中药靶点筛选 | 如何构建”药物-靶点-疾病“网络
所属分类: 技术干货
发布时间: 2026-06-15
概要: 构建“药物-靶点-疾病”网络能帮大家看到成分之间的协作、核心靶点的关键位置,以及整个治疗过程的逻辑。
每次研究中药网络药理学,我总会被其中的复杂性和巧妙性吸引:几百种成分,可能作用于上千个靶点,该如何理清它们和疾病之间的关系?
对于研究者来说,构建“药物-靶点-疾病”网络不仅是科研方法,更像是在搭建一张探索中药奥秘的地图 —— 它能帮大家看到成分之间的协作、核心靶点的关键位置,以及整个治疗过程的逻辑。
今天这篇文章,我将给大家呈现一条完整的中药靶点筛选与网络构建路径。

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第一步:拿到可信原始数据
我在筛选中药/复方化学成分时,优先使用TCMSP、TCMID、HERB等经典中药系统药理学数据库。中药成分数量繁杂,并非所有成分都能在体内发挥药效,因此必须设置严格的ADME药代动力学筛选标准。
这也是顶刊的基本要求:统一限定口服生物利用度OB≥30%、类药性DL≥0.18,同时结合Lipinski五原则进一步剔除无成药潜力的化合物。
对于数据库未收录的微量成分、新型提取物,我会借助PubChem获取SMILES结构式,再通过SwissADME完成虚拟ADME评估,保证候选成分均具备口服药物的基本特性。
拿到合格的活性成分后,下一步就是预测潜在作用靶点。
日常研究中我常用SwissTargetPrediction、PharmMapper、TargetNet等工具:前者基于结构相似性预测,后者依托三维药效团与机器学习模型,多工具联用可降低假阳性。
为把控数据质量,我会设置预测概率得分>0.1的筛选阈值,剔除低可信度靶点;最后将所有靶点统一映射至UniProt数据库,标准化为人源基因符号并去重,完成靶点数据的规整。
3. 疾病靶点整合:
传统数据库+临床转录组联合筛选
仅依靠GeneCards、OMIM、DisGeNET等数据库挖掘疾病基因,容易引入大量噪音数据。现阶段我的研究都会整合GEO、TCGA临床样本转录组数据,借助R语言limma、DESeq2包筛选差异表达基因(DEGs)。
统计阈值严格设定:|log_2FC|>1,且经Benjamini-Hochberg校正后P<0.05。
为进一步筛选核心疾病基因,我会引入WGCNA加权基因共表达网络分析,通过构建基因共表达模块,结合基因显著性、模块成员度锁定与疾病表型强相关的枢纽基因。
最后利用维恩图,将药物预测靶点、传统疾病靶点、转录组差异基因取交集,得到的交集基因,就是中药干预疾病的核心网络靶标,也是后续网络构建的核心节点。
第二步:PPI网络构建与拓扑分析:筛选核心枢纽基因
交集靶点只是一份静态基因列表,想要解析基因间的互作关系,必须构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并通过拓扑分析挖掘关键枢纽基因。
这一步我主要使用STRING数据库与Cytoscape软件组合完成。
1. PPI网络初建:
将核心交集靶点导入STRING,为过滤假阳性互作,常规研究设置置信度>0.4;若网络节点过多,则提升阈值至0.7~0.9,同时删除孤立节点,导出网络文件。
2. 可视化与拓扑分析:
把文件导入Cytoscape,依托cytoHubba插件开展多算法分析。单一拓扑算法存在局限性,高分文章普遍采用多算法交叉验证。
我会重点使用四类核心指标:
度中心性(Degree):统计节点直接相连的边数,代表蛋白局部调控能力;
中介中心性(BC):识别网络中的“信号瓶颈”,是模块间信息传导的关键;
接近中心性(CC):反映蛋白在整个网络中传递信号的效率;
最大团中心性(MCC):精准定位功能核心复合物,在必需蛋白预测中准确度最优。
分别提取每种算法排名前20的节点,再用维恩图取交集,最终重叠基因即为决定疾病进程与药物疗效的核心枢纽基因。
第三步:靶点参与哪些生理过程:功能富集解析作用机制
锁定核心靶点后,就需要通过富集分析阐释靶点参与的生物学过程与信号通路,解答“中药成分通过哪些途径发挥作用”这一核心问题。
