研究背景:药性是从阴阳五行、脏腑经络角度对药物临床功用及其作用机制的高度概括,是中医临床辨证遣药组方的主要依据。药性作用机理的研究,带动着中药学理论的发展,是中药新药研究回归中医特色的重要一环。近年来,在对单一药性大量研究和归纳的基础上,逐渐意识到药性与功效的关系不是一一对应的关系,而是药性不同要素作为一个整体与功效之间存在关联关系。针对单一药性的分别研究不能全面反映药性与药效关系问题,课题组前期提出了药性组合概念,指出性、味、归经三联药性组合是中药体现功效的基本单元。药性组合模式是饮片、药对、方剂中反复出现的两个或两个以上药性组合的配伍,体现单味药、对味药和多味药层面的药性配伍规律。三联药性组合从形式上类似于分子生物学中的三碱基密码子,是组成单味药、药对、方剂药性信息的基本单元。从功能上,三联药性组合能够体现特定功效,并且功效更聚焦,药性-效用的关联关系更明确,为药性理论应用搭建了桥梁;同时,由药性组合构成的药性组合模式能够体现药对、方剂的药性配伍规律,是组方配伍的核心,其功能犹如生物学中的基因型,决定了作为临床表现型的药对或方剂的本质特征和内在规律。因此,将三联药性组合称为药性组合三联密码子。研究目的:为了真正从分子水平,描绘药性组合的生物学轮廓,将现代生命科学研究成果融入中药药性作用机理解析的研究中,本论文提出通过建立生物网络模型阐释药性组合的作用机理和性效发生机制;并利用所构建的药性组合生物网络,辨识中药有效成分群,为药物组合研究提供理论依据。研究方法:中药药性的作用机理难以归结为作用于某一特异性靶点,而是多靶点、多环节整合调节作用的总结归纳,多成分、多靶点、多环节之间组成了密切联系、相互协同与制约的复杂网络。因此,本文提出“性味归经药性组合三联密码子生物网络”这一构想:1)在丰富的中药药理作用实验数据的基础上,挖掘中药药性组合与药理作用的相关性。以药理作用为桥梁,药理作用相关靶点为纽带,明确药性组合相关靶点,从上到下实现从宏观药性到微观靶点的映射。2)利用实体语法系统建模工具,锚定药性组合相关靶点所在的生化反应,在一步连一步的生化反应所组成的细胞信号通路网络背景下,推导出药性组合影响的下游生物分子网络模型,最终形成基于关系的药性网络构建方法。药性组合三联密码子生物网络是以数据融合为核心,将大量药理实验数据和生物化学反应实验数据有机串联起来,在系统整合已有知识的基础上,发现药性与生物系统的新联系。研究结果:1)性味归经药性组合三联密码子生物网络模型的构建。利用数据挖掘中的关联规则方法,发现81个药性组合相关的多个药理作用。利用卡方检验方法,明确药性组合特异性相关的单个药理作用,得到25个药性组合特异性相关的多个药理作用。利用网络定性仿真方法,将药性-药理-靶点相关联,以蛋白质相互作用网络和细胞化学反应网络为背景,分别构建了药性组合生物网络。通过分析发现,以细胞化学反应网络为背景能够表达作用的方向性,更适合解析药性的作用机理。因此,以有向网络为背景构建了 25个药性组合的生物网络。2)性味归经药性组合生物网络模型用于中药有效成分群辨识研究。重点以寒苦肺药性组合生物网络为例,分析了寒苦归肺经中药治疗肺炎的作用机理。并基于网络传递,筛选了寒苦肺药性组合生物网络中对肺炎有影响的靶点为关键靶点,形成了面向疾病治疗的关键靶点辨识技术。以寒苦肺药性关键靶点为基础,以符合寒苦肺药性的中药黄芩和连翘为例,筛选出黄芩和连翘的有效成分群。以温辛肝药性组合抗肝癌的关键靶点,筛选出了红花有效成分群。3)基于药性组合生生网络的中药有效成分群进行了网络的验证。本文利用生物实验验证和文献佐证的方法,初步证明了药性组合网络的可靠性。以槲皮素和齐墩果酸为例,利用两例典型生物学实验,验证了网络预测结果的真实性。本文通过实验验证了槲皮素对脂肪细胞的分化和脂质形成的抑制作用,其IC50值为2.5 μmoL·L-1,具有潜在降脂活性,与网络推断结果一致。利用荧光定量PCR方法验证了齐墩果酸对肺炎靶细胞HUVEC中关键靶基因NOS3和AGT的mRNA表达的调节作用。其中,齐墩果酸诱导NOS3表达上调,而AGT表达下调,与网络推断结果一致。研究结论:本文为解决药性作用机理解析和应用的关键科学问题,利用基于关系的药性网络构建技术,构建了药性组合三联密码子生物网络,系统阐释了药性的作用机理。另一方面,利用网络定性仿真方法,辨识药性组合网络中对疾病具有影响的靶点为疾病干预的关键靶点,在已知中药成分作用靶点基础上筛选中药的有效成分群,形成了药性网络的有效成分群辨识应用方向,在为疾病治疗和中药二次开发提供指导,为组分中药配伍设计提供理论依据。最终,本文利用生物实验验证和文献佐证的方法,验证了药性组合生物网络的可靠性。