疾病生物分子网络的系统建模与调控机理研究

从生物分子网络的角度理解人类疾病的内在机理是当今生物信息学与系统生物学领域的前沿与热点，也是现代医学生命科学的重大需求。本项目旨在通过研究疾病生物分子网络的系统构建、调控机理分析、功能模块辨识、多靶标药物干预等关键问题，建立一套疾病生物分子网络系统分析的方法与理论。并以血管新生这一重要病理生理过程为范例，采用计算与实验相结合的研究策略，验证所建立的方法与理论的正确性与有效性。本项目在研究对象上实现了从简单生物系统向人类重大疾病的跨越，既面向疾病生物分子网络的构建与分析这一重大科学问题进行理论研究，又针对血管新生的分子机制及干预策略这一实际问题进行深入分析，具有重要的科学价值与重大的现实意义。预期在疾病生物分子网络系统建模和调控机理分析的多个方面取得突破性进展，从而为综合应用系统科学、信息科学、控制科学中的理论与方法研究生命科学与医学问题探索新的途径。

从生物分子网络的角度理解人类疾病的内在机理是当今生物信息学与系统生物学领域的前沿与热点，也是现代医学生命科学的一个重大需求。本项目总体目标是从网络构建、网络模块分析、网络多层次关联、网络干预的角度，建立一套疾病生物分子网络的分析方法与理论，并在炎症与肿瘤血管新生的实际案例中验证方法与理论的有效性。项目组圆满完成预期任务，在揭示疾病生物分子网络的模块化构成性质，以及利用网络模块原理发现疾病基因、药物靶标、生物标志和干预药物等方面取得了理论、方法与应用的一系列成果，方法的可靠性还得到了临床与实验验证。主要成果包括：（1）建立一套以“网络模块”为切入点，包括网络模块辨识、模块拓扑与功能关联、模块动态变化的疾病生物分子网络建模方法，并成功用于血管新生这一重要疾病过程的网络构建。（2）利用疾病网络的“模块化原理”，通过多层次异质网络分析较好预测疾病基因、药物靶标与生物标志，其中药物靶标预测达到当时国际最高准确率，发现的网络生物标志获得了临床研究的验证。（3）针对“关键模块干预”开展疾病生物分子网络的调控与干预分析，从中药中发现多种抗炎症与肿瘤血管新生的活性成分、成分组合。（4）本项目还在抑癌基因Rb的调控网络、ATRX综合症表观遗传调控网络等方面，取得多项国际合作研究成果。以上成果从生物分子网络角度加深了对疾病生物系统的构成原理与干预调控的理论认识，促进了复杂疾病及其干预这一重要实际问题的研究，并推动了“网络药理学”这一新的发展方向，为以信息与系统的观点，综合应用系统科学、信息科学、控制科学理论与方法研究生命与医学问题探索了有效的途径。项目成果共发表论文38篇，其中在Bioinformatics、Nature出版社Scientific Reports等刊物发表SCI收录论文28篇，合作研究成果发表于Cancer Cell等刊物，论文累计影响因子为123.998。代表性论文被Nature China作为“亮点”专题报道，被国际“千名医学家”选为“必读论文”。获授权中国发明专利2项、美国发明专利1项，其中2项专利已实施转化。