C)、平均路徑長度(L)、網(wǎng)絡(luò)直徑(D)、介數(shù)(B)和拓?fù)湎禂?shù)(T)等參數(shù)是描述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的重要指標(biāo);此外,度分布P(k)、聚類系數(shù)的度分布c(k)、最短路徑分布SP(i)和拓?fù)湎禂?shù)分布TC(k)這4個(gè)參數(shù)也被廣泛用于網(wǎng)絡(luò)分析中。通過對這些指標(biāo)的分析可以有效地獲取生物作用網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮攸c(diǎn),并能夠?yàn)檠芯肯嗷プ饔镁W(wǎng)絡(luò)的演化、生物功能、藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和動力學(xué)特性提供獨(dú)特的視角。下面基于無向圖簡要介紹這些重要的特征參數(shù)及其生物學(xué)意義。任意節(jié)點(diǎn)i的度Ki被定義為網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)i連接的邊數(shù)目,若以Nv表示系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,則節(jié)點(diǎn)度和平均度可分別表示為:如在圖1中,節(jié)點(diǎn)A,B,C,D,E的度分別為1,3,2,3,1。節(jié)點(diǎn)度是一種簡單而又十分重要的拓?fù)涮卣?網(wǎng)絡(luò)研究中,度值較大的節(jié)點(diǎn)稱為中心節(jié)點(diǎn)(Hub),其值越大,表明該節(jié)點(diǎn)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中作用較關(guān)鍵。若用ni表示節(jié)點(diǎn)i的鄰接節(jié)點(diǎn)集合中存在的連接總數(shù),則聚類系數(shù)和平均聚類系數(shù)可分別表示為:在圖1中,節(jié)點(diǎn)B與{A,C,D}相連接,這3個(gè)節(jié)點(diǎn)間只有C,D相連,所以節(jié)點(diǎn)B的聚集系數(shù)。同理C,D聚集系數(shù)也為1/3,而A,E相鄰節(jié)點(diǎn)沒有連接,所以其為0,因此平均聚集系數(shù)為1/5。聚集系數(shù)與平均聚類系數(shù)體現(xiàn)了部分節(jié)點(diǎn)間存在的連接密集程度,是對局部網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聚性的一種描述,代表了一個(gè)節(jié)點(diǎn)與其鄰接節(jié)點(diǎn)之間的相互連接性,反映了生物網(wǎng)絡(luò)的層次特征。③緊密度(C)緊密度(closeness)是描述一個(gè)節(jié)點(diǎn)到網(wǎng)絡(luò)中其他所有節(jié)點(diǎn)平均距離的指標(biāo),節(jié)點(diǎn)v的緊密度Cv定義如下:其中dij表示節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的距離。圖1中,節(jié)點(diǎn)B到節(jié)點(diǎn){A,C,D,E}的最短距離分別是1,1,1,2,則節(jié)點(diǎn)B的緊密度為1.25。緊密度表示網(wǎng)絡(luò)中心的接近程度,其值越小,表明網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)越靠近網(wǎng)絡(luò)中心,即網(wǎng)絡(luò)聚集程度越大。④平均路徑長度(L)平均路徑長度L(length)是對網(wǎng)絡(luò)中任意一對節(jié)點(diǎn)的最短路徑長度求平均,描述了網(wǎng)絡(luò)中分隔的任意2個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的平均步數(shù),可表示為:Np表示網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)對的數(shù)目,lij是節(jié)點(diǎn)i和j之間的最短距離。圖1中,平均路徑長度L=1.6。網(wǎng)絡(luò)直徑是描述網(wǎng)絡(luò)總體性質(zhì)的一個(gè)參數(shù),反映了網(wǎng)絡(luò)聚集程度。⑤網(wǎng)絡(luò)直徑(D)網(wǎng)絡(luò)直徑(diameter)是任意一對頂點(diǎn)的最短路徑長度的最大值,可表示為:圖1中,以D,E間最短距離最大,因此D=3。網(wǎng)絡(luò)直徑反映了網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)連接可能出現(xiàn)的最遠(yuǎn)距離,是衡量網(wǎng)絡(luò)緊密度的重要指標(biāo)。