天然植物功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

趙小博 余詩(shī)強(qiáng) 黃 新 蔣林樹(shù)

(北京農(nóng)學(xué)院，奶牛營(yíng)養(yǎng)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

隨著動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)發(fā)展需求的不斷變化，天然植物的研究得到了業(yè)界的重視[1]。我國(guó)《飼料原料目錄》規(guī)定了117種天然植物可作為飼料添加劑來(lái)源或飼料原料使用[2]。每種飼用天然植物中含有多種功能組分[3]，這些組分可以在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)發(fā)揮抗炎、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)等作用[4]，緩解以自由基穩(wěn)態(tài)失衡主導(dǎo)產(chǎn)生的氧化應(yīng)激—炎癥反應(yīng)—免疫應(yīng)激三方聯(lián)動(dòng)效應(yīng)[5]。由于天然植物功能組分結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多樣，導(dǎo)致了天然植物功能組分在飼料與飼料添加劑中的利用和發(fā)展受到了限制，因此闡明其功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系的機(jī)理成為了迫切需要解決的科學(xué)問(wèn)題。在醫(yī)藥學(xué)中，通常使用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法解決此類復(fù)雜機(jī)理的研究[6]，如中草藥機(jī)制的探索[7]、藥物與疾病的內(nèi)在靶點(diǎn)聯(lián)系等[8]。借助醫(yī)藥領(lǐng)域的生物網(wǎng)絡(luò)思想，開(kāi)展飼用天然植物功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系研究意義重大。

1 功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀

1.1 研究方法

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)

網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)是一種研究生物網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的有利工具，2004年由Barabási等[9]提出，其核心思想是以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系為基礎(chǔ)，簡(jiǎn)要說(shuō)明整個(gè)生物反應(yīng)過(guò)程[10]。網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)在醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域主要用來(lái)研究基因、蛋白、生物進(jìn)化、細(xì)胞代謝、麻醉機(jī)理、語(yǔ)言科學(xué)和大腦神經(jīng)等一些機(jī)理方面的難題[11-14]，在非靜態(tài)的生物問(wèn)題中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于生物機(jī)體的反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，特別是在代謝途徑、炎癥途徑、氧化還原以及激素調(diào)節(jié)方面[15]，大量生物途徑在時(shí)空尺度上形成了復(fù)雜的模式，導(dǎo)致無(wú)法對(duì)每一個(gè)生物反應(yīng)途徑進(jìn)行剖析研究，即無(wú)法使用單一因素預(yù)測(cè)其行為[16-17]。使用網(wǎng)絡(luò)學(xué)的方法揭示復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中潛在的靶點(diǎn)，并在分子與細(xì)胞層面做好疾病的診斷、預(yù)后和預(yù)防方面的工作成為了網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)研究的主要內(nèi)容[18]。例如利用網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)方法發(fā)現(xiàn)了很多生命過(guò)程中的潛在位點(diǎn)，De Matos Simoes等[19]將BC3Net推理算法應(yīng)用于333例前列腺癌患者的基因表達(dá)譜中，并使用基因富集(GPEA)重點(diǎn)分析了基因的相互作用并為臨床研究提供基礎(chǔ)。Luo等[20]以天然產(chǎn)物為研究對(duì)象，建立了發(fā)現(xiàn)抗癌藥物的藥理學(xué)策略。Saint-Antoine等[21]為系統(tǒng)生物推斷網(wǎng)絡(luò)更新了一些先進(jìn)的算法，討論了PIDC、Phixer等在癌癥研究中的應(yīng)用。之后的科學(xué)研究逐漸發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)在識(shí)別新的治療靶點(diǎn)方面的潛力[22]，在藥學(xué)中發(fā)展出了一門針對(duì)藥理進(jìn)行研究的學(xué)科：網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，并依托數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和發(fā)展，促進(jìn)了中草藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的發(fā)展。

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)

