药物-靶点相互作用预测的计算方法综述

药物-靶点相互作用预测旨在发现可作用于特定蛋白质的潜在药物,在药物重定位、药物副作用预测、多重药理学和耐药性的研究中都发挥着重要作用。随着计算机处理能力的进步和计算算法的不断更新,药物-靶点相互作用预测的计算方法展现出时间短、成本低、精度高、范围广的优势,受到了广泛的关注,并取得了显著的进展。为了梳理其研究发展历程,探讨未来的研究方向,就药物-靶点相互作用预测的背景和意义进行简要概述;将方法分为基于分子对接、基于药物结构、基于文本挖掘和基于化学基因组四类进行综述,并对每类方法进行对比分析,详细阐述每类方法的数据需求及应用场景;对现有研究存在的局限性和面临的挑战进行讨论,展望未来的研究方向,为后续研究提供参考和借鉴。

基于多层注意力和消息传递网络的药物相互作用预测方法

药物相互作用(Drug-drug interaction,DDI)是指不同药物存在抑制或促进等作用.现有DDI预测方法往往直接利用药物分子特征表示预测DDI,而忽略药物分子中不同原子对DDI的影响.为此,提出基于多层次注意力机制和消息传递神经网络的DDI预测方法.该方法将DDI建模为通过学习基于序列表示的药物分子特征实现DDI预测的链接预测问题.首先,建立基于注意力机制和消息传递神经网络的原子特征网络,结合提出的基于分子质心的位置编码,学习不同原子及其相关联化学键的特征,构建基于图结构的药物分子特征表示;然后,设计基于注意力机制的分子特征网络,并通过监督和对比损失学习,实现DDI预测;最后,通过实验证明该方法的有效性和优越性.

蛋白质中残基远程相互作用预测算法研究综述

蛋白质是由多个氨基酸残基顺序连接而成的长链.在天然状态下,蛋白质并不是无规则的自由状态,而是自发形成特定的空间结构,以执行其特定的生物学功能.驱动蛋白质形成特定空间结构的主要因素是残基间的非共价相互作用,包括疏水作用、静电相互作用、范德华力等.因此,对残基之间远程相互作用的准确预测将有助于对蛋白质空间结构的预测,进而有助于对蛋白质生物学功能的了解.在蛋白质进化过程,有相互作用残基对之间存在一种"共进化"模式,即当一个残基发生变异时,与其有相互作用的残基也要发生相应的变异,以维持相互作用,进而维持整体空间结构以及生物学功能.基于上述生物学观察,研究者开发了多个统计模型和算法以预测残基对之间的相互作用:1)概述残基之间远程相互作用的两大类基本预测算法,包括无监督学习方法和监督学习方法;2)使用蛋白质结构预测CASP比赛结果来客观比较上述各类算法的性能,分析各个算法的特点和优势;3)从生物学观察和统计模型2个角度分析总结了未来的发展趋势.

一种基于极大团的蛋白质相互作用预测方法

针对大规模、高通量方法识别出的蛋白质相互作用数据集包含噪声较高的问题,根据蛋白质相互作用网络中噪声数据的特点和网络拓扑属性,提出了一种基于极大团的相互作用预测方法以提高识别出的这种数据集的可靠性。该方法通过蛋白质与蛋白质团之间的关联程度来预测蛋白质间是否存在相互作用,同时结合噪声数据在网络中的特点将预测结果放大并将伪相互作用分离出来,最后可获得可靠性较高的预测数据集。实验结果显示,所提出的方法不仅可以预测更多相互作用而且具有更高的可靠性。

蛋白质相互作用预测、设计与调控

蛋白质相互作用是生命活动在分子水平上的基本事件.蛋白质相互作用的三维图像可以给出关键生命活动过程的分子细节.了解蛋白质相互作用的原理有助于揭示生命活动的机制,并在此基础上开展有重要价值的蛋白质设计.本文对于蛋白质相互作用预测、设计和调控研究的近期进展进行了总结归纳,介绍了作者实验室在相关领域的研究进展,并对今后的研究方向进行了展望.主要包括:(1)蛋白质相互作用网络、蛋白质相互作用机制和蛋白质复合物结构计算分析;(2)基于序列、结合位点以及复合物结构的蛋白质相互作用预测;(3)蛋白质相互作用设计方法;(4)利用化学分子调控蛋白质相互作用的方法;(5)针对蛋白质相互作用的蛋白质药物设计方法.

