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计算机工程与应用 2023年第12期59卷 1-13页

作者：张然王学志汪嘉葭孟珍中国科学院计算机网络信息中心大数据技术与应用发展部北京100083 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100049

药物-靶点相互作用预测旨在发现可作用于特定蛋白质的潜在药物,在药物重定位、药物副作用预测、多重药理学和耐药性的研究中都发挥着重要作用。随着计算机处理能力的进步和计算算法的不断更新,药物-靶点相互作用预测的计算方法展现出时... 详细信息

药物-靶点相互作用预测旨在发现可作用于特定蛋白质的潜在药物,在药物重定位、药物副作用预测、多重药理学和耐药性的研究中都发挥着重要作用。随着计算机处理能力的进步和计算算法的不断更新,药物-靶点相互作用预测的计算方法展现出时间短、成本低、精度高、范围广的优势,受到了广泛的关注,并取得了显著的进展。为了梳理其研究发展历程,探讨未来的研究方向,就药物-靶点相互作用预测的背景和意义进行简要概述;将方法分为基于分子对接、基于药物结构、基于文本挖掘和基于化学基因组四类进行综述,并对每类方法进行对比分析,详细阐述每类方法的数据需求及应用场景;对现有研究存在的局限性和面临的挑战进行讨论,展望未来的研究方向,为后续研究提供参考和借鉴。

关键词：药物-靶点相互作用预测药物发现数据挖掘生物信息

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基于网络药理学和深度学习方法研究肉桂治疗心肌缺血-再灌注损伤的作用机制

基于网络药理学和深度学习方法研究肉桂治疗心肌缺血-再灌注损伤...

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作者：薛涛杭州师范大学

学位级别：硕士

心肌缺血-再灌注损伤(Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury,MIRI)是急性心肌梗死的一种常见并发症,它的发生会加重心脏功能障碍,增加急性心肌梗死不良预后发生的可能性,严重危害人类健康。尽管近些年来对于MIRI病理机制的理解有了... 详细信息

心肌缺血-再灌注损伤(Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury,MIRI)是急性心肌梗死的一种常见并发症,它的发生会加重心脏功能障碍,增加急性心肌梗死不良预后发生的可能性,严重危害人类健康。尽管近些年来对于MIRI病理机制的理解有了很大的进展,但是目前的临床治疗效果仍然有限。而肉桂由于其具有抗氧化、抗炎和调节免疫反应的特性,已经被证明存在治疗MIRI的潜力。为了探索肉桂治疗MIRI的作用机制,更重要的是发现主要的活性成分及其作用靶点,其中网络药理学方法是最常用的方法之一。不过,由于传统的网络药理学方法主要依靠现有的药物和疾病数据库来收集相关的成分和靶点,且能获取到的化合物和作用靶点是有限的。而药物-靶点相互作用(Drug-Target Interactions,DTI)预测则可以根据已知相互作用关系的药物-靶点对去预测未知的关系,是最直接的发现潜在作用靶点的方法。因此,本研究开发了DTI预测模型去获取更多的肉桂活性成分的作用靶点,从而增加网络药理学分析和预测的准确率,主要做了以下工作:(1)提出基于深度学习的DTI预测方法。DTI预测方法通常使用药物和靶点序列信息或结构信息来进行特征学习。此外,药物原子和氨基酸之间的复杂相互作用在建模中也是值得注意的。因此,本文提出了基于深度学习的DTI预测模型GELA-DTI,通过将药物的SMILES结构式转换为分子图后利用联合模型进行特征表示学习,对于靶点的氨基酸序列则使用预训练模型Bio-Embeddings进行嵌入表示后利用Bi-LSTM进行特征表示学习,并引入注意力机制来建模原子与氨基酸之间的分子间相互作用。实验对比表明,GELA-DTI要优于最先进的基线方法。此外,本研究还通过消融实验来进一步理解GELA-DTI各部分的效果,并设计了基于动脉粥样硬化的案例分析证明了其具有实用价值。(2)提出融合DTI的网络药理学方法。传统的网络药理学分析方法主要通过药物和疾病数据库获取相关的活性成分和靶点,然后对活性成分的作用靶点和疾病靶点取交集后进行蛋白质-蛋白质相互作用分析,并设置阈值筛选关键靶点。此后,再对关键靶点进行富集分析,构建活性成分-靶点-信号通路的网络,并对其进行拓扑结构分析,从而得到核心成分和核心靶点。在此基础上,本文融合了DTI预测的方法,补充了873个肉桂的作用靶点,进行后续的分析和分子对接验证后,得到了6个核心活性成分(油酸、棕榈酸、β-谷甾醇、花旗松素、丁香酚和肉桂醛)、3个作用靶点(PTGS2,GSK3B和MAPK14)和4个信号通路(PI3K-Akt,MAPK,IL-7和HIF-1)。通过斑马鱼实验,初步表明花旗松素对于心肌缺血-再灌注损伤的治疗可能存在积极的作用。

关键词：心肌缺血-再灌注损伤肉桂药物-靶点相互作用预测网络药理学深度学习

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