Hopki于2007年首次提出網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)概念[23]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是一種闡明藥物靶標(biāo)和疾病蛋白關(guān)系的方法[24]。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究思路主要是運(yùn)用公共數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)重要的有效成分進(jìn)行清洗，通過(guò)海量靶點(diǎn)信息挖掘真正起治療作用的關(guān)鍵靶點(diǎn)，并根據(jù)關(guān)鍵靶點(diǎn)尋找具有相同影響作用的物質(zhì)[25]，如圖1所示。因?yàn)樯到y(tǒng)的復(fù)雜性決定了生物學(xué)網(wǎng)絡(luò)狀聯(lián)系的本質(zhì)，故計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工具解決生物問(wèn)題具有天然的優(yōu)勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的先進(jìn)性在于其打破了傳統(tǒng)藥理研究低生產(chǎn)力的“單一藥物、單一靶點(diǎn)、單一疾病”的思想[24]，致力于通過(guò)現(xiàn)有的疾病現(xiàn)象和現(xiàn)有的治療效果，雙向?qū)ふ移渲械年P(guān)鍵激活靶點(diǎn)，定性的證明治療通路是否存在，最終利用其驗(yàn)證通路，實(shí)現(xiàn)治療層面的精準(zhǔn)打擊[26]。目前，體內(nèi)的消化和代謝仍然是研究生命科學(xué)的一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)[27]，是很多營(yíng)養(yǎng)與治療研究不可避免的干擾因素。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的一個(gè)很重要優(yōu)勢(shì)在于其繞過(guò)了功能組分在體內(nèi)消化和代謝的過(guò)程，使用了生物利用度和類藥性指標(biāo)代替藥物在血液或組織中代謝程度[28]，從數(shù)據(jù)清洗層面避免了繁重的工作量。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為了發(fā)現(xiàn)潛在靶點(diǎn)的重要范式[29]，Yang等[30]利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)找到了玉屏散治療變應(yīng)性鼻炎的作用機(jī)制；Wu等[31]基于網(wǎng)絡(luò)的研究方法揭示了鉤藤生物堿治療高血壓的作用機(jī)制，并發(fā)現(xiàn)具有減輕阿爾茨海默病的功能。但是網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的局限性在于，方法只能從物質(zhì)和表觀上判斷是否存在生物學(xué)通路的定性分析，尚不能開(kāi)展深層次的了解物質(zhì)含量是否會(huì)引起不同功能的定量研究[26]。因此，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是一門僅用于評(píng)估藥物有效性、作用機(jī)制以及發(fā)現(xiàn)低毒藥物的方法[32]，劑量方面尚需要生物學(xué)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

圖1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)分析范式 Fig.1 Network pharmacology analysis paradigm[25]

1.2 研究思路

關(guān)鍵作用靶點(diǎn)的挖掘與驗(yàn)證是功能組分—生物學(xué)功能—作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)研究的核心工作，如圖2所示。從功能組分下游和生物功能上游挖掘共同作用靶點(diǎn)，并且對(duì)挖掘到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證(蛋白互作)和生物驗(yàn)證[26]，以保證數(shù)據(jù)挖掘的準(zhǔn)確性。最終通過(guò)預(yù)測(cè)手段找出相似化合物再次進(jìn)入驗(yàn)證，擴(kuò)增關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)量。

圖2 功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)建立思路Fig.2 Establishment of functional component-biological function-action target relationship network[25-26，29]