⑥介數(shù)(B)一個(gè)節(jié)點(diǎn)的介數(shù)(betweeness)定義為網(wǎng)絡(luò)所有的最短路徑中經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的數(shù)目,介數(shù)反映節(jié)點(diǎn)在特定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中所處位置的樞紐程度,介數(shù)越大,表明該節(jié)點(diǎn)在保持網(wǎng)絡(luò)緊密連接性中該節(jié)點(diǎn)越重要,可以用來有效地區(qū)別出網(wǎng)絡(luò)模塊,獲取子網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示,節(jié)點(diǎn)B的介數(shù)為3。通常介數(shù)較高的節(jié)點(diǎn)在生物網(wǎng)絡(luò)中較重要,通?？梢宰鳛樗幬锇悬c(diǎn)或者重要的生化通路。⑦拓?fù)湎禂?shù)(T)拓?fù)湎禂?shù)(topologycoefficient)定義為相互連接節(jié)點(diǎn)間共享連接比例的測度,節(jié)點(diǎn)v的拓?fù)湎禂?shù)Tv可定義為:其中,Cv,i表示與節(jié)點(diǎn)v和節(jié)點(diǎn)i都連接的的節(jié)點(diǎn)數(shù)。Mv為所有與節(jié)點(diǎn)v分享鄰接節(jié)點(diǎn)的集合。如圖1所示,與B節(jié)點(diǎn)共享鄰接節(jié)點(diǎn)共有3個(gè)(C,D,E),其節(jié)點(diǎn)度分別為2,3,1。則節(jié)點(diǎn)B的拓?fù)湎禂?shù)。拓?fù)湎禂?shù)反映了節(jié)點(diǎn)的鄰接節(jié)點(diǎn)被其他節(jié)點(diǎn)連接在一起的比例。此外,度分布P(k)、聚類系數(shù)的度分布c(k)、最短路徑分布SP(i)和拓?fù)湎禂?shù)分布TC(k)也反映網(wǎng)絡(luò)的特征,通常用來區(qū)別隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)(randomnetwork)、無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)(scale-freenetwork)和層次網(wǎng)絡(luò)(hierarchicalnetwork)。一般說來,隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征是度分布服從泊松分布,平均集聚系數(shù)小,平均路徑長度小;無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的平均路徑長度很小,與網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模成對數(shù)增長,網(wǎng)絡(luò)的平均集聚系數(shù)遠(yuǎn)大于相同規(guī)模的隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的集聚系數(shù),如郵政投遞網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)輸調(diào)度網(wǎng)和萬維網(wǎng)等;層次網(wǎng)絡(luò)模型既具有高的集聚系數(shù),同時(shí)度分布服從冪率分布。復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)的主要統(tǒng)計(jì)特征是小世界性、無標(biāo)度性并且節(jié)點(diǎn)度服從冪律分布。2基于多種“組學(xué)”技術(shù)的研究用藥2001年LeroyHood提出“系統(tǒng)生物學(xué)”概念——系統(tǒng)地研究遺傳、化學(xué)、環(huán)境因素干預(yù)下生物體系的基因、蛋白和代謝物的變化,并通過生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)整合,構(gòu)建數(shù)學(xué)模型來認(rèn)識和預(yù)測生命體的生物功能和生命活動,包括基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)和代謝組學(xué)。系統(tǒng)性、整體性是其主要特征,這與中醫(yī)藥理論強(qiáng)調(diào)的“整體辯證思維”不謀而合,因而系統(tǒng)生物學(xué)一經(jīng)提出,就在中醫(yī)藥研究領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。