分子描述符方法刻画中药寒热药性的现代科学内涵研究

With the spring-up of the holistic view in modern medicine and the widening of the research thoughts on medicinal property theory of Chinese herbal medicines (HMs), the interdisciplinarity and multi-methodology have been adopted in the study on the HM property. However, due to the componential complexity of HMs, the progress is retarded in the study of cold and heat properties of HMs. The molecular descriptor method, which is originated from the molecular structure and the energy feature of the chemical compound nature, is adopted to estimate the biological activity and ecological effect of unknown compounds. In the study, in terms of the basic thought as ‘HMs - composition - characteristics - property of HMs - model –identification-verification’, by taking HMs as the carrier, using molecular descriptors for the characteristics identification and adopting the supervised pattern classification method for the model identification, the model for the classification of HMs properties is constructed based on molecular descriptors, by which, the molecular structure features that affecting cold and heat properties of HMs are analyzed. Moreover, with this model, the molecular structure features of western medicines, which have been identified as cold and heat nature according to the theory of traditional Chinese medicine in literatures, are verified and analyzed. This project is positively significant in the exploration of a potential approach to the study on the properties of HMs, in the elaboration of the theory of HM properties and in the study on the Chinese medicinal characteristics of western medicine.

随着现代医学整体观思路的兴起，对中药药性理论的研究思路逐渐开阔，学科交叉和多种方法学被用于中药药性的研究中，然而受限于中药成分的复杂性，以及研究手段和技术条件的局限性，中药寒热药性研究进展缓慢。分子描述符的研究方法是从化合物本质的分子结构和能量特性等要素出发，估测未知化合物的生物活性和生态学效应。本课题按照“中药—成分—特征—药性—模型—辨识—验证”的基本思想，以寒热药性的中药为研究载体，以分子描述符为辨识特征，以有监督模式分类方法为辨识模型，构建基于分子描述符的中药药性分类模型。根据模型分析影响中药寒热药性的分子结构特征。此外，通过模型对文献中已确定寒热药性的西药化合物结构进行验证分析。本课题将探索建立中药药性研究的新方法，对中药药性理论的现代科学阐释，以及西药的中药化研究具有积极意义。

1.1项目的背景.中医学是研究人体生理病理，疾病诊断与防治以及摄生康复的一门医学科学，至今已有数千年的历史。辨证论治是中医学理论体系的核心，寒热辩证是中医学辩证体系中的重要纲领。在中医临床处方遣药时“寒者热之，热者寒之”这一准则发挥着重要指导作用。“寒者热之，热者寒之”是指寒证用温热药论治，热证用寒凉药论治，因此，开展中药寒热药性研究十分必要。分子描述符是指分子在某一方面性质的度量，既可以是分子的物理化学性质，也可以是根据分子结构通过各种算法推导出来的数值指标。它从化合物本质的分子结构和能量特性等要素出发，估测未知化合物的生物活性和生态学效应。.1.2主要研究内容.本研究首先通过采用文本挖掘技术对相关中药饮片、单方研究进行挖掘分析。现代科学技术的发展对中药药性的研究更为精确，通过文本挖掘可以获得所收集数据潜在的、隐藏的关系，也能了解某味中药的研究现状和趋势。通过提取分析文献中对中药寒、热属性的划分和研究该药的相关文献数量，初步建立寒热药性的中药文本挖掘数据集。.然后查找TCMSP网站中每味中药对应的化合物，再通过RDKit化学信息学平台上的MACCSkeys算法提取化合物对应SMILES结构的分子指纹，进而构建有监督模式分类方法的寒热药性研究数据集，最后建立中药寒热药性判别模型。.1.3重要结果.通过文本挖掘技术提取分析文献中对中药寒、热属性的划分和研究该药的相关文献数量，初步建立寒热药性的中药文本挖掘数据集；通过对文本挖掘得到的数据集进行分析和整理，设定研究文献篇数大于或等于100篇的中药纳入研究范围；查找寒热属性中药对应的化合物及靶蛋白，然后通过生物信息学分析区分典型中药寒热药性不同通路和靶点，并验证文本挖掘技术筛选药物寒热属性的判别模型。.1.4关键数据.基于2020版《中国药典》筛选得到149味寒性药物和119味热性药物，检索每味药物对应的化合物，得到寒性中药所有化合物为5366个，热性中药所有化合物为5196个，除去寒热属性中药共有化合物后，寒性中药有3612个化合物，热性中药有3442个化合物。药物化合物与其分子描述符一一对应，即将5366个寒性中药化合物和5196个热性中药化合物的分子描述符作为模型构建初步数据集。.1.5科学意义.本课题将探索建立中药药性 研究的新方法，对中药药性理论的现代科学阐释，以及西药的中药化研究具有积极意义。