1.2.1 關(guān)鍵靶點(diǎn)的獲取

關(guān)鍵靶點(diǎn)的獲取思路與經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)相同[33]，都是對(duì)已被證實(shí)的功能與組分關(guān)系進(jìn)行挖掘。組分與功能存在聯(lián)系代表著組分進(jìn)入機(jī)體后，所影響的下游靶點(diǎn)會(huì)與產(chǎn)生功能的上游靶點(diǎn)相重合，重合部分就可能是組分影響功能的生物學(xué)通路。為了挖掘這種潛在聯(lián)系，首先需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)獲取功能組分和生物學(xué)功能的上下游靶點(diǎn)[34]，并對(duì)挖掘的數(shù)據(jù)利用韋恩圖進(jìn)行交集分析，找出潛在靶點(diǎn)。但是，潛在靶點(diǎn)并不一定代表著蛋白之間存在影響關(guān)系，沒(méi)有相互作用的蛋白并不能作為影響生物功能的介質(zhì)。故需要對(duì)潛在靶點(diǎn)進(jìn)行蛋白互作網(wǎng)絡(luò)分析(PPI)或通路富集分析，PPI的主要功能就是從數(shù)據(jù)庫(kù)中查找蛋白之間是否存在相互作用[35]。通過(guò)PPI或通路富集分析驗(yàn)證的靶點(diǎn)稱為關(guān)鍵靶點(diǎn)，往往是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)分析得到的關(guān)鍵結(jié)果，例如楊凱麟等[36]采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法探究桃仁-紅花藥在活血化瘀的機(jī)制研究中，在數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘潛在靶點(diǎn)基礎(chǔ)上，分別應(yīng)用Scifinder和PharmMapper搜集和預(yù)測(cè)化學(xué)成分的已知靶點(diǎn)與潛在靶點(diǎn)應(yīng)用DAVID數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行KEGG通路注釋分析，最終通過(guò)桃仁-紅花藥對(duì)的17個(gè)化學(xué)成分返回了74個(gè)已知靶點(diǎn)，并且已知靶點(diǎn)與改善血流動(dòng)力學(xué)、抗凝血、抗炎、調(diào)控細(xì)胞凋亡和增殖4個(gè)模塊有關(guān)。徐甜等[37]在基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)探討人參茯苓藥對(duì)治療老年性癡呆的作用機(jī)制中通過(guò)TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)與DAVID數(shù)據(jù)篩選出人參-茯苓藥對(duì)28個(gè)活性成分，其中人參22個(gè)，茯苓6個(gè)；得到89個(gè)藥物靶點(diǎn)，包括雌激素受體、雄激素受體、孕激素受體、毒蕈堿乙酰膽堿受體M3、毒蕈堿乙酰膽堿受體M1等，其關(guān)鍵靶點(diǎn)的篩查為藥物作用機(jī)制的探索奠定了基礎(chǔ)。

1.2.2 關(guān)鍵靶點(diǎn)的驗(yàn)證

關(guān)鍵靶點(diǎn)的獲取來(lái)源于數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，得出的結(jié)果對(duì)分析過(guò)程以及數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的依賴很強(qiáng)。所以，數(shù)據(jù)需要通過(guò)通路富集再次進(jìn)行驗(yàn)證。通路富集驗(yàn)證主要是通過(guò)分析通路是否隸屬于預(yù)期的生物功能范圍或相關(guān)通路[38]，以確定該條通路或生物過(guò)程是否有效。比如，在研究五味子的關(guān)鍵靶點(diǎn)是否對(duì)哮喘起作用時(shí)，關(guān)鍵靶點(diǎn)的富集生物過(guò)程中平滑肌收縮具有很高的顯著性，通過(guò)病理學(xué)認(rèn)定平滑肌收縮相關(guān)功能是導(dǎo)致哮喘的病因之一[39]。Hong等[40]在研究丹參治療急性/慢性酒精性肝病和非酒精性脂肪肝的作用機(jī)制中應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析后找到了丹參中6種潛在的活性成分，富集生物途徑中發(fā)現(xiàn)與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝，抗氧化劑和抗纖維化有很強(qiáng)的相關(guān)，這些生物途徑具有保肝的效果，故可認(rèn)為挖掘的關(guān)鍵靶點(diǎn)與丹參治療效果相關(guān)。李曉晨等[41]利用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法研究白花敗醬草治療潰瘍性結(jié)腸炎的作用機(jī)制時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)分析得到潛在交集靶點(diǎn)，利用String數(shù)據(jù)庫(kù)和Cytoscape 3.7.2軟件構(gòu)建藥物疾病交集靶點(diǎn)PPI網(wǎng)絡(luò)，成功地從169個(gè)潛在靶點(diǎn)中找到了蛋白激酶B(PKB)是其潛在的核心靶點(diǎn)，并且這些靶點(diǎn)參與的信號(hào)通路主要與磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B信號(hào)通路有關(guān)，這些位點(diǎn)被磷酸化激活后其首要的功能就是激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)，并誘導(dǎo)其釋放大量的炎性因子如白細(xì)胞介素-6(IL-6)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等，在病理學(xué)中與炎癥誘因一致，故可認(rèn)定該關(guān)鍵靶點(diǎn)與治療潰瘍性結(jié)腸炎之間的關(guān)聯(lián)。

