结合生物信息学的中药组分结构研究思路(3)

来源:南粤论文中心 作者:王程成 封亮 刘丹 崔 发表于:2015-12-16 14:18  点击:
【关健词】组分结构中药;生物信息学;复杂体系
4生物信息学有助于阐明组分中药多成分、多途径、多靶点的综合作用 随着人们对复杂生物体与药物相互作用的深入认识,系统生物学的相关内容成为生物信息学研究发展的主要推动力。组分中药与生物体均是复杂体系,组分

4生物信息学有助于阐明组分中药多成分、多途径、多靶点的综合作用
随着人们对复杂生物体与药物相互作用的深入认识,系统生物学的相关内容成为生物信息学研究发展的主要推动力。组分中药与生物体均是复杂体系,组分中药与机体的相互作用也具有系统性、整体性、网络性的特点。越来越多证据表明,组分中药通过多成分、多途径、多靶点的综合作用实现改善或恢复生物网络平衡的整体效应[38]。采用生物信息学这一双“解读生命天书的慧眼”来阐述这些问题是一个崭新的视角。
系统生物学作为生物信息学的主要研究对象,其“整体、层次、整合、动态”的特点则更能契合中医药整体性、复杂性[39]。自从“多成分,多途径,多靶点”的药物研究模式诞生以来,基于“疾病-基因-靶点-药物”的网络药理学应运而生[40]。系统生物学、网络药理学不可分割、相互融合,不断深化人们对生物体和药物相互作用的理解[41]。中药多种成分组合配伍所产生的药效是多指标的,利用系统生物学的研究模式构建药理作用网络,比如利用DrugBank数据库[42],HIT(HerbalIngredients′TargetsDatabase)[43],药物-靶点库(drug-targetnetwork)[44],人类疾病库[45]等资源可以揭示中药复方或者组分之间配伍产生的生物活性及其复杂的分子机制。FangH等[46]在研究黄连解毒汤的抗类风湿机制时,通过搜索HIT,DrugBank数据库获得靶标信息,同时提取了FDA批准的对应西药32种,以及它们对应的相关靶标的信息作为黄连解毒汤的对照组。结果发现黄连解毒汤有5个靶蛋白与3类西药的靶蛋白一致,一定程度上解释了该复方的抗类风湿作用。YaoY等[47]利用系统网络药理学的方法以麻黄汤为例,构建药物-靶点-疾病网络模型,从分子水平证实麻黄、桂枝、杏仁、甘草这4味中药在复方中的角色地位,系统的阐明了君臣佐使丰富的科学内涵,对中药复方配伍机理的系统深入研究具有重要意义。吕燕妮等[48]采用系统生物学方法模拟丹参和红花的配伍机制,挖掘丹参、红花各自作用的蛋白,分别构建蛋白相互作用网络,结果显示丹参和红花配伍可能主要在RNA代谢,NF-κB级联反应以及细胞增殖、迁移和自噬等生物学途径上协同发挥防治疾病的作用。
随着组学技术的逐渐成熟,组学技术越来越成为发展系统生物学的关键[49]。利用组学技术对成分复杂的中药复方研究逐渐被认可,也取得一定成果,这给多成分、多组分配伍的中药作用机制研究带来希望[50]。陈竺、陈赛娟院士领导的团队采用蛋白质组学研究手段,较完美地诠释了中药复方黄黛片“君臣佐使”配伍规律,并在一定程度上揭示了其治疗急性早幼粒细胞性白血病多靶点协同作用的机制[51]。马增春等[52]通过前期研究发现了与四物汤补血密切相关的基因构成四物汤补血的信号分子组合。其主要物质基础为多糖、芍药苷、阿魏酸、川芎嗪等,进而应用基因组学技术设计和制备鼠造血相关基因表达谱分析寡核昔酸芯片,并在细胞和整体水平上分析了四物汤可能是通过调节细胞因子,提升正向造血调控因子和免疫因子表达,抑制负向调控因子表达,促进造血调控相关的信号转导因子分泌,影响整个造血调控网络而实现补血、造血作用。向丽等[53]采用代谢组学方法,结合先进的液质联用(LC-Q-TOF/MS)分析技术,系统研究麝香保心丸及其组分配伍对急性心肌梗死(acutemyocardialinfraction,AMI)大鼠长期治疗和预保护作用的机制及多成分协同作用特点;通过代谢组学方法共鉴定了28个相关生物标志物,发现AMI的主要发病机制与色氨酸代谢通路和嘧啶代谢通路的异常相关,并从偏最小二乘判别分析(PLS-DA)的得分图和对生物标志物的逆转个数及程度可以得出组分协同增效的优势。

       从系统生物学研究的整体性特征来看,疾病的发生发展是多重因子参与的系统网络失衡的结果。传统中医药的防病治病原则也是从整体生物系统的角度系统调控这种失衡紊乱,将其调至正常水平或范围。组分结构中药继承了中医药整体性和系统性特点,在系统生物学背景下结合网络模型、组学技术来研究组分结构中药的多成分、多靶点的作用,能从宏观、微观的不同角度帮助我们从本质上了解中药的整体、辨证、协调的用药观点,揭示多组分结构中药调控疾病生物网络的机制,对创新发展组分结构中药起着积极的推动作用。 

  5结论与展望
组分结构中药继承中医药整体性和系统性的特点,具有层次、结构的独特优势,再结合生物信息学的研究内容和相关数据挖掘技术方法,丰富发展了组分结构中药和药效关系的深入解析、配伍配比结构的优化、组分结构中药作用机制等方面,给组分结构中药的数字化、信息化和中医药现代化提供新的契机和希望。随着生物信息学的研究深入,有很多新的技术方法不断更新,复杂的公式和软件的选择应用、跨学科和专业的学习对于中医药的研究人员在借鉴新方法和研究成果方面是一个很大的挑战。除此之外,组分结构中药数据库的建立更有助于生物信息学技术的高效应用,这还需要中医药科研人员的不断努力和相关技术人员的合作。有理由相信,组分结构中药结合生物信息学知识会给中医药研究带来一个新的突破口,会更好的传承、发展和创新中医药研究,使中医药的应用更加科学、标准,推动现代化和国际化进程。
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