背景:中医药的整体观念和西方医学的还原论相结合,符合现代医学发展的趋势。基于系统生物学的观点,融合系统生物学与现代医学理论成果的系统药理学为从分子水平上系统阐释中药作用机理指明了方向。对于中药作用机理的解析,既需要从微观层面（分子、生物网络）研究中药在细胞内影响的生物途径,又需要在人体整体模型的不同宏观层面（组织、器官、整体）了解效应在细胞、组织乃至器官间的传递,即从时间-空间不同水平上研究中药治疗疾病时引起机体变化的机制。目前,多成分、多靶点、多途径的综合调节作用已成为中药学领域学者的基本共识。然而,基于此发展起来的网络药理学和系统药理学在进行中药作用机理解析时仍然存在一定局限性。中药的作用包括基因表达,蛋白活性和小分子代谢等一系列系统行为,但目前构建的网络没有将上述信息进行有效融合、无法实现批量处理、未意识到细胞特异性问题、不能与实验数据有效结合等。因此,如何高效、系统地阐释中药的具体作用途径和综合调节过程依然是中药学研究中具有挑战性的工作。目的:为了形成对中药作用机理的全面认识,不仅包括中药对基因、蛋白质表达及生物网络拓扑结构的影响,而且包括中药作用效应在网络中的传递,本研究将建立二者统一的形式化表达方法和推演系统,并建立基于细胞类型特异性网络解析中药作用机理的方法与技术体系。方法:（1）整合基因调控网络、小分子代谢网络、人类生物学反应及信号通路,构建背景网络;在背景网络的基础上,以基因、蛋白质特异性表达数据为约束条件,利用实体语法系统（Entity Grammar System,EGS）建立细胞类型特异性网络;依据细胞信号分子及其受体的定位信息,连接细胞类型特异性网络构建多细胞组织、器官、系统的网络模型。（2）计算网络拓扑结构参数和共有边占所有边的比例,通过聚类分析、富集分析和作用机理明确的尼莫地平的作用机理解析进行网络仿真能力评价。（3）以化合物A作用的HepG2细胞和四物汤作用的MCF-7细胞的基因表达谱数据为例,以EGS为关键技术建立基于网络比较和定性仿真的中药作用机理解析方法。（4）以四物汤抗乳腺癌的机理解析为例,具体说明基于细胞类型特异性网络进行中药作用机理解析的方法:利用中药重定位方法对四物汤进行重定位研究;基于细胞类型特异性网络对新发现的四物汤的药理作用进行机理解析并通过多细胞网络发现其跨细胞效应;利用分子对接和本课题提出的基于基因转录起始过程的有效成分辨识方法（ITPI）辨识四物汤的抗乳腺癌有效成分群;通过CCK8、流式细胞术和免疫印迹实验验证毛蕊花糖苷的抗乳腺癌作用及其机制,即验证基于细胞类型特异性网络的中药有效成分群辨识方法的可靠性。结果:（1）本研究构建了 83类正常生理细胞和48类组织/器官的特异性网络。（2）83类细胞和48类组织/器官特异性网络拓扑结构的聚类分析结果显示,83类细胞和48类组织/器官的聚类正确率分别为97.59%和64.6%;基于蛋白功能的富集分析结果表明,心肌细胞特异性网络内所有蛋白参与的生物通路主要集中于肌肉形成、收缩和滑动,这与心肌细胞的电生理特性和机械生理特征密切相关;在构建的平滑肌细胞-神经元-血管内皮细胞的多细胞网络基础上进行的尼莫地平作用机理解析结果表明,尼莫地平通过Ca2+超载学说和兴奋性氨基酸毒性学说两种机制抑制平滑肌收缩,并通过促进细胞增殖和抑制细胞凋亡,发挥对神经元和血管内皮细胞的保护作用,与尼莫地平已知作用机理相符。（3）将用于构建细胞/组织/器官特异性网络的数据分为组学数据和传统数据两种类型,并对结合组学数据进行中药作用机理解析的方法进行了重点介绍。考虑药物作用前后机体内存在的生物分子类型或表达量均可能发生变化,又将细胞/组织/器官特异性网络的构建方法和作用机理解析方法分为两种情况:即药物作用前后机体内生物分子类型不同（以化合物A作用的HepG2细胞为例）和相同（以四物汤作用的MCF-7细胞为例）的情况,分别通过网络比较和定性仿真的方法进行中药作用机理解析。最终,根据组学数据和传统数据、中药作用前后机体内生物分子种类异同这四种情况,分别建立了相应的细胞类型特异性网络构建方法和中药作用机理解析的方法。（4）通过中药重定位方法,得到Cmap中1294个小分子药物和四物汤基因表达谱相似性得分,根据药理作用比较明确并且在DrugBank中有相应记录的前10个小分子药物的药理作用发现四物汤具有抗乳腺癌的作用;基于乳腺癌细胞特异性网络的四物汤抗乳腺癌机理研究表明,四物汤的抗乳腺癌机理为:调节细胞凋亡和增殖、对激素的反应、影响腺体发育、调节细胞转移和影响乳腺癌细胞的耐药性;根据多细胞通讯网络构建方法,构建了乳腺癌细胞-正常乳腺细胞-巨噬细胞-肌上皮细胞通讯网络,通过网络分析发现四物汤不仅对乳腺癌细胞有调节作用,还能通过信号的传递影响正常乳腺、乳房肌上皮细胞和肺巨噬细胞的免疫功能并对乳腺癌细胞的增殖和转移产生影响;在重定位结果基础上进行的分子对接辨识出46个有效成分;基于ITPI方法不仅辨识出61个抗乳腺癌有效成分群,还明确了这些有效成分作用的转录因子及差异基因的信息;ITPI方法结合分子对接技术,使我们能够从基因和蛋白两个方面更全面的辨识四物汤的有效成分群。CCK8实验表明毛蕊花糖苷（Verbascoside）具有抗MCF-7细胞增殖的作用:在24h、48h和72h条件下的IC50分别为8.85、4.405、4.565μM;Verbascoside可能具有植物雌激素的双向调节作用,即在5～20μM时,表现出较好的抑制MCF-7细胞增殖的作用,在20～40μM时,可能产生雌激素作用。流式凋亡实验结果表明在2～32μM范围内,Verbascoside处理MCF-7细胞48h时,抗凋亡作用具有较好的线性关系,随浓度的升高,抗凋亡作用增强,最高抗凋亡率为73%。免疫印迹技术检测到在1～32μM范围内,AP1的表达量升高,Cdk6和MYC的表达量降低,在32μM时达到最佳效果。综上,验证实验的结果和基于MCF-7细胞特异性网络定性仿真得到的Verbascoside抗乳腺癌作用机理吻合:Verbascoside增强SMAD3的磷酸化作用,促进AP-1和抑制MYC、Cdk6的表达,通过抑制MCF-7细胞增殖和促进MCF-7细胞凋亡起到抗乳腺癌的作用。结论:本研究构建的细胞类型特异性网络具有较好的仿真能力,为基于细胞类型特异性网络的中药作用机理解析奠定了基础。基于细胞类型特异性网络的中药作用机理解析方法能够详细阐明中药对细胞生物过程的影响和调控机制,并发现中药作用效应在分子、细胞、细胞间等不同层次模型中的传递。本研究不仅阐释了四物汤的抗乳腺癌机理还辨识出其抗乳腺癌有效成分群,为四物汤的质量控制和组合药物设计提供了依据。基于细胞类型特异性网络的中药作用机理解析方法,将为阐释中药炮制、药性、配伍等理论提供高效客观的技术体系。