1.2.3 關(guān)鍵靶點(diǎn)上游化合物的驗(yàn)證

通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)挖掘以及驗(yàn)證關(guān)鍵靶點(diǎn)的方法全程由數(shù)據(jù)分析完成[42]，需要對(duì)關(guān)鍵靶點(diǎn)進(jìn)行生物性試驗(yàn)驗(yàn)證[43]，以保證結(jié)果的可靠性。通常選擇與關(guān)鍵靶點(diǎn)相關(guān)性最強(qiáng)的化合物作為驗(yàn)證材料開(kāi)展試驗(yàn)。陳浩等[44]通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)檢索21個(gè)梔子活性成分，并富集發(fā)現(xiàn)外源化合物代謝、核受體轉(zhuǎn)錄、血小板糖蛋白介導(dǎo)激活級(jí)聯(lián)和血小板活化等4條相關(guān)的通路，并依此選擇梔子水提取物作為大鼠藥理試驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè)藥物進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)梔子水提物能改善膽汁淤積大鼠的血清生化異常，成功驗(yàn)證了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的機(jī)制研究結(jié)果；Chen等[45]基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)對(duì)清肺排毒湯進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)通路驗(yàn)證以及生物途徑驗(yàn)證后選擇了射干麻黃湯和麻杏石甘湯作為驗(yàn)證方劑，通過(guò)生物試驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其是清肺排毒湯最有效的功能單元。因此，關(guān)鍵靶點(diǎn)上游化合物的篩選主要有2個(gè)方法：1)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查找化合物作為驗(yàn)證材料；2)選擇具有關(guān)鍵靶點(diǎn)驗(yàn)證的化合物與不含關(guān)鍵靶點(diǎn)驗(yàn)證的化合物作為對(duì)比，設(shè)計(jì)對(duì)照試驗(yàn)。選擇化合物后，采用細(xì)胞試驗(yàn)或生物試驗(yàn)的方法證明化合物具有預(yù)期的生物學(xué)功能。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的化合物可以作為一條新的功能組分-潛在靶點(diǎn)-生物學(xué)功能信息。若無(wú)預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果，則否定關(guān)鍵靶點(diǎn)的預(yù)測(cè)。

1.2.4 通過(guò)構(gòu)效關(guān)系模型對(duì)關(guān)鍵靶點(diǎn)上游化合物進(jìn)行預(yù)測(cè)

定量構(gòu)效關(guān)系(QSAR)來(lái)源于藥學(xué)開(kāi)發(fā)技術(shù)[46]，實(shí)質(zhì)上是一種以亞結(jié)構(gòu)為中介挖掘物質(zhì)與功能關(guān)系的數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)，其原理為找到以結(jié)構(gòu)為單元的共性關(guān)系，并依據(jù)規(guī)律關(guān)系進(jìn)行機(jī)理探索和藥物開(kāi)發(fā)。定量構(gòu)效關(guān)系就是一種認(rèn)識(shí)部分結(jié)構(gòu)的方法，常用于預(yù)測(cè)未知化合物的物理化學(xué)性質(zhì)以及通過(guò)預(yù)期性質(zhì)來(lái)尋找具有相同功效的新成分[47]。關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建從化學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)中確定了一條可以影響生物功能的功能組分，現(xiàn)在根據(jù)構(gòu)效關(guān)系的方法可以預(yù)測(cè)更多的化合物，以獲得更多的數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)到新的化合物后再次進(jìn)入生物性試驗(yàn)驗(yàn)證其可靠性。如趙學(xué)敏等[48]針對(duì)38個(gè)喹啉酮類IDH1小分子抑制劑，運(yùn)用比較分子場(chǎng)法(CoMFA)和相似性指數(shù)分析(CoMSIA)研究了該類化合物分子結(jié)構(gòu)與抑制活性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該類化合物與蛋白結(jié)合主要通過(guò)氫鍵相互作用，根據(jù)構(gòu)效關(guān)系模型設(shè)計(jì)了8個(gè)新化合物，所設(shè)計(jì)的新化合物活性較高。胡義等[49]通過(guò)網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)發(fā)現(xiàn)了甘草黃酮抗痤瘡關(guān)鍵成分和靶點(diǎn)后，通過(guò)HipHop方法構(gòu)建了甘草黃銅藥效團(tuán)模型，以結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)了由1個(gè)疏水基團(tuán)、2個(gè)氫鍵受體基團(tuán)組成的甘草黃酮最優(yōu)藥效團(tuán)，建立了甘草黃酮的結(jié)構(gòu)特性與抗痤瘡活性之間的構(gòu)效關(guān)系。

