中药整合药理学计算平台的开发与应用
发布时间：2019-07-31 13:50
【摘要】：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。
【图文】：
档却?业人员学习和研究使用。2平台数据库世界范围的信息化变革使得每个行业都面临着大数据问题，当前大数据为中医药现代化打开“机遇之窗”，也是整合药理学研究的基石。在中药整合药理学计算平台中，目前有4大数据库: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。其中，中医方剂数据库和中药材数据库是连接中医临床和传统知识与现代科学之间的桥梁数据库;中药成分数据库和疾病/症状靶标数据库是对揭示中药方剂的化学物质实体与机体生命活动之间交互规律提供支撑。4大数据库之间逻辑关系见图1。图1中药整合药理学数据库及其关系图Fig.1ThelogicrelationformultipledatabasesinTCM-IP2.1中药方剂数据库依据《中华人民共和国卫生部药品标准———中药成方制剂》，收录由中医传承辅助系统系统整理的4052种中成药，主要记载方剂名称、剂型、服用方法、方剂功效、治疗中医疾病名称、方剂组成(包括药材名称、用量、方剂地位)等信息，并对方剂名称、剂型、服用方法等字段进行结构化，，从而实现查询功能。2.2中药材数据库依据2015年版《中国药典》，收录400余味常用中药材，包括每一味药材的中文名称、拉丁名、性味归经、基原、产地、采集期、功效等信息，同时，对性、味、归经、功效、产地等字段进行结构化，从而实现查询功能。其中化学成分信息(CAS号、中文名称、英文名称、分子式、相对分子质量、药理作用)等来源于文献和开源性中药数据库。2.3中药成分数据库收录上述400余味常用中药材所含的1.3万余个化合成分信息，包括成分名称、CAS号、中文名称、英文名称、分子式、相对分子质量、理化性质、药物代谢性质、药理作用。2.4疾病/症状靶标数据库整合Drugbank(https://www.drugbank.ca/)，OMIM(http://www．
合药理学计算平台的开发与应用络计算科学等方法和技术，突破中医药传承与发展面临的关键科学问题。实现中药(含方剂)信息、成分信息、疾病/症状靶标信息等的管理、检索、分析、活性预测等功能，从数据导入和转化、功能模块和计算结果3个层级，实现中药方剂“化学成分-体内过程-网络靶标-药理作用-中医理论”多维度关联分析，主要功能模块有:中药成分识别、ADME预测、靶标预测、网络构建与分析、“组-效”关系构建等。在中药整合药理学V1.0版本，已实现药物靶标预测、药物多层次网络构建、分析以及可视化的功能模块，见图2。图2中药整合药理学平台整体构架Fig.2SchematicdiagramofTCM-IP3.1检索、查询针对中药整合药理学4个数据库(中药方剂数据库、中药材数据库、中药成分数据库和疾病靶标数据库)，可进行以下内容的检索:中药方剂数据库中方剂名称、功效、方剂类型、服用方法、方剂组成等信息;中药材数据库中中药名称、拉丁名、性味归经、基原、产地、功效及其所含化合物等信息;中药成分数据库中中英文名称、CAS号、相对分子质量、物理化学性质以及药物代谢性质等;疾病/症状靶标数据库，可以疾病或症状的英文关键词进行快速检索，获得治疗相关疾病或症状的药物及其靶标信息。3.2靶标预测和共性靶标分析基于化学信息学的药物靶标预测方法分为:基于配体特征的预测、基于蛋白质结构特征的预测和基于数据挖掘方法的预测。本平台目前采用二维结构相似性搜索，即采用MACCS分子指纹，使用开源软件OpenBabel［7］来进行化学指纹特征的提取，并采用Tanimoto系数定义的相似度计量方法，通过与FDA上市药物进行相似性打分(Score＞0.6)，并提取作用靶标，最后将中药药物成分的靶标预测结果持久化存储，中药成分数目和靶标总数目见表1。共性
【作者单位】： 中国中医科学院中药研究所;北京大学药学院;中国科学院数学与系统科学研究院;中国科学院计算机网络信息中心;
【基金】：国家科技支撑计划课题(2011BAI07B08) 国家自然科学基金面上项目(81473414)
