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肾间质纤维化（Renalinterstitialfibrosis，RIF）是各种病因引起进行性肾损害的主要病理特征，是导致终末期肾病的根本病理改变之一，临床上目前并没有针对RIF的特效药。该疾病的发生与发展是机体内动态变化的基因、细胞因子、蛋白以及各类细胞在时间和空间不同尺度交互作用导致。为了动态模拟RIF在时空尺度的发生与发展，并定量表征大黄酸对该疾病生物网络的调节机制，本论文采用定量网络药理学方法，构建了肾间质纤维化“分子-细胞-组织”多尺度疾病网络模型和大黄酸干预模型。
论文第一部分构建了肾间质纤维化“分子-细胞-组织”多尺度的疾病网络动力学模型，多尺度地模拟疾病病理进程。首先基于文献对RIF疾病的分子机制描述，构建疾病分子信号通路网络，并采用合理的规则简化分子网络。然后综合文献中RIF机制描述，进一步构建了细胞和组织尺度的疾病网络。在分子水平上，应用ODEs模拟疾病分子网络中细胞内物质的浓度变化；在细胞和组织水平上，用ABM模拟RIF病程中细胞行为和组织形态变化；细胞外分子的扩散、降解及其与细胞内环境的交互由PDEs模拟。为了验证模型，本文设计了系列细胞和动物实验：MTT法测定不同浓度TGF-β1的刺激对上皮细胞（HK-2）和成纤维细胞（KFB）生长的影响；免疫荧光法检测不同浓度TGF-β1刺激下KFB细胞和HK-2细胞的分化；ELISA试剂盒测定细胞外FN的含量；构建大鼠UUO模型，于第7天、14天、21天分别处死大鼠，取组织进行HE、Masson染色，取血进行肌酐和尿素氮检测。分子水平模拟结果显示，相较低浓度TGF-β1（1ng/mL）的刺激，细胞内蛋白和细胞因子（TGF-β1、ECM、MCP-1、Cyclin、ɑ-SMA和MMP）浓度的增速在高浓度TGF-β1（10ng/mL）刺激下均增加。细胞和组织水平模拟结果显示，在1ng/mLTGF-β1刺激下，细胞数量维持动态平衡，组织未见瘢痕形成；而在10ng/mLTGF-β1刺激下，MCs从血管来源招募，TECs由于发生EMT转变成MFBCs，数量急剧减少，FBCs大量增殖，而后分化成MFBCs，21天后模拟区域形成大量瘢痕。1ng/mLTGF-β1刺激下的模拟结果与低浓度TGF-β1作用下的细胞实验结果、假手术组的动物实验结果基本相符，10ng/mLTGF-β1刺激下的模拟结果与高浓度TGF-β1作用下的细胞实验结果、模型组的动物病程相符。
论文第二部分根据酶促反应动力学原理，构建了药物干预的多尺度网络动力学模型，模拟药物在不同浓度、作用于单靶点/多靶点及不同病理阶段下对多尺度网络的干预。首先，基于文献所述以及本文中的分子对接、SPR实验，明确大黄酸对分子网络中p38和JNK蛋白具有抑制作用，通过系统生物学方法在分子水平的模型中加入了药物干预项，实现药物对多尺度疾病网络动态、定量调节的模拟。为了对模型进行验证，本文设计了系列细胞和动物实验：MTT法测定大黄酸干预对高浓度TGF-β1刺激KFB细胞增殖的影响；免疫荧光法检测大黄酸干预对高浓度TGF-β1刺激下KFB细胞和HK-2细胞分化的影响；构建大鼠UUO模型，并进行大黄酸给药，于第7天、14天、21天分别处死大鼠，取组织进行HE、Masson染色，取血进行肌酐和尿素氮检测。模拟结果显示：1）在不同浓度的大黄酸（5nM、10nM和20nM）干预下，细胞和组织水平的模拟结果相似，TEC数量基本保持稳定，仅略有凋亡，FBCs的增殖被抑制，MFBC数量基本未增加，21天后肾小管结构基本没有受损，未见瘢痕形成。表明大黄酸在该剂量范围内，不会对疾病疗效产生显著差异；2）在不同病理阶段（第0天、第7天和第14天）进行大黄酸的干预，疗效差异显著。在模拟开始时即用大黄酸干预，21天后RIF程度显著减轻，从第7天时开始大黄酸干预，21天后部分肾小管被破坏，组织形成些许瘢痕，从第14天时开始大黄酸干预，最终出现严重的瘢痕化。表明大黄酸对RIF疾病具有预防作用，越早进行大黄酸干预效果越好；3）药物靶向双靶点干预时，RIF程度显著延缓，单独靶向JNK蛋白时，21天后格点中的细胞大部分为MFBCs，FBCs的数量约为MFBCs一半，组织瘢痕化较为严重，单独靶向p38蛋白时，21天后格点中的细胞几乎全为MFBCs，瘢痕替代正常组织覆盖了模拟区域。表明多靶点的药物干预疗效优于单一靶点的药物干预。药物干预的多尺度网络模型模拟结果与大黄酸干预下的细胞、动物实验结果基本相符。