近年來系統(tǒng)生物學(xué)在中藥研究中的應(yīng)用發(fā)展十分迅速,并取得了令人振奮的成果,陳竺、陳賽娟院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)采用蛋白質(zhì)組學(xué)研究手段,較完美地詮釋了中藥復(fù)方黃黛片“君臣佐使”配伍規(guī)律,并在一定程度上揭示了其治療急性早幼粒細(xì)胞性白血病多靶點(diǎn)協(xié)同作用的機(jī)制;賈偉教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)圍繞腎、肝等組織,采用代謝組學(xué)方法,進(jìn)行了中醫(yī)病癥的評價(jià)、中藥復(fù)方干預(yù)的評價(jià)(藥效和毒性)和中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)等諸多方面的研究,顯示了代謝組學(xué)在中醫(yī)藥研究方面重要的作用;基因組學(xué)(genomics)以基因芯片為核心技術(shù),能針對中藥的多成分、多靶點(diǎn)的作用特點(diǎn)進(jìn)行全面深入地研究,羅國安教授等采用基因芯片技術(shù)獲得了雙龍方主要藥效成分及其治療心肌梗死過程所調(diào)控的功能基因網(wǎng)絡(luò)。目前基于多種“組學(xué)”技術(shù)從整體上研究中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和藥理作用特點(diǎn)獲得了很大成功。然而,這種基于多種“組學(xué)”的高通量、高分辨率、高靈敏度技術(shù)多局限于表征藥物干預(yù)前后生物系統(tǒng)的整體輪廓,而對于藥物發(fā)揮作用的生物體系涉及的一些具體代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路缺乏詳細(xì)描述,更不能從“基因-蛋白-代謝”整體分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控水平上探討中藥復(fù)方的作用機(jī)制。因而,現(xiàn)有的系統(tǒng)生物學(xué)方法仍難以闡明中藥多組分、多途徑、多靶點(diǎn)協(xié)同作用機(jī)制。3網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在中醫(yī)藥理機(jī)制研究中的可行性3.1復(fù)雜生物系統(tǒng)單元系統(tǒng)生物學(xué)的研究表明,細(xì)胞的生物功能是基因、mRNA、蛋白及代謝物各個(gè)層次內(nèi)部及層次間不同生命單元在不同水平上相互調(diào)節(jié)、相互作用的復(fù)雜過程。因此,迫切需要新的分析方法以處理生命單元間的復(fù)雜相互作用關(guān)系。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的迅速發(fā)展為在整體水平上研究生物網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)組成和功能提供了新的技術(shù)平臺。2004年Barabási等提出“網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)”概念,其主要依賴圖論、信息學(xué)及最優(yōu)化方法等學(xué)科的方法來建立網(wǎng)絡(luò)模型,將復(fù)雜生物系統(tǒng)單元(基因、mRNA、蛋白、代謝物)多層次復(fù)雜的相互作用形象地表達(dá)成網(wǎng)絡(luò)圖,通過分析網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣鱽慝@得對生物功能、疾病等生命活動更深入的了解。2005年Cell雜志首次刊登了人類的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò);MarcVidal和DongsupKim等建立了藥物與藥物靶點(diǎn)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò),拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)特征的分析顯示絕大多數(shù)藥物作用多個(gè)靶蛋白,反之亦然,為合理地進(jìn)行藥物發(fā)現(xiàn)指明了方向;Barabási等研究了人類疾病網(wǎng)絡(luò)(humandiseasenetwork)及疾病的同病現(xiàn)象(comorbidity),他們整合KEGG,BiGG和OMIM等數(shù)據(jù)庫相關(guān)數(shù)據(jù),建立了人類疾病網(wǎng)絡(luò)和代謝疾病網(wǎng)絡(luò)(metabolicdiseasenetwork),發(fā)現(xiàn)復(fù)雜性疾病(如糖尿病)通常與其他的疾病有更多的關(guān)聯(lián)(同病現(xiàn)象顯著),作者認(rèn)為Barabási的工作在某種程度上解釋了“異病同證”和“同人同時(shí)患多病”的生物學(xué)基礎(chǔ);Ravasz等研究了代謝網(wǎng)絡(luò)的層次組織特征,發(fā)現(xiàn)不同生物類別具有相似的網(wǎng)絡(luò)特征;Goryanin等認(rèn)為人類代謝網(wǎng)絡(luò)(Humanmetabolicnetwork)的構(gòu)建,不僅對于發(fā)現(xiàn)新的藥靶,而且也為基于系統(tǒng)的藥物設(shè)計(jì)提供了新的策略。上述的研究工作表明網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)是復(fù)雜生物系統(tǒng)間關(guān)系研究的有力工具,為人類認(rèn)識復(fù)雜的生物功能、疾病過程等問題提供了一個(gè)全新的解決方案和視角。