1.2.5 關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

通過(guò)對(duì)多個(gè)試驗(yàn)得到的功能組分-潛在靶點(diǎn)-生物學(xué)功能信息進(jìn)行分析整合并規(guī)范化處理，得到一條標(biāo)準(zhǔn)的“功能組分-潛在靶點(diǎn)-生物學(xué)功能”信息，存入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一管理。達(dá)到一定的數(shù)據(jù)量后，使用Cytoscape軟件繪制體系的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖[50]，描述以靶點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)的飼用天然植物網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，形成完備的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)挖掘范式，為功能組分的試驗(yàn)提供更多的理論基礎(chǔ)。以調(diào)節(jié)奶牛熱應(yīng)激的天然功能組分挖掘過(guò)程為例，形成的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)挖掘范式如圖3所示。

圖3 基于營(yíng)養(yǎng)調(diào)控奶牛熱應(yīng)激的功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)挖掘范式Fig.3 Network mining paradigm of functional component-biological function-action target relationship based on nutrient-regulated heat stress in dairy cows

1.3 核心思想

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的重要研究方法。在營(yíng)養(yǎng)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，很多研究尚未解釋營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和靶點(diǎn)的關(guān)系，而網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的核心就是關(guān)鍵靶點(diǎn)的探索，所以二者解決的問(wèn)題是相似的。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和關(guān)系網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵點(diǎn)比較見(jiàn)表1。Dancík等[51]通過(guò)研究表明，天然植物提取物的靶標(biāo)高度相關(guān)，并更傾向與蛋白質(zhì)相關(guān)，這也為飼用天然植物靶點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)性提供了理論證明。

表1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)和關(guān)系網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵點(diǎn)比較Table 1 Comparison of key points between network pharmacology and relationship network[25，34-41]

功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)可以為生命調(diào)控發(fā)現(xiàn)更多的調(diào)控因子，找到對(duì)生產(chǎn)適合且高效的調(diào)控成分，提高生產(chǎn)效益，為科學(xué)研究提供方向和思路。功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用問(wèn)題實(shí)質(zhì)上就是潛在靶點(diǎn)的應(yīng)用問(wèn)題，因?yàn)榻M分功能關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果就在于發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)與功能中的潛在作用，明晰反應(yīng)的功能原理，所以功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)有3個(gè)基本的任務(wù)：一是通過(guò)尋找和挖掘潛在作用靶點(diǎn)，整合生命反應(yīng)的作用機(jī)制，繪制揭示營(yíng)養(yǎng)調(diào)控的綜合生物反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；二是以其中特殊的生物途徑為研究對(duì)象，尋找和篩選更多的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控物質(zhì)，推進(jìn)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控物質(zhì)的研究與發(fā)展；三是為植物提取物調(diào)控研究提供更多的理論基礎(chǔ)。

2 功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)在天然植物領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀

建設(shè)植物藥物配體-靶網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與功能關(guān)系中具有很重要意義[52]。可惜的是，很少有研究使用潛在靶點(diǎn)的分析去尋找物質(zhì)與表觀的關(guān)系。Gu等[53]曾提出將天然產(chǎn)物作為藥物發(fā)現(xiàn)和藥理學(xué)研究的對(duì)象應(yīng)用到化學(xué)庫(kù)中，并對(duì)天然產(chǎn)物的分子描述符、化學(xué)空間分布和生物活性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)天然產(chǎn)物具有廣泛的化學(xué)多樣性、良好類藥性，并且可以與多種細(xì)胞靶蛋白相互作用。Fang等[54]重建了具有7 314個(gè)相互作用的藥物靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)，并建立了預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)模型。并且Fang等[55]在另一篇文章中描述了一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)藥理學(xué)方法的實(shí)例，通過(guò)整合天然產(chǎn)物的多元藥理學(xué)和大規(guī)模癌癥基因組學(xué)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)生物學(xué)框架下研究精確腫瘤學(xué)。這些研究的主要內(nèi)容多為天然產(chǎn)物與靶標(biāo)之間的關(guān)系，且建立了很多數(shù)據(jù)庫(kù)[56-59]，但很少涉及生物學(xué)功能的研究。一直以來(lái)，中草藥和植物提取物的研究方法基本落腳于“還原論”和“反向藥理法”[60-61]，雖然通過(guò)這些方法明確了一些靶點(diǎn)，但是目前植物提取物仍缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)。例如，有些植物提取物的研究缺乏可信度的原因在于，其研究沒(méi)有通過(guò)潛在通路和靶點(diǎn)解釋植物提取物的表觀功效，使得對(duì)植物提取物發(fā)揮活性的作用機(jī)制研究并不明晰，對(duì)于植物提取物作用機(jī)制的研究結(jié)果不信任。盡管植物提取物中的混合物普遍被認(rèn)為在發(fā)揮治療或功能性作用中優(yōu)于單物質(zhì)，但很少有研究討論其機(jī)理，從試驗(yàn)和數(shù)據(jù)上都不足以支撐這一假說(shuō)[52]。植物提取物研究結(jié)果不穩(wěn)定的原因有二：其一，植物提取物中成分較多，含量未知，主效因子不明確[62]；其二，不同時(shí)期不同產(chǎn)地不同品種的植物中，成分含量與比例較不穩(wěn)定[63]，缺乏準(zhǔn)確客觀的重復(fù)性驗(yàn)證。所以，功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的研究本質(zhì)上就是通過(guò)靶點(diǎn)分析的方法，反向?qū)ふ疑嫌纹鸬阶饔玫姆肿蛹瘓F(tuán)，去除沒(méi)有進(jìn)行靶點(diǎn)影響的無(wú)效物質(zhì)，避免上述的兩大問(wèn)題，為植物提取物功能的探究提供新的思路。

3 功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)在可飼用天然植物領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)

3.1 生命活動(dòng)的復(fù)雜性是影響網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的主要障礙

吸收、分布、代謝和排泄是藥代動(dòng)力學(xué)的核心[27]，代謝網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜系統(tǒng)擾亂了物質(zhì)生物學(xué)功能的判斷。這就為功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建帶來(lái)了很大的障礙。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的解決方式是通過(guò)生物利用度(OB)和類藥性(DL)判斷物質(zhì)是否進(jìn)入到循環(huán)系統(tǒng)，從而判定物質(zhì)是否參與潛在靶點(diǎn)的激活。關(guān)系網(wǎng)絡(luò)研究可以適當(dāng)借鑒這種方法去解決這個(gè)難題。另外需要考慮的是，生物系統(tǒng)行為具有幾個(gè)基本特性，包括：滯后性、非線性、可變性、相互依賴性、收斂性、彈性和多平穩(wěn)性[64]。這些基本屬性揭示了生物系統(tǒng)的復(fù)雜程度，徹底解釋生物學(xué)功能的機(jī)理需要通過(guò)消化代謝網(wǎng)絡(luò)、穩(wěn)態(tài)環(huán)境網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)共同考慮。所以設(shè)計(jì)功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的研究方案時(shí)，務(wù)必要考慮到生物系統(tǒng)的復(fù)雜性再去設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)等。