总之，本论文基于定量网络药理学方法，结合细胞和动物实验，构建了肾间质纤维化“分子-细胞-组织”多尺度疾病网络动力学模型及大黄酸扰动模型，从时间和空间尺度准确模拟了RIF的病理进程和大黄酸干预下的疾病病程，阐述了疾病发生与发展的病理机制和药物干预疾病的作用机制。
论文第一部分构建了肾间质纤维化“分子-细胞-组织”多尺度的疾病网络动力学模型，多尺度地模拟疾病病理进程。首先基于文献对RIF疾病的分子机制描述，构建疾病分子信号通路网络，并采用合理的规则简化分子网络。然后综合文献中RIF机制描述，进一步构建了细胞和组织尺度的疾病网络。在分子水平上，应用ODEs模拟疾病分子网络中细胞内物质的浓度变化；在细胞和组织水平上，用ABM模拟RIF病程中细胞行为和组织形态变化；细胞外分子的扩散、降解及其与细胞内环境的交互由PDEs模拟。为了验证模型，本文设计了系列细胞和动物实验：MTT法测定不同浓度TGF-β1的刺激对上皮细胞（HK-2）和成纤维细胞（KFB）生长的影响；免疫荧光法检测不同浓度TGF-β1刺激下KFB细胞和HK-2细胞的分化；ELISA试剂盒测定细胞外FN的含量；构建大鼠UUO模型，于第7天、14天、21天分别处死大鼠，取组织进行HE、Masson染色，取血进行肌酐和尿素氮检测。分子水平模拟结果显示，相较低浓度TGF-β1（1ng/mL）的刺激，细胞内蛋白和细胞因子（TGF-β1、ECM、MCP-1、Cyclin、ɑ-SMA和MMP）浓度的增速在高浓度TGF-β1（10ng/mL）刺激下均增加。细胞和组织水平模拟结果显示，在1ng/mLTGF-β1刺激下，细胞数量维持动态平衡，组织未见瘢痕形成；而在10ng/mLTGF-β1刺激下，MCs从血管来源招募，TECs由于发生EMT转变成MFBCs，数量急剧减少，FBCs大量增殖，而后分化成MFBCs，21天后模拟区域形成大量瘢痕。1ng/mLTGF-β1刺激下的模拟结果与低浓度TGF-β1作用下的细胞实验结果、假手术组的动物实验结果基本相符，10ng/mLTGF-β1刺激下的模拟结果与高浓度TGF-β1作用下的细胞实验结果、模型组的动物病程相符。
论文第二部分根据酶促反应动力学原理，构建了药物干预的多尺度网络动力学模型，模拟药物在不同浓度、作用于单靶点/多靶点及不同病理阶段下对多尺度网络的干预。首先，基于文献所述以及本文中的分子对接、SPR实验，明确大黄酸对分子网络中p38和JNK蛋白具有抑制作用，通过系统生物学方法在分子水平的模型中加入了药物干预项，实现药物对多尺度疾病网络动态、定量调节的模拟。为了对模型进行验证，本文设计了系列细胞和动物实验：MTT法测定大黄酸干预对高浓度TGF-β1刺激KFB细胞增殖的影响；免疫荧光法检测大黄酸干预对高浓度TGF-β1刺激下KFB细胞和HK-2细胞分化的影响；构建大鼠UUO模型，并进行大黄酸给药，于第7天、14天、21天分别处死大鼠，取组织进行HE、Masson染色，取血进行肌酐和尿素氮检测。模拟结果显示：1）在不同浓度的大黄酸（5nM、10nM和20nM）干预下，细胞和组织水平的模拟结果相似，TEC数量基本保持稳定，仅略有凋亡，FBCs的增殖被抑制，MFBC数量基本未增加，21天后肾小管结构基本没有受损，未见瘢痕形成。表明大黄酸在该剂量范围内，不会对疾病疗效产生显著差异；2）在不同病理阶段（第0天、第7天和第14天）进行大黄酸的干预，疗效差异显著。在模拟开始时即用大黄酸干预，21天后RIF程度显著减轻，从第7天时开始大黄酸干预，21天后部分肾小管被破坏，组织形成些许瘢痕，从第14天时开始大黄酸干预，最终出现严重的瘢痕化。表明大黄酸对RIF疾病具有预防作用，越早进行大黄酸干预效果越好；3）药物靶向双靶点干预时，RIF程度显著延缓，单独靶向JNK蛋白时，21天后格点中的细胞大部分为MFBCs，FBCs的数量约为MFBCs一半，组织瘢痕化较为严重，单独靶向p38蛋白时，21天后格点中的细胞几乎全为MFBCs，瘢痕替代正常组织覆盖了模拟区域。表明多靶点的药物干预疗效优于单一靶点的药物干预。药物干预的多尺度网络模型模拟结果与大黄酸干预下的细胞、动物实验结果基本相符。
总之，本论文基于定量网络药理学方法，结合细胞和动物实验，构建了肾间质纤维化“分子-细胞-组织”多尺度疾病网络动力学模型及大黄酸扰动模型，从时间和空间尺度准确模拟了RIF的病理进程和大黄酸干预下的疾病病程，阐述了疾病发生与发展的病理机制和药物干预疾病的作用机制。