细胞凋亡和自吞噬通路是细胞信号转导通路中与健康和疾病相关的两个重要组成部分。细胞凋亡是指由于细胞内部程序激活而发生的自杀性死亡。在癌症细胞中，细胞凋亡的内部调控机制往往发生异常。而自吞噬通路是细胞内蛋白依赖溶酶体降解的方式之一。自吞噬在细胞的生长、发育和疾病发生中起着重要的作用，自吞噬调控机制的失调与多种疾病的发生发展相关，如神经退行性疾病、恶性肿瘤、衰老、病原微生物感染、肌细胞功能失调等多种疾病。本文论工作主要应用系统生物学研究方法对对细胞凋亡和自吞噬通路进行了探索和研究。　　 论文第一章主要介绍了系统生物学的背景知识。系统生物学是在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用，并通过计算生物学手段来定量描述和预测生物功能、表型和行为。计算系统生物学的研究手段主要包括ODEs建模、Petri网和元胞自动机等等。　　 论文第二章介绍了我们对细胞内凋亡通路的ODEs建模工作。在本部分工作中，首先以Jurkat细胞为模型，以Fas受体介导的细胞凋亡通路为对象，确定了模型的结构框架；接着以Fas受体的配体SupFasL蛋白作用于Jurkat细胞，获得了确定模型参数的实验数据，包括Caspase-3，－8，-9和Bid蛋白随FasL作用时间的变化曲线；第三，通过对多目标函数优化策略的研究，确定了基于权重系数遗传算法的参数拟合方法；最后，将模型对实验数据进行拟合得到了符合细胞模型的参数集。围绕参数集对不同细胞在FasL作用下的不同敏感性和表型特征进行了分析。对细胞敏感性起抑制作用的蛋白主要包括Bcl－2、XIAP、Flips三个对凋亡通路起负调控作用的蛋白，其他蛋白在不同程度上提高细胞对FasL的敏感性。在对细胞表型差异的分析当中，Fas、FADD、Caspase-8、Bcl－2和XIAP蛋白的增多会使细胞倾向于typeⅠ表型，其他蛋白的增多使细胞倾向于typeⅡ表型。结合NC160和Jurkat细胞的基因芯片数据，我们发现如果细胞以某种凋亡方式为主，则可能存在着与其对应的另外一种凋亡方式的反馈调节。最后，我们通过获得的模型对细胞的表型进行了预测。　　 论文第三章介绍了我们通过cMap数据库对自吞噬通路进行的研究工作。首先根据自吞噬基因的mRNA水平构建了每个自吞噬基因的完整样本集。在过表达样本集中调控自吞噬通路的药物或活性小分子占了一半，而在低表达样本集中调控自吞噬通路的药物或活性小分子占了四分之一，其中包括Rapamycin、Tamoxifen、Wortmannin，Metformin和LY-294002等常见的调控自吞噬通路的化合物。通过对样本集中基因进行Pearson相关性分析，得到了已知的或者可能与自吞噬通路相关的基因。LC3基因包括在其他基因与Atg1基因相关性排序的前十名之内，而可以活化Vps34蛋白的Rab5基因也排在与Vps34基因相关基因的前十名以内。可能与自吞噬过程相关的基因主要分布在泛素化降解途径、凋亡通路、钙离子通路以及细胞内的一些膜结构之上。对筛选得到的10个基因的实验表征发现，有5个基因在siRNA干扰后自吞噬基因mRNA水平的检测结果与基因表达水平的相关性预测结果一致。