3.2 數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是分析準(zhǔn)確的前提

功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的基本原理都是依賴于已有的表型數(shù)據(jù)庫(kù)和物質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)信息，從表觀向潛在進(jìn)行推斷和分析，找出相應(yīng)的靶點(diǎn)，應(yīng)用于生產(chǎn)或?qū)嵺`。但是如果獲取的原始數(shù)據(jù)缺少科學(xué)性和重復(fù)性，那么推斷出的結(jié)果就不具有可信度。另外飼用天然植物功能組分的組成含量在不同的試驗(yàn)研究中均存在一定差異，在不同地區(qū)、不同維度、不同的自然地理環(huán)境、不同保存方法和時(shí)間的飼用天然植物中存在的組分無(wú)法達(dá)成絕對(duì)一致，行業(yè)需要規(guī)范化組分的標(biāo)準(zhǔn)，才能保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析的重要前提

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在國(guó)內(nèi)蓬勃發(fā)展的原因不只是藥學(xué)技術(shù)的革新，而更多是依賴數(shù)據(jù)庫(kù)的建立以及關(guān)系網(wǎng)絡(luò)思想的進(jìn)步。自2017年中國(guó)藥科大學(xué)正式發(fā)布中藥系統(tǒng)藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)與分析平臺(tái)(TCMSP)以來(lái)[65]，我國(guó)對(duì)中草藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究呈井噴式增長(zhǎng)(圖4)。而最早提出網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)的研究仍沒(méi)有太大進(jìn)展。所以，網(wǎng)絡(luò)關(guān)系的理解和研究很大程度上依賴相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息，構(gòu)建相關(guān)的信息庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析的前提。

文章對(duì)中國(guó)知網(wǎng)上的發(fā)文量分析，以“網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)”和“網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)”作為關(guān)鍵字搜索，并使用中國(guó)知網(wǎng)內(nèi)置分析工具，以年度發(fā)文量作為關(guān)注度得出以上圖示。This paper analyzes the number of articles published on CNKI,using “network biology”and “network pharmacology”as key words,using the built-in analysis tools of CNKI,and taking the annual number of articles published as the attention,to get the above diagram.圖4 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與網(wǎng)絡(luò)生物在中國(guó)知網(wǎng)近些年研究的關(guān)注度分析Fig.4 Attention analysis of network pharmacology and network biology research in CNKI in recent years

4 小結(jié)與展望

動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)的發(fā)展是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，學(xué)科需要不斷提出新的假設(shè)和新的驗(yàn)證來(lái)豐富行業(yè)的內(nèi)容，使用先進(jìn)的技術(shù)解決營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)機(jī)制研究的一大難題[66]。由于網(wǎng)絡(luò)學(xué)發(fā)現(xiàn)潛在靶點(diǎn)的功能，研究可以不斷地揭示每種物質(zhì)的作用，為飼料配方提供更多的選擇。我國(guó)減抗替抗政策施行已3年有余[67]，很多研究都是通過(guò)營(yíng)養(yǎng)與免疫的手段達(dá)到減抗替抗的目標(biāo)。其中，植物提取物和中草藥的作用不容小覷[68]。以功能組分-生物學(xué)功能-作用靶點(diǎn)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)研究為基礎(chǔ)，我們期望通過(guò)研究植物提取物相關(guān)通路，與飼料添加劑的配合去實(shí)現(xiàn)更好的營(yíng)養(yǎng)與免疫效果，甚至配合定量構(gòu)效關(guān)系手段去尋找未發(fā)現(xiàn)的營(yíng)養(yǎng)調(diào)控物質(zhì)，加速營(yíng)養(yǎng)與功能關(guān)系的探索。并且在關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的研究方法在一定程度上避免了營(yíng)養(yǎng)成分加性問(wèn)題的討論，由于網(wǎng)絡(luò)狀分析的本質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)成分之間的組合效應(yīng)或相互影響被列入分析與計(jì)算范圍，這與盧德勛先生提出的動(dòng)物機(jī)體三方聯(lián)動(dòng)的體系具有思想上的相似性[5]。但目前，營(yíng)養(yǎng)與功能關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的研究仍存在很大缺陷，該方法無(wú)法定量預(yù)估作用的量級(jí)關(guān)系，無(wú)法做到真正的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)，這是未來(lái)發(fā)展過(guò)程中仍要解決的問(wèn)題和探索的方向。