基于药代动力学特征及改进版朴素贝叶斯预测有效药物组合

发布时间：2020-07-08 03:05

【摘要】：药物组合疗法由于其副作用小、毒性较低、疗效较好,对复杂的疾病有较好的疗效。然而,发现有效药物组合的过程相当的费力复杂。有效的药物组合中很多都是通过消耗大量劳动和时间的实验方法找到的。在本研究中,我们提出了一种新的计算方法,基于药代动力学特征及改进版朴素贝叶斯来预测有效的药物组合。正如我们所知,在药物进入人体后,它会经历四个过程,吸收,分布,代谢和排泄。考虑到这些过程,本研究试图利用以下特征来预测药物的有效组合:代谢药物的酶、转运药物的蛋白、药物作用人体后的副作用、药物作用的靶标及KEGG通路。与以往的方法相比,我们添加了两种新的功能:酶和转运蛋白。在本文中我们构建了五类信息的定性特征,意在研究不同特征对于预测有效药物组合的影响,以及单个药物可以组成药物组合的特点。由于药物组合相关信息的不完整性,具有五类特征信息的有效药物组合只有17个,所以我们将含有五类特征药物组合分开建立模型。我们发现相比别的特征,靶标的定性特征对于预测有效的药物组合效果更优。其中新加入的特征,酶对于预测有效的药物组合有一定效果,与前人研究中使用过的通路特征效果不相上下,但是运输蛋白效果不佳。而且在本研究中我们定义了两种不同的负样本,最终发现具有潜力组成药物组合的单个药物更集中在已有的有效药物组合中。除此之外,我们使用了一种新的特征选择方法来选择特征和改进的朴素贝叶斯算法来构造模型。最后,我们发现相比于传统使用的最大相关最小冗余算法,我们新的特征筛选方法筛选出的特征更具有代表性,其预测结果更好。而改进版朴素贝叶斯的使用相比朴素贝叶斯的预测结果也有了相应提高。总而言之,我们的研究方法定义了不同的负样本,使用了一种新的特征筛选方法以及改进了朴素贝叶斯算法,另外还用到了之前没有用到的药代动力学信息,酶及运输蛋白,这对于定性了解不同信息对于预测有效的药物组合具有指导意义。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R914
【图文】：

药物疗效,药效,例子

图 1-1 基于药物疗效的药物组合药效叠加、协同及拮抗的例子[33]Figure 1-1 Example of additivity, synergy and antagonism drug combinations[33].2.2 药物组合现有研究进展许多药物组合都是通过临床经验发现的。由于可能的药物组合数量将随着一药物的发现而呈指数增长，因此通过实验方法来筛选所有可能的组合是不的，这相当耗费劳动力和时间[34]。而计算机辅助药物组合的发现可以大大了人力物力的消耗，人们对其的研究越来越深入[34-37]，主要有三种计算方识别有效的药物组合：第一种利用随机搜索技术，该方法已成功运用在解决复杂系统中的大规模联合优化问题，并可以通过少量迭代实现快速收敛[27二种是建立一种基于中介效应方程的数学模型，其中“中位数”是单一实体合公共链接多个实体，这种方法的缺点是很难解释药物组合的分子机制[36三种是基于系统生物学原理，旨在研究各种药物组合对分子网络或途径的可响。例如，Zhao 等人[34]综合了药物的分子和药理学特性来预测新的潜在的

药物,人体,例子,化学物质

图 1-2 药物进入人体后作用的例子[42]Figure 1-2 Example of role after drug enter human body[42]在过去的二十年里，对于吸收、分布、代谢、消除（ADME）的研究发展迅速，在配方学家、医药化学家、毒理学家、生物学家、临床医生和跨行业的监管机构之间建立了一个独特的交叉学科界面，其中在制药行业发展最快。候选药物的 ADME 定性与生物有效性和安全性优化结合在一起，极大地减少了临床试验的药代动力学药物的失败，成为涉及药物开发的学科间的通用语。在开发新的化学物质时，科学家、临床医生、毒理学家和监管机构的目标是减轻一种疾病（药物）、增加作物生产（杀虫剂）或改善物理外观（化妆品），从而期待一种新的化学物质改变器官或途径的生理状态。这种新的化学物质能够改变生物学通常遵循剂量反应规则，被称为药物。然而，当一种新的化学物质进入人体后，身体就会将其视为异物，并作为潜在的毒物，从而使许多器官的系统能够抵抗其吸收，限制其分布，并将其转化为一种很容易从尿液或粪便中排出体外的形式。所有这些都是由人类、动物或植物来完成的，以避免潜在的毒性。这些见解已经成为化学发展一个多世纪的一部分。相关研究常被称为药代动力学(PK) 、药效学(PD)和毒物学

序列,靶标,药物,药物相互作用

上海交通大学硕士学位论文第二章材料与方法和模拟提供基础。药物组合数据收集了 1363 种药物组合，其中包含 330 已批准的和 1033 个在调查的，包括 237 个不成功的用法，涉及 904 个单独的药物，805个靶标。DCDB 为每种药物组合提供了其组合活性、适应症、可能的机制、各组分之间的药物相互作用，以及目前的发展状况；对每一种单独的药物，提供其化学、药理和药物特性，以及其已知的分子靶点；对每一种药物靶标，提供其序列，功能标注和关联途径。

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