研究背景:药性理论是中药的基础理论,是对中药功效的高度概括,在中医遣方用药中起着重要作用,从现代科学的角度阐释中药药性的本质及其与功效之间的关系,有利于对中药药性理论的继承和发展,有助于发挥药性理论的临床指导作用。研究目的和策略:从不同尺度对苦味中药与清热解毒、活血化瘀功效味效发生关系进行研究。首先,本论文提出基于性效关系网络研究方法探讨苦味表达清热解毒和活血化瘀研究策略。据此,对研究思路进行设计,根据构建网络的不同尺度本文研究内容分为三个部分:第一部分宏观层面,中药苦味、清热解毒功效、活血化瘀功效相关药理、相关靶点的确认,并在此基础上构建药性-药理网络,功效-药理网络在宏观层面研究苦味与清热解毒、活血化瘀功效之间的味效关系:第二部分介观层面,基于蛋白质之间的相互作用构建蛋白互作网络,引入模块分析方法将网络模块化,从模块功能这一介观层面研究苦味与清热解毒、活血化瘀功效之间的味效关系;第三部分微观层面,基于细胞间的信号传递,利用网络定性仿真方法构建苦味表达清热解毒、苦味表达活血化瘀治疗冠心病的细胞信号通路生物网络,从微观层面研究苦味与清热解毒、活血化瘀的味效关系,并基于构建的味效-疾病网络对中药有效组分群辨识。研究方法和结果:1.基于药理的宏观层面性效关系研究。1)苦味口尝味和功能味相关靶点确定。定义苦味配体作用的其它靶点为苦味靶点,苦味中药所含化合物作用经过数据挖掘后得到强规则的靶点集合为苦味功能靶点,通过二者相同的靶点和不同靶点相同的药理作用,论述苦味口尝味与功能味的一致性。2)苦味功能靶点、清热解毒功效靶点、活血化瘀功效靶点的确定。收集整理苦味中药、清热解毒中药、活血化瘀中药所含化合物作用的靶点,分别构建苦味中药药性-药理-化合物-靶点数据库、清热解毒中药-药理-化合物-靶点数据库、活血化瘀中药-药理-化合物-靶点数据库,采用数据挖掘计算苦味相关药理及靶点,清热解毒相关药理及靶点,活血化瘀相关药理及靶点,对比三者之间药理的相同和差异,从宏观层面研究苦味和清热解毒功效及活血化瘀功效之间的味效关系,同时得到的相关靶点为后续蛋白和细胞信号网络的构建做准备。结果表明苦表达清热解毒和活血化瘀相关的药理作用包括:抗炎、抗菌、抗肿瘤、免疫抑制、强心、降血脂、镇静、抗病毒、抑制血小板聚集、利尿、抗心肌缺血、保肝、镇痛、抗氧化、利胆、抗溃疡、免疫促进、降血压。不同的药理于功效之间关联的程度强弱不同。2.基于功能模块的介观性效关系研究。1)以实体语法系统为理论依据,以网络定性仿真为方法构建了苦味功能、清热解毒功效、活血化瘀功效蛋白质相互作用网络和细胞信号传导生物网络,并通过对网络拓扑特征分析检验网络的可靠性。2)对蛋白质相互作用网络采用模块分析,以模块功能一致性和F值为评价指标确定MCL算法为本文模块聚类算法,考察了模块识别的算法。3)采用MCL算法将苦味功能、清热解毒功效、活血化瘀功效蛋白互作网络进行模块识别,对识别出的模块进行GO注释以确定模块功能,通过比较三者功能模块之间的异同从介观层面研究了苦味与清热解毒及活血化瘀的关系。研究结果表明苦表达清热解毒和活血化瘀功效相关模块的功能包括:对细胞过程积极的调控、G蛋白耦合受体信号通路、花生四烯酸代谢过程、脂质代谢过程、钾离子跨膜运输、跨膜运输的调控、炎症反应、对病毒反应、调节心率、调节心肌收缩、磷酸核苷代谢过程、磷酸核苷生物合成的过程、toll样受体5信号通路、toll样受体10信号通路、对脂多糖反应、对细菌来源分子的反应、γ-氨基丁酸信号通路、氯离子跨膜运输、碳酸氢盐运输、调节细胞内的pH值、甾类激素介导的信号通路、脂蛋白脂肪酶的调控活动、对尼古丁反应、突触传递、孕激素受体信号通路、乳腺上皮细胞的发展、一氧化氮代谢过程、调节一氧化氮合酶活性。3.基于细胞信号通路生物网络的微观性效关系研究。1)以构建的细胞信号通路网络为背景,以性效靶点为起点,疾病靶点为终点,构建基于性效的疾病治疗网络,并采用最短路径抽提的方法对网络进行简化以利于性效治病机理的揭示。从微观层面研究了苦味与清热解毒及活血化瘀在疾病治疗中的异同。2)以构建的疾病治疗网络为依据判断性效治病的靶点,以靶点筛选对应性效中药的有效成分群,解释性效发生的物质基础。研究结果表明苦表达清热解毒功效治疗冠心病的相关靶点为:一氧化氮合酶(NOS3)、毒蕈碱型乙酰胆碱受体M3(CHRM3)、视黄酸受体RXR-α(RXRA)、非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶1(PTPN1)、热休克蛋白90-α(HSP90AA1)和凝血酶原(F2)、二肽基肽酶Ⅳ(DPP4)、雄激素受体(AR)、β2-肾上腺素能受体(ADRB2)、过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARG)、糖皮质激素受体(NR3C1)、血清对氧磷酯酶1(PON1)。与之相比,苦表达活血化瘀功效治疗冠心病的相关靶点多了3个,分别为:醛糖还原酶(AKR1B1)、肿瘤坏死因子受体超家族成员6(FAS)、钠依赖型多巴胺转运蛋白(SLC6A3)。研究结论:本文从系统科学的角度,在宏观、介观和微观三个层面上探讨了中药药性与功效发生机制这一关键科学问题,构建了不同尺度下中药性效关系网络,从不同层面阐释了苦味表达清热解毒和活血化瘀功效的性效发生机制,研究结果表明:中药口尝味和功能味的一致性,解决了中医药界这一长期争论的问题:利用系统科学的方法,建立苦味微观与宏观表达,揭示了“有诸内着必行于诸外”中药性效关系的科学内涵。所建立了中药药性研究方法,对中药药性现代生物学机制有重要参考意义。