基于图神经网络的药物-靶标相互作用预测研究

阐述基于图神经网络的药物-靶标相互作用预测问题的主要变体,并对各种变体的方法进行深入梳理与分析,对常用数据集进行整理与分析,最后对药物-靶标相互作用预测进行总结与展望。

蛋白质相互作用预测方法研究进展

蛋白质间的相互作用是细胞实现功能的基础,其研究对疾病的诊断和治疗有着重要意义。蛋白质相互作用预测方法有实验方法和计算方法两大类。作为实验方法的有效补充和验证工具,计算方法受到越来越多人的重视。本文主要分析了预测蛋白质相互作用的主要方法及其优缺点,对当前需待解决的相关问题进行了阐述。

Alzheimer’s疾病相关蛋白质相互作用网络构建及其相互作用预测

依据无标度网络的相关理论,提出一种预测蛋白质-蛋白质相互作用的算法,并预测潜在的作用位点。收集了所有与阿尔兹海默疾病(Alzheimer’s disease)相关疾病的人类蛋白,并找出与之能发生相互作用的蛋白质,绘制一个有关人类AD相关蛋白质相互作用网络。分析和计算了该网络的一些详细属性,并对网络进行生物信息学分析,找出网络中的蛋白质调控路径,该路径可能涉及到Apoptosis-antagonizing transcription factor(AATF)蛋白对于阿尔兹海默疾病的抑制作用。几个潜在与AATF蛋白作用的位点被自己开发的程序预测出,将它们的潜在作用位点做了比对,最后得到一个高度收敛的序列模体,其正则表达式为I-x(0,1)-E-x(2)-[AENT]-x-[EK].

基于异质信息网络元路径的药物-靶标相互作用预测模型

提出一种融合元路径信息的图神经网络模型,用于预测药物-靶标相互作用(GMDTI)。首先根据8个数据集中的药物、靶标、疾病和副作用数据以及它们之间的8种作用关系,构建药物-靶标异质信息网络(HIN);然后定义两条元路径来捕获药物-靶标HIN中的不同子结构信息和不同节点间隐藏的语义信息,并应用图神经网络的方法聚合节点的一阶邻居信息和元路径中节点间的语义信息;最后利用端到端的学习方法完成DTIs预测。该方法同时考虑药物-靶标HIN的结构特性和元路径语义信息,有助于学习到更多潜在的药物-靶标作用关系。实验结果表明,GMDTI的预测准确率高于所有基线模型,AUC达到98.6%,AUPR达到94.5%。同时通过调整数据的稀疏度和降噪实验,证明GMDTI具备优于所有基线模型的鲁棒性。

基于网络相似性整合算法的lncRNA与miRNA相互作用预测研究

目的提出一种基于网络相似性算法的lncRNA-miRNA相互作用预测新方法。方法在lncRNASNP2、LNCipedia、miRBase、NONCODE、microRNA、miRTarBase 7.0数据库中筛选lncRNA-miRNA互作关系及lncRNA和miRNA的序列、表达谱、功能数据后,应用Needleman-Wunsch算法分析lncRNA和miRNA的序列相似度并整合到不同的相似度矩阵中,最终使用NSILMI模型处理并得到预测的lncRNA-miRNA互作得分。结果当α为0.7时,基于序列相似度的NSILMI获得了最高的预测性能;在5折交叉验证中,其ROC曲线下面积为0.9814,显示出较好的预测准确性;基于功能相似度和表达谱相似度计算的AUC值分别为0.8831和0.8654;同时,通过NSILMI模型预测得到的20个lncRNA-miRNA互作对中的16个已被实验验证。结论本研究提出一种用于预测lncRNA-miRNA相互作用的NSILMI模型;该模型为lncRNA-miRNA关联的预测提供了新手段,也为复杂疾病的研究提供新方法和思路。

