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CN107680692A - 中药及中药制剂的网络药理分析方法以及系统 - Google Patents

中药及中药制剂的网络药理分析方法以及系统 Download PDF

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CN107680692A CN201710820809.2A CN201710820809A CN107680692A CN 107680692 A CN107680692 A CN 107680692A CN 201710820809 A CN201710820809 A CN 201710820809A CN 107680692 A CN107680692 A CN 107680692A
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traditional chinese
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disease
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宁康
白虹
张润之
余少俊
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Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Industrial Technology Research Institute of Huazhong University of Science and Technology
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Huazhong University of Science and Technology
Ezhou Industrial Technology Research Institute of Huazhong University of Science and Technology
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    • G16C20/00—Chemoinformatics, i.e. ICT specially adapted for the handling of physicochemical or structural data of chemical particles, elements, compounds or mixtures
    • G16C20/30—Prediction of properties of chemical compounds, compositions or mixtures

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Abstract

一种中药及中药制剂的网络药理分析方法，其包括如下步骤：S1、获得中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息；S2、根据各个源文件的内在联系关系，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分‑‑‑人蛋白/基因‑‑‑疾病”数据库，所述“中药制剂化学成分/中药化学成分‑‑‑人蛋白/基因‑‑‑疾病”数据库包括化合物的毒副作用；S3、根据建立的“中药制剂化学成分/中药化学成分‑‑‑人蛋白/基因‑‑‑疾病”数据库中“中药制剂化学成分/中药化学成分‑‑‑人蛋白/基因‑‑‑疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。

