Science Advances | 大数据视角下的中医药理论体系——基于人类蛋白质相互作用网络阐述的草药-症状疗效科学解释

来源：灰藻科技　　浏览量：477　　发布时间：2024-01-13 14:30:59

Logo

关键词：#中医药| #系统研究| #科学论证 | #中药治疗原理| #Science Advances

文章导读

2022年，国务院办公厅关于印发“十四五”中医药发展规划的通知[国办发〔2022〕5号]，体现了国家对中医药发展的高度重视。另一方面，中医药研究理论有时又缺乏科学解释，导致中医药的认可度和传播度受到限制。为弥补这一体系的不足，南京信息工程大学甘晓博士，提出了一套基于人类蛋白质相互作用网络的中医药网络医学框架，用于揭示中医药的草药-症状有效性，成果发表在Science子刊，题目为“Network medicine framework reveals generic herb-symptom effectiveness of traditional Chinese medicine”。

摘要

文章建立一个基于人类蛋白质相互作用网络的中医药网络医学框架，用于揭示中医药的草药-症状有效性。通过定义症状模块即与症状相关的蛋白质子网络，计算了症状模块间的网络距离及其与草药靶点的网络接近度，发现了症状的共现和相似性与网络距离呈负相关，草药治疗症状的有效性与网络接近度呈正相关。同时采用医院临床数据验证了这种框架的预测能力，并发现了一些新的草药-症状对，为中医药现代化和国际化提供了新的视角。（注：人类蛋白质相互作用网络是基于蛋白质间相互作用构成的复杂网络，可反映人类细胞内的生物学功能和信号传导，而且可用图论的方法进行分析和可视化，以揭示蛋白质之间的拓扑结构、功能模块、关键节点等特征，对于理解人类疾病的分子机制、发现潜在的药物靶点、探索药物的作用和副作用等具有重要意义。）

Science Advances期刊

图1、文章封面，第一作者：南京信息工程大学甘晓博士，共同通讯：北京交通大学周雪忠教授、美国东北大学 Albert-László Barabási 来源： Science Advances

材料和方法

基于人类蛋白质相互作用网络的中医药网络医学框架，包括以下步骤：

定义症状模块：基于中医药数据库中收集的1,066种症状，从人类蛋白质相互作用网络中提取了与症状相关的蛋白质，利用检测算法将蛋白质划分为1,066个症状模块，即与症状相关的蛋白质子网络。

识别草药靶点：基于中医药数据库中收集的1,269种草药，从药物靶点数据库中提取了与草药相关的蛋白质，作为草药的靶点。

计算症状模块间的网络距离：利用网络嵌入算法计算了症状模块间的欧氏距离，作为症状模块间的网络距离。

计算草药靶点与症状模块的网络接近度：利用网络嵌入算法计算了草药靶点与症状模块间的余弦相似度，作为草药靶点与症状模块之间的网络接近度。

蛋白质

图2、中药-症状在蛋白质网络上的拓扑关系：（a）症状关联蛋白网络；（b）中药-症状网络邻近关系预示疗效来源： Science Advances

结果与讨论

症状模块的平均节点数为16.8，平均边数为24.7，平均聚类系数为0.52，平均路径长度为1.85，表明症状模块具有较高的紧密度和较低的复杂度。根据中医药数据库中的1,269种草药治疗症状，计算了症状之间的共现频率，同时根据1,066种症状属性计算了症状间的相似度。结果表明：网络距离越近的症状模块，其对应的症状越容易共现和相似。

蛋白质

图3、症状关联蛋白形成网络模块来源： Science Advances

利用中医药数据库中的1,269种草药的治疗症状信息，计算了草药对症状的有效性，作为草药-症状对的标签。结果表明：网络接近度越高的草药靶点和症状模块，其对应的草药-症状对的有效性越高。

图4、中药-症状网络邻近关系预示疗效：（A）药－症网络邻近关系；（B）描述网络邻近关系的八种指标；（C）（D）《中国药典》记载有效的中药－症状更加网络邻近；（Ｅ）例子，银柴胡和黄柏与发热邻近；川乌与腹痛邻近来源： Science Advances

利用医院数据中的1,000个草药-症状对，作为测试集，利用网络医学框架预测了这些草药-症状对的有效性，并与实际的有效性进行比较。结果表明：该框架具有较高的预测能力。利用网络医学框架对中医药数据库中未出现的草药-症状对进行了预测，发现了一些具有较高有效性的新的草药-症状对，例如白芷对咽喉肿痛的有效性为0.92，黄芩对口干的有效性为0.91，当归对月经不调的有效性为0.90等。

图5、基于临床数据的中药网络理论验证来源： Science Advances

结论

文章建立了一个基于人类蛋白质相互作用网络的中医药网络医学框架，用于揭示中医药的草药-症状有效性，发现了症状模块间的网络距离与症状的共现和相似性的负相关性，草药靶点与症状模块的网络接近度与治疗有效性的正相关性，并发现了一些新的草药-症状对。未来框架的优化可以考虑，假如草药化学成分、症状动态变化和草药副作用等因素，网络医学框架对中医药的现代化和国际化具有积极意义，其为中医药疗效提供了较为科学的解释和证据、促进了中医药的标准化和规范化、增加了中医药的认可度和传播度等。