3.2藥物靶點(diǎn)的構(gòu)建通過網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法構(gòu)建疾病生物網(wǎng)絡(luò)(基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)及代謝網(wǎng)絡(luò))來獲取疾病的生物網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)、藥物靶點(diǎn)信息,為藥物作用機(jī)制研究提供了新策略。Shipra等應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法識別了II型糖尿病一個(gè)重要的調(diào)節(jié)通路,并通過實(shí)驗(yàn)方法加以確認(rèn);哮喘是典型的復(fù)雜性疾病,Hwang等構(gòu)建了哮喘的疾病蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)分析揭示的疾病通路與文獻(xiàn)報(bào)道的疾病通路一致,同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了一些潛在的藥物靶蛋白如GNB2L1,BRCA1,為哮喘藥物的研發(fā)、作用機(jī)制研究提供新思路;Chen構(gòu)建腫瘤細(xì)胞凋亡的蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò),發(fā)現(xiàn)了3個(gè)潛在的藥物靶點(diǎn);Schoeberl等應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)在ErbB通路中最佳的腫瘤治療靶點(diǎn),這表明網(wǎng)絡(luò)分析能有助于關(guān)鍵通路的識別和優(yōu)化治療靶點(diǎn)。我國學(xué)者李梢等基于治療相似性、化學(xué)結(jié)構(gòu)相似性及蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了drugCIPHER用于藥物靶點(diǎn)的識別;徐筱杰等運(yùn)用分子對接和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法,研究治療慢性腎病中藥所含化學(xué)成分和靶標(biāo)之間的相互作用,快速篩選出治療慢性腎病中藥中的有效成分群及其關(guān)鍵靶標(biāo),為中藥的研發(fā)和作用機(jī)制提供重要參考。上述研究表明,網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)已廣泛用于藥物靶點(diǎn)識別、代謝通路模式的發(fā)現(xiàn)和作用機(jī)制的研究。3.3中藥、復(fù)方作用的生物網(wǎng)絡(luò)羅國安教授認(rèn)為中藥復(fù)方作用于人體即是一個(gè)“干預(yù)系統(tǒng)(中藥復(fù)方)—應(yīng)答系統(tǒng)(生物機(jī)體)”相互作用整合的生物學(xué)過程。隨著疾病生物學(xué)研究的深入,人們更清楚地認(rèn)識到大多數(shù)慢性復(fù)雜性疾病都與復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)密切相關(guān),復(fù)雜疾病的治療需要同時(shí)調(diào)節(jié)多個(gè)藥物靶點(diǎn),藥物作用于人體是一個(gè)復(fù)雜的生物網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)過程。網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法可構(gòu)建復(fù)雜疾病的生物網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮卣鞣治隹梢垣@取疾病生物網(wǎng)絡(luò)的功能模式(module)、網(wǎng)絡(luò)模體(motifs)及潛在的藥物靶點(diǎn),這揭示了中藥的作用對象——“生物機(jī)體”的生物學(xué)特征。中藥及其復(fù)方通常包括多個(gè)有效物質(zhì)成分,可以同時(shí)作用于多個(gè)藥物靶點(diǎn),從不同水平調(diào)節(jié)疾病信號通路以治療疾病。以網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)為特點(diǎn)的慢性復(fù)雜病證適宜于“多組分、多靶點(diǎn)”的組合干預(yù)。因此應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)的方法來研究“干預(yù)系統(tǒng)(中藥復(fù)方)”、“應(yīng)答系統(tǒng)(生物機(jī)體)”的系統(tǒng)內(nèi)部及系統(tǒng)間關(guān)系,最有可能揭示中藥復(fù)方復(fù)雜的藥理作用機(jī)制。