基于蛋白质相互作用网络的广谱抗病毒宿主靶标研究

以病毒蛋白为靶的抗病毒药物面临易产生耐药等诸多问题，宿主分子靶向抗病毒不仅是解决病毒耐药问题的重要策略，也使得开发广谱抗病毒药物成为可能。靶标辨识是宿主靶向广谱抗病毒药物研发的关键，但目前尚缺乏广谱抗病毒药物靶标辨识的理性方法。近年来，高通量实验技术为从系统水平上建立宿主靶标分析方法奠定了基础。本项目将完成以下内容：1)整合人蛋白质相互作用网络、病毒感染基因表达谱等高通量实验数据，根据病毒感染模式划分广谱抗病毒谱系，2)通过构建、比较病毒-宿主相互蛋白作用网络，辨识潜在的广谱抗病毒靶标。3）基于前期工作基础选择多种致病病毒为研究对象，通过宿主分子靶向体外抗病毒活性评价实验的结果验证和修正靶标辨识方法。本研究一方面为广谱抗病毒药物宿主靶标发现提供新的理论基础和分析方法，另一方面为广谱抗病毒药物研发提供潜在的宿主靶标。

本项目按照“分析—预测—验证”的模式，从病毒感染条件下宿主细胞反应高通量数据入手，对基因表达谱和蛋白质相互作用网络进行定量分析，研究宿主靶向抗病毒药物发现中的关键技术问题。首先基于人类致病病毒感染的相关表达谱数据，从对宿主影响和药物研发的角度，对现有人类致病病毒的分类进行了系统的数据回顾分析，完成宿主靶向的抗病毒谱系的构建工作。在分析过程中，提出了基于基因表达谱的激活子网辨识算法并申请获得软件著作权。随后根据上述数据分析结果出发，辨识病毒感染规律并进行系统性比较，综合感染过程相关性、网络共用节点、拓扑重要性、组织特异性等特征，探索并建立宿主靶标广谱抗病毒药物的靶标辨识方法和药物重定位发现方法，并完成实验验证。主要工作包括：（1）构建大范围病毒-宿主分子相互作用网络图谱。用病毒感染相关的表达谱数据对所构建的网络进行时-空约简，得到特异相关的病毒感染激活子网。然后以相似模式的病毒簇为对象，辨识针对特定病毒感染模式的共用宿主靶标。（2）通过病毒-人类相互作用组学数据和miRNA靶标数据的整合分析，系统性发掘病毒蛋白靶标和miRNA靶向蛋白之间的关联关系，发现病毒-宿主相互作用存在新的模式，这一机制可由病毒利用而产生更大的毒性和更有效的复制策略。（3）建立基于药物-病毒网络的抗病毒药物靶标发现策略。通过整合现有已知药物的作用靶标数据、人-病毒相互作用数据、基因沉默实验获得的病毒依赖的宿主因子，构建了药物-宿主分子-病毒多重复杂关联网络。通过病毒感染和药物共用靶的分布、药物靶标和病毒靶标的网络距离分布、已知药物对病毒靶标的覆盖，预测了一种抗登革病毒药物，通过实验验证了对感染细胞致CPE的影响具有统计显著意义，还预测了一种抗EV71病毒药物并完成细胞实验验证。（4）建立基于天然药物-靶标网络的抗病毒药物靶标发现策略。通过构建天然药物成分-靶标-病毒复杂关联网络，发现24种天然药物成分在关联网络中具有重要的拓扑性质，从而揭示其潜在具有较高的抗病毒效应。（5）建立基于疾病-药物网络的抗病毒药物重定位发现策略。利用已知药物-靶标关系网络和表达谱印记方法，构建了药物-病毒关联网络，分析了这些药物的抗病毒重定位可能性，得到了针对23种病毒的可能治疗药物。