【分类号】：R285;TP311.13
本文编号：2521371
【图文】：
档却?业人员学习和研究使用。2平台数据库世界范围的信息化变革使得每个行业都面临着大数据问题，当前大数据为中医药现代化打开“机遇之窗”，也是整合药理学研究的基石。在中药整合药理学计算平台中，目前有4大数据库: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。其中，中医方剂数据库和中药材数据库是连接中医临床和传统知识与现代科学之间的桥梁数据库;中药成分数据库和疾病/症状靶标数据库是对揭示中药方剂的化学物质实体与机体生命活动之间交互规律提供支撑。4大数据库之间逻辑关系见图1。图1中药整合药理学数据库及其关系图Fig.1ThelogicrelationformultipledatabasesinTCM-IP2.1中药方剂数据库依据《中华人民共和国卫生部药品标准———中药成方制剂》，收录由中医传承辅助系统系统整理的4052种中成药，主要记载方剂名称、剂型、服用方法、方剂功效、治疗中医疾病名称、方剂组成(包括药材名称、用量、方剂地位)等信息，并对方剂名称、剂型、服用方法等字段进行结构化，，从而实现查询功能。2.2中药材数据库依据2015年版《中国药典》，收录400余味常用中药材，包括每一味药材的中文名称、拉丁名、性味归经、基原、产地、采集期、功效等信息，同时，对性、味、归经、功效、产地等字段进行结构化，从而实现查询功能。其中化学成分信息(CAS号、中文名称、英文名称、分子式、相对分子质量、药理作用)等来源于文献和开源性中药数据库。2.3中药成分数据库收录上述400余味常用中药材所含的1.3万余个化合成分信息，包括成分名称、CAS号、中文名称、英文名称、分子式、相对分子质量、理化性质、药物代谢性质、药理作用。2.4疾病/症状靶标数据库整合Drugbank(https://www.drugbank.ca/)，OMIM(http://www．
合药理学计算平台的开发与应用络计算科学等方法和技术，突破中医药传承与发展面临的关键科学问题。实现中药(含方剂)信息、成分信息、疾病/症状靶标信息等的管理、检索、分析、活性预测等功能，从数据导入和转化、功能模块和计算结果3个层级，实现中药方剂“化学成分-体内过程-网络靶标-药理作用-中医理论”多维度关联分析，主要功能模块有:中药成分识别、ADME预测、靶标预测、网络构建与分析、“组-效”关系构建等。在中药整合药理学V1.0版本，已实现药物靶标预测、药物多层次网络构建、分析以及可视化的功能模块，见图2。图2中药整合药理学平台整体构架Fig.2SchematicdiagramofTCM-IP3.1检索、查询针对中药整合药理学4个数据库(中药方剂数据库、中药材数据库、中药成分数据库和疾病靶标数据库)，可进行以下内容的检索:中药方剂数据库中方剂名称、功效、方剂类型、服用方法、方剂组成等信息;中药材数据库中中药名称、拉丁名、性味归经、基原、产地、功效及其所含化合物等信息;中药成分数据库中中英文名称、CAS号、相对分子质量、物理化学性质以及药物代谢性质等;疾病/症状靶标数据库，可以疾病或症状的英文关键词进行快速检索，获得治疗相关疾病或症状的药物及其靶标信息。3.2靶标预测和共性靶标分析基于化学信息学的药物靶标预测方法分为:基于配体特征的预测、基于蛋白质结构特征的预测和基于数据挖掘方法的预测。本平台目前采用二维结构相似性搜索，即采用MACCS分子指纹，使用开源软件OpenBabel［7］来进行化学指纹特征的提取，并采用Tanimoto系数定义的相似度计量方法，通过与FDA上市药物进行相似性打分(Score＞0.6)，并提取作用靶标，最后将中药药物成分的靶标预测结果持久化存储，中药成分数目和靶标总数目见表1。共性
【作者单位】： 中国中医科学院中药研究所;北京大学药学院;中国科学院数学与系统科学研究院;中国科学院计算机网络信息中心;
【基金】：国家科技支撑计划课题(2011BAI07B08) 国家自然科学基金面上项目(81473414)
【分类号】：R285;TP311.13
本文编号：2521371
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