[发明专利]一种判别或比较药物作用模块的方法

说明书

本发明提供一种判别或比较药物作用模块的方法，所述方法包括以下步骤：(1)对两个生物网络进行模块的划分，分别得到模块集合；(2)计算两个模块集合中各个模块的一个或多个拓扑结构特征，得到单一或综合的拓扑指标，并由此计算两个模块集合中对应模块的拓扑参数变化；(3)将对应模块的拓扑参数变化与显著性界值进行比较，当两个生物网络分别为药物干预前和干预后的生物网络时，如果拓扑参数变化≥显著性界值，则所述模块为药物的作用模块；当两个生物网络分别为第一药物干预后和第二药物干预后的生物网络时，如果拓扑参数变化≥显著性界值，则所述模块为第一药物和第二药物的作用差异模块。

技术领域

本发明属于生物信息技术领域。具体而言，本发明涉及基于生物网络判别和比较药物靶点模块的方法。

背景技术

系统生物学和网络药理学的兴起，使药物机制研究及新药研发从传统的“单组分、单靶点、单疾病”研究模式向“多组分、多靶点、多途径”的方向发展。整合基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等高通量数据，结合各种数学模型和算法，在网络的背景下研究疾病、药物、靶点数据及其相互作用关系也成为疾病和药物作用机制研究的热点。

许多复杂疾病的发生、发展都与一系列相互作用的基因或蛋白相关，疾病表型是不同的生物学过程在一个复杂网络中相互作用的表现。而药物则是通过作用于疾病网络中的多个靶点，对各靶点的作用产生协同效应，从而对疾病的发生、发展进行干预，最终达到治疗效果。因此，在疾病研究和药物研究领域，网络分析方法越来越多地被应用于识别复杂疾病的生物标志物及药物的作用靶点等。生物网络的分析也为更好的理解复杂疾病的病理机制、系统揭示药物的药理机制及新药的研发提供了新的思路。

模块性(modularity)是系统生物网络的一个重要特性。在系统生物网络的背景下，通过各种计算模型和算法对网络进行模块化分析，在模块的层次下对网络进行解构和分析成为网络药理学和系统生物学新的研究方向。模块指生物网络中紧密连接的功能集团，相关文献中亦表示为聚类(cluster)、亚网络(subnetwork)、社团结构(community)，子集(subset)、模体(motif)等。模块在生物网络中具有紧密连接的拓扑结构特征，同时也具有稳定性和功能性的特点。研究者基于网络聚类、启发式搜索、种子扩展、网络拓扑结构、矩阵分解等原理发展了大量的模块划分方法，模块化研究成为生物网络研究的热点。

疾病病理和药物作用机制同样具有模块化的特征。“单组分、单靶点”的药物研究模式忽视了靶点基因或蛋白之间的相互作用关系，因此，一些研究尝试从模块的角度来筛选具有特异的靶点和较低副作用的药物。模块药理学(Modular pharmacology，MP)的概念框架也被提出，从模块化角度揭示药物与疾病间关系，提出通过药物的多靶点、模块化设计来治疗复杂疾病，这种以模块而不是单个基因或蛋白为靶点的方法为研究药物作用机制及新药研发提供了新的策略，而如何在复杂的生物网络中识别药物的靶点模块就成为一种挑战。因此，结合生物网络模块的拓扑结构、稳定性和功能性特点，探寻药物靶点模块识别方法具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种基于生物网络判别和比较药物作用模块的方法，本方法整合了模块的拓扑结构分析、统计分析来综合判别药物干预后生物网络的作用模块(又称“应答模块”)，组合生物功能分析则可以识别其是否为药物的靶点模块；此外，本发明的方法还可以通过比较不同药物干预后的生物网络的差异模块，来对比分析不同药物的应答差异。

定义