使用R语言clusterProfiler包完成GO/KEGG富集分析,相比在线工具,该工具可保证分析可重复、图形可视化效果更佳。实操中先通过org.Hs.eg.db完成基因名转换,再执行富集运算,统一设置P<0.05、Q<0.05,并采用BH法进行多重检验校正,严控假阳性。
GO富集:从生物学过程、细胞组分、分子功能三个维度,解析靶点的基本功能;
KEGG富集:锁定关键信号通路。
富集完成后,将中药成分-核心靶点-信号通路-疾病重新整合,在Cytoscape中绘制全景网络图,直观呈现中药“多成分、多通路”的协同调控模式,彻底突破传统单靶点研究的局限。
第四步:分子对接与分子动力学模拟佐证预测结果
网络药理学的预测结果属于计算机模拟推论,想要提升研究说服力,必须补充结构生物学层面的验证,也就是分子对接与分子动力学模拟,这也是顶刊研究的标配环节。
这是验证“成分-靶点”结合能力的核心手段,标准操作流程如下:
❶ 从PDB数据库下载靶蛋白晶体结构,用PyMOL、AutoDockTools去除水分子、杂原子,补充极性氢、分配电荷,修复残缺肽链,完成蛋白预处理;
❷ 对中药活性小分子进行能量最小化优化,标记可旋转键;
❸ 参照蛋白共结晶配体划定结合口袋(网格盒),无已知结合位点时借助DoGSiteScorer预测口袋位置;
❹ 运行对接计算,以结合能≤-5.0kcal/mol作为有效结合判定标准,结合能≤-7.0kcal/mol代表二者亲和力极强;
❺ 最后用可视化软件分析氢键、疏水作用、π-π堆积等非共价相互作用。
静态的分子对接无法模拟蛋白在体内的动态构象变化。
对于筛选出的高亲和力复合物,我会进一步开展分子动力学模拟:
将复合物置于水溶液体系,模拟生理环境下蛋白与小分子的动态结合过程。通过RMSD判断构象稳定性、RMSF分析氨基酸残基柔性,结合MM-PBSA算法计算结合自由能,从动态层面证实二者的结合效应。
第五步:无标签实验完成靶点原位确证
仅做计算模拟的研究只能归为预测分析,体内外湿实验验证才是证明结论真实有效的关键。
除了常规的qPCR、Western Blot检测基因与蛋白表达外,目前顶刊更看重小分子与靶蛋白直接物理结合的证据,而CETSA与DARTS两大无标签技术,是当前中药靶点确证的主流选择。
核心原理:
小分子与靶蛋白结合后,会提升蛋白热稳定性,蛋白熔解温度向高温偏移。
实操上我会设置药物组与DMSO对照组,对细胞/组织样本进行梯度加热,裂解离心后通过Western Blot检测可溶性蛋白含量,绘制熔解曲线。
若药物组曲线明显右移,即可证明小分子在活细胞内直接结合靶蛋白。该技术最大优势是贴合活体生理环境,适合检测跨膜蛋白。
核心原理:
小分子结合蛋白后会引发构象改变或空间位阻,让蛋白抵御蛋白酶的水解作用。
实验全程冰浴操作,提取细胞裂解液后分组加药孵育,再加入梯度浓度的链霉蛋白酶进行酶解,适时终止反应后通过Western Blot检测蛋白条带。
若加药组蛋白条带丰度显著高于对照组,即可证实二者存在直接结合。该技术无需加热,尤其适用于热稳定性异常的蛋白。
研究全流程复盘
结合自身课题实践和领域最新进展,我总结出一套标准的药物-靶点-疾病网络研究完整闭环:
多源数据整合 → ADME&靶点筛选 → 交集核心靶标提取 → PPI拓扑分析 → 枢纽基因筛选 → GO/KEGG功能富集 → 成分-靶点-通路网络图绘制 → 分子对接+动力学模拟 → CETSA/DARTS湿实验验证。
这套流程融合了生物信息学、计算化学、分子生物学多学科技术,也是当前阐释中药多靶点作用机制最科学的范式。
对于做中药网络药理学、靶点筛选的研究者来说,摒弃单一数据库分析、补齐分子模拟与湿实验验证环节,是提升研究深度与文章档次的核心方向。

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参考文献
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关键词: 中药靶点筛选 | 如何构建”药物-靶点-疾病“网络
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