基于多数据源与机器学习的药物副作用预测

药物不良反应是疾病治疗过程中一个非常重要的考虑因素,为了指导医生有效避免或减少药物不良反应,提出一种基于多数据源与机器学习的药物副作用预测方法,将患病前后和用药前后基因的表达量变化情况作为解释变量,利用随机森林算法对药物副作用进行预测,发现使用随机森林算法针对5种副作用的测试结果都优于传统的K近邻算法,其中副作用皮疹的测试准确率达到90.24%,相比K近邻算法提升了31.70%。结果表明,利用基因表达量变化情况这一特征可以很好地预测药物副作用,同时也说明副作用的发生和基因表达量变化情况具有很强的相关性。

藏药四味姜黄汤防治2型糖尿病的作用预测

对藏药四味姜黄汤应用于2型糖尿病(T2DM)临床防治的作用进行预测。方法 本研究选取于2019年6月-2021年6月于我院就诊的120例T2DM患者,采用简单随机分组法分为两组,每组60例,对照组患者应用常规降糖方法进行治疗,研究组在对照组基础上应用藏药四味姜黄汤进行辅助治疗,自首次住院开始,治疗1年,通过对比两组患者的血糖控制水平、并发症出现情况以及患者的心理状态评分预测藏药四味姜黄汤应用于T2DM防治的作用及安全性。结果 (1)研究组治疗3月及1年后的空腹血糖、餐后2小时血糖及糖化血红蛋白、治疗6月的糖化血红蛋白控制水平均显著优于对照组(P0.05),而治疗6月的空腹血糖及餐后2小时血糖两组对比无明显差异性(p>0.05);(2)治疗后研究组并发症发生率显著低于对照组(p0.05)。结论 藏药四味姜黄汤在2型糖尿病的防治中显示出了显著的作用,大大提高了控制血糖效果,减少并发症的出现,并且用药安全性高,具有良好的应用前景。

FIB、PLR、CEA对老年结直肠癌预测作用研究

目的探讨分析FIB、CEA和PLR的指标水平对老年结直肠癌的预测作用及价值。方法回顾性分析2021年1月至2023年12月本院收治的老年结直肠癌患者共116例,将此116例患者设为观察组,另选取同期在本院住院的老年腺瘤性息肉患者90例,并设为对照组。结果观察组的FIB、PLR和CEA指标水平均高于对照组,差异具有统计学意义(P<0.05);与对照组比较,观察组中的A组、B组、C组、D组的FIB、CEA指标水平均明显升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与对照组和观察组中的B组比较,观察组中的C组的PLR水平显著升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与对照组比较,观察Ⅱ期、Ⅲ期、Ⅳ期组的CEA、FIB水平明显升高,观察组Ⅱ期、Ⅳ期组PLR水平明显升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与观察组Ⅰ期组比较,观察Ⅱ组、Ⅲ期、Ⅳ期组的FIB、CEA水平明显升高,差异具有统计学意义(P<0.05);两组患者血管、神经侵犯比例和淋巴结转移比例差异无统计学意义(P>0.05);高CEA表达组和低CEA表达组的肿瘤浸润深度、血管、神经侵犯比例和淋巴结转移比例无明显差异(P>0.05)。结论CEA、PLR和FIB的联合应用检测有助于提高老年结直肠癌的筛查和检出,上述指标的水平异常有助于早期诊断结直肠癌,对预后具