4基于網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)的中醫(yī)藥聯(lián)合辦學(xué)和靶點(diǎn)協(xié)調(diào)機(jī)制的研究理念4.1生物數(shù)據(jù)庫技術(shù)各類生物信息數(shù)據(jù)庫的涌現(xiàn)及其不斷完善為生物網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建提供豐富的資源。一些國家的研究機(jī)構(gòu)已建立基因、蛋白、代謝物網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫,見表1,并且得到各國科學(xué)家的認(rèn)可。如OMIM數(shù)據(jù)庫中收錄了迄今已知的人類遺傳疾病及其相關(guān)基因;DrugBank數(shù)據(jù)庫收錄了詳細(xì)的藥物及其藥靶蛋白信息;HPRD數(shù)據(jù)庫收集了人類蛋白相互作用信息;KEGG數(shù)據(jù)庫收錄了較完整的生化代謝反應(yīng)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)庫是網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的寶貴資源。近年來,各種高通量、高分辨率“組學(xué)”技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)的應(yīng)用,使人們比以往任何時(shí)候都更快地獲取海量的生物學(xué)數(shù)據(jù)。同時(shí)數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和系統(tǒng)建模等方法的迅速發(fā)展,加速了人們解剖生物數(shù)據(jù)的能力,使人們能夠更快、更準(zhǔn)確地讀懂生物數(shù)據(jù)中隱藏的生物信息。越來越多的與疾病發(fā)病機(jī)制相關(guān)的基因、蛋白、信號通路被發(fā)現(xiàn),使疾病的生物網(wǎng)絡(luò)不斷完善。4.2表型網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容從代謝組學(xué)觀點(diǎn)來看,“體液代謝指紋圖譜”可以準(zhǔn)確地表征藥物作用引起的內(nèi)源性代謝物的變化,直接反映體內(nèi)生物化學(xué)過程和狀態(tài)的變化。通過測定體液的組成變化,就可能得到關(guān)于外源性化合物與生物體作用的位點(diǎn)、強(qiáng)弱、效果、代謝通路等方面的信息。因此,作者認(rèn)為構(gòu)建表型網(wǎng)絡(luò)能直觀地體現(xiàn)內(nèi)源性代謝物之間關(guān)系。表型網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建:r為皮爾森相關(guān)系數(shù),Xi表示第i次采集的生物樣本某內(nèi)源性代謝物面積,為整個(gè)樣本采集周期代謝物均值,Yi表示另一內(nèi)源性代謝物面積,為其均值,SX,SY分別為X,Y標(biāo)準(zhǔn)偏差,如果任意2個(gè)內(nèi)源性代謝物皮爾森相關(guān)指數(shù)大于0.8,則X和Y在網(wǎng)絡(luò)中相互連接,即在網(wǎng)絡(luò)圖中,頂點(diǎn)表示代謝物,如果2個(gè)頂點(diǎn)相鄰表示它們的皮爾森相關(guān)系數(shù)大于0.8。4.3復(fù)方中藥作用機(jī)理的系統(tǒng)生物學(xué)分析方法首先根據(jù)4.1構(gòu)建疾病生物網(wǎng)絡(luò)(基因網(wǎng)絡(luò)、蛋白網(wǎng)絡(luò)及代謝網(wǎng)絡(luò)等),獲取基因調(diào)節(jié)、潛在藥物靶點(diǎn)、代謝通路等信息;第二,構(gòu)建假手術(shù)組和疾病模型組實(shí)驗(yàn)動物表型網(wǎng)絡(luò),為了便于比較分析2組網(wǎng)絡(luò)差異,網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中,每次均可固定相同代謝物在網(wǎng)絡(luò)中的位置,找出正常組和疾病組表型網(wǎng)絡(luò)的差異即發(fā)生變化的內(nèi)源性代謝物,然后映射到構(gòu)建的代謝網(wǎng)絡(luò),找尋正常組和疾病組內(nèi)源性代謝物代謝通路的改變,分析代謝通路中生化反應(yīng)涉及的酶的變化(突變),然后映射到蛋白-蛋白網(wǎng)絡(luò),分析代謝酶涉及的蛋白-蛋白網(wǎng)絡(luò)及其對蛋白網(wǎng)絡(luò)的擾動,同時(shí)在基因網(wǎng)絡(luò)中找尋編碼代謝酶突變的基因;另一方面,根據(jù)相關(guān)疾病基因數(shù)據(jù)庫知識,分析疾病基因引起哪些酶的突變,對蛋白-蛋白網(wǎng)絡(luò)、代謝網(wǎng)絡(luò)與表型網(wǎng)絡(luò)的影響。如此自上而下與自下而上相互佐證,相互補(bǔ)充,闡明疾病涉及的生物網(wǎng)絡(luò)變化過程;第三,構(gòu)建給藥組和對照組表型網(wǎng)絡(luò),比較復(fù)方給藥組與假手術(shù)組和模型組網(wǎng)絡(luò)模型差異,揭示哪些生物網(wǎng)絡(luò)