Description

中药及中药制剂的网络药理分析方法以及系统
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种充电桩整机线上测试方法以及装置。
背景技术
中医学是以整体、动态、辨证的观点把握生命、疾病和药物的关系，其特色是“辨证论治”和“整体观念”。中医药历经千百年的临床实践，积累了丰富的经验。中药及其制剂具有多成分、多途径和多靶点协同作用等特点，在防治复杂疾病方面具有其自身的特色和优势。然而，由于缺少适合于分析疾病和中药两方面复杂性的研究方法，目前中医药研究仍面临一些难点。例如，中药药效物质基础和作用机制不明确，中医辨证论治、中药药性和方剂配伍等传统理论的科学基础不清晰，缺乏科学合理的药效和安全性评价体系等。因此，建立能反映中医药整体特色的研究新策略和新方法，成为中医药现代化的当务之急。
而近年来，随着现代基因组学、蛋白质组学、代谢组学等“组学”理论的发展，系统生物学视角的引入以及生物信息学的应用，网络药理学(Network pharmacology)概念应运而生，它是在系统生物学与计算机技术高速发展的基础上发展起来的，基于“疾病---基因---靶点---药物”相互作用网络的基础上,通过网络分析,系统综合地观察药物对疾病网络的干预与影响,揭示多分子药物协同作用于人体的奥秘，这与中医学从整体的角度去诊治疾病的理论,中药及其复方的多成分、多途径、多靶点协同作用的原理殊途同归。中药制剂的研究策略也在从描述性研究转为预测性研究。其中一个重要标志就是从“生物分子网络”的结构与功能来认识疾病分子机制与药物作用机制。被认为是“下一代药物研究模式”的网络药理学带来了药物研究的重大变革，也为中药制剂的研究带来新的机遇，其中最大的机遇在于能够用网络与系统的思想来理解并处理中药制剂化学体系与机体生物系统的复杂性。因此，非常有必要运用系统生物学的方法通过建立网络药理分析系统来探究中药及其制剂对人体靶点的作用关系，从而进一步揭示中药及其制剂对疾病的作用机制以及其可能产生的不良反应。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种能够预测中药及中药制剂对疾病的作用通路的中药及中药制剂的网络药理分析方法以及系统。
一种中药及中药制剂的网络药理分析方法，其包括如下步骤：
S1、获得中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息；
S2、根据各个源文件的内在联系关系，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库，所述“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库包括化合物的毒副作用；
S3、根据建立的“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法中，所述中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息包括；
中药及中药制剂的化学成分、化合物与人蛋白相互作用文件、化合物副作用信息文件、化合物毒性信息文件、人蛋白之间的相互作用关系文件、人蛋白与基因关系对应文件、基因与疾病关联文件。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法中，
所述的中药及中药制剂的化学成分从中国台湾中医药资料库和中医综合数据库中获得；
所述的化合物与人蛋白相互作用文件从STITCH数据库中获得；
所述的化合物副作用信息文件从SIDER数据库中获得；
所述的化合物毒性信息文件从TOXNET数据库中获得；
所述的人蛋白之间相互作用关系文件从STRING数据库中获得；
所述的人蛋白与基因关系对应文件从OMIM数据库中获得；
所述的基因与疾病关联文件从OMIM数据库和GAD数据库中获得。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法中，
所述步骤S2中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库通过基于MySQL建立。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法中，
所述化合物为人参化合物时，人参化合物所含小分子人参皂苷Rg1与肿瘤坏死因子TNF有相互作用，TNF为糖尿病、阿兹海默症、高血压以及动脉粥样硬化的靶点；同样，人参皂苷Re与阿兹海默靶点NOS3相互作用；人参皂苷Rb1与糖尿病靶点AKT1相互作用。
本发明还提供一种中药及中药制剂的网络药理分析系统，其包括如下单元：
源文件信息获取单元，用于获得中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息；
数据库建立单元，用于根据各个源文件的内在联系关系，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库，所述“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库包括化合物的毒副作用；
网络图构建单元，用于根据建立的“中药制剂化学成分/中药化学成分--- 人蛋白/基因---疾病”数据库中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/ 基因---疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统中，所述中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息包括；
中药及中药制剂的化学成分、化合物与人蛋白相互作用文件、化合物副作用信息文件、化合物毒性信息文件、人蛋白之间的相互作用关系文件、人蛋白与基因关系对应文件、基因与疾病关联文件。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统中，
所述的中药及中药制剂的化学成分从中国台湾中医药资料库和中医综合数据库中获得；
所述的化合物与人蛋白相互作用文件从STITCH数据库中获得；
所述的化合物副作用信息文件从SIDER数据库中获得；
所述的化合物毒性信息文件从TOXNET数据库中获得；
所述的人蛋白之间相互作用关系文件从STRING数据库中获得；
所述的人蛋白与基因关系对应文件从OMIM数据库中获得；
所述的基因与疾病关联文件从OMIM数据库和GAD数据库中获得。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统中，
所述数据库建立单元中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库通过基于MySQL建立。
在本发明所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统中，
所述化合物为人参化合物时，人参化合物所含小分子人参皂苷Rg1与肿瘤坏死因子TNF有相互作用，TNF为糖尿病、阿兹海默症、高血压以及动脉粥样硬化的靶点；同样，人参皂苷Re与阿兹海默靶点NOS3相互作用；人参皂苷Rb1与糖尿病靶点AKT1相互作用。
实施本发明提供的中药及中药制剂的网络药理分析方法以及系统与现有技术相比具有以下有益效果：基于系统生物学思路，利用网络分析技术对其进行研究，有以下优点：(1)周期较短；(2)该方法所用到的数据来源在其所属领域中具有权威性和普遍性；(3)可以在理论上预测中药及中药制剂对疾病的作用通路。
附图说明
图1是本发明实施例的数据库构建联系的整体示意图；
图2是本发明实施例的人参化合物与相关疾病的网络图；
其中，正方形代表人参的化合物小分子，圆形代表人蛋白/基因，三角形代表疾病，实线代表化合与人蛋白/基因、人蛋白/基因与疾病之间的联系以及人蛋白相互作用关系。
具体实施方式
如图1、2所示，下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明采用的技术方案为：
(1)从中国台湾中医药资料库(Chen 2011)和中医综合数据库中(Xue,Fang etal.2013)获得中药或中药制剂所包含的化合物信息。
所述中国台湾中医药资料库(http://tcm.cmu.edu.tw)为目前全世界最大提供下载中草药化合物的数据库。
所述中医综合数据库(http://www.megabionet.org/tcmid/)为提供中医药信息及其与现代生命科学的综合数据库。
(2)从STITCH数据库(Kuhn,Szklarczyk et al.2014)中获得化合物对应的CID号，然后通过CID号获得对应的与之相联系的人蛋白，从而获得化合物与人蛋白相互作用文件(图1)。
所述STITCH数据库(http://stitch.embl.de/)为探索化学小分子与蛋白质相互作用关系的数据库。
(3)从SIDER数据库(Kuhn and Letunic 2016)中获得化合物副作用信息文件(图1)。
所述SIDER数据库(http://sideeffects.embl.de/)为探索化合物及其不良反应的数据库。
(4)从TOXNET数据库(Wexler 2001)中获得化合物毒性信息文件(图 1)。
所述TOXNET数据库(https://toxnet.nlm.nih.gov/)为探索化合物及其毒性的数据库。
(5)利用STRING数据库(Szklarczyk,Franceschini et al.2015)获得人蛋白之间的相互作用关系(图1)。
所述STRING数据库(http://string-db.org/)为表征蛋白质相互作用关系的数据库。
(6)利用OMIM数据库(Hamosh,Scott et al.2002)获得人蛋白与基因关系对应文件，同时利用OMIM数据库获得基因与疾病对应文件(图1)。
所述OMIM数据库(http://www.omim.org/)为关于人类基因和遗传疾病的数据库。
(7)利用GAD数据库(Becker,Barnes et al.2004)获得基因与疾病关联文件(图1)。
所述GAD数据库(https://geneticassociationdb.nih.gov/)为关于复杂疾病和疾病的遗传关联数据的数据库。
(8)利用上述步骤得到文件的内在联系，基于MySQL，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库(包含化合物的毒副作用)(图1)。
(9)利用数据库命令从建好的数据库中获得“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”网络信息。
(10)通过数据库生成的“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/ 基因---疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。
实施例以人参为例
(1)从中国台湾中医药资料库(TCM@Taiwan)和中医综合数据库中 (TCMID)获得人参所包含的化合物信息(125个)。
(2)将上述获得的人参小分子化合物信息导入已建立好的数据库中，获得人参化合物---人蛋白联系(5183个)。
(3)将上述化合物信息在数据库中检索，获得副作用信息0条，毒性信息1条。
(4)将上述获得人蛋白在数据库中检索，获得人蛋白之间的相互作用关系以及人参化合物---基因(人蛋白)的联系。
(5)将得到的基因在数据库中进行检索，获得人参化合物---基因(人蛋白)---疾病网络图。并利用Cytoscape软件对“人参化合物---基因(人蛋白)---疾病”网络图进行可视化。
对构建的网络图进行人工解析，发现人参所含小分子人参皂苷Rg1与肿瘤坏死因子(TNF)有相互作用，而TNF为糖尿病(Grauballe,Ostergaard et al.2015)、阿兹海默症(Hao and Friedman 2016)、高血压(Nepal,Malik et al. 2012)以及动脉粥样硬化(Jinand Kim 2016,Tocci,Goletti et al.2016)的靶点；同样，人参皂苷Re与阿兹海默靶点NOS3(de la Monte,Jhaveri et al.2007)相互作用；人参皂苷Rb1与糖尿病靶点AKT1(Albury-Warren,Pandey et al.2016) 相互作用。该实施例的网络分析预测与文献报道结果相吻合，在一定程度上证明了该网络分析系统在解析中药作用机理上的可行性与合理性。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种中药及中药制剂的网络药理分析方法，其特征在于，其包括如下步骤：
S1、获得中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息；
S2、根据各个源文件的内在联系关系，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库，所述“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库包括化合物的毒副作用；
S3、根据建立的“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。
2.如权利要求1所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法，其特征在于，所述中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息包括；
中药及中药制剂的化学成分、化合物与人蛋白相互作用文件、化合物副作用信息文件、化合物毒性信息文件、人蛋白之间的相互作用关系文件、人蛋白与基因关系对应文件、基因与疾病关联文件。
3.如权利要求1所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法，其特征在于，
所述的中药及中药制剂的化学成分从中国台湾中医药资料库和中医综合数据库中获得；
所述的化合物与人蛋白相互作用文件从STITCH数据库中获得；
所述的化合物副作用信息文件从SIDER数据库中获得；
所述的化合物毒性信息文件从TOXNET数据库中获得；
所述的人蛋白之间相互作用关系文件从STRING数据库中获得；
所述的人蛋白与基因关系对应文件从OMIM数据库中获得；
所述的基因与疾病关联文件从OMIM数据库和GAD数据库中获得。
4.如权利要求3所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法，其特征在于，
所述步骤S2中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库通过基于MySQL建立。
5.如权利要求1所述的中药及中药制剂的网络药理分析方法，其特征在于，
所述化合物为人参化合物时，人参化合物所含小分子人参皂苷Rg1与肿瘤坏死因子TNF有相互作用，TNF为糖尿病、阿兹海默症、高血压以及动脉粥样硬化的靶点；同样，人参皂苷Re与阿兹海默靶点NOS3相互作用；人参皂苷Rb1与糖尿病靶点AKT1相互作用。
6.一种中药及中药制剂的网络药理分析系统，其特征在于，其包括如下单元：
源文件信息获取单元，用于获得中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息；
数据库建立单元，用于根据各个源文件的内在联系关系，建立“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库，所述“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库包括化合物的毒副作用；
网络图构建单元，用于根据建立的“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”通路在Cytoscape软件中构建网络图。
7.如权利要求6所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统，其特征在于，所述中药及中药制剂的网络药理分析的各个源文件信息包括；
中药及中药制剂的化学成分、化合物与人蛋白相互作用文件、化合物副作用信息文件、化合物毒性信息文件、人蛋白之间的相互作用关系文件、人蛋白与基因关系对应文件、基因与疾病关联文件。
8.如权利要求7所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统，其特征在于，
所述的中药及中药制剂的化学成分从中国台湾中医药资料库和中医综合数据库中获得；
所述的化合物与人蛋白相互作用文件从STITCH数据库中获得；
所述的化合物副作用信息文件从SIDER数据库中获得；
所述的化合物毒性信息文件从TOXNET数据库中获得；
所述的人蛋白之间相互作用关系文件从STRING数据库中获得；
所述的人蛋白与基因关系对应文件从OMIM数据库中获得；
所述的基因与疾病关联文件从OMIM数据库和GAD数据库中获得。
9.如权利要求8所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统，其特征在于，
所述数据库建立单元中“中药制剂化学成分/中药化学成分---人蛋白/基因---疾病”数据库通过基于MySQL建立。
10.如权利要求9所述的中药及中药制剂的网络药理分析系统，其特征在于，
所述化合物为人参化合物时，人参化合物所含小分子人参皂苷Rg1与肿瘤坏死因子TNF有相互作用，TNF为糖尿病、阿兹海默症、高血压以及动脉粥样硬化的靶点；同样，人参皂苷Re与阿兹海默靶点NOS3相互作用；人参皂苷Rb1与糖尿病靶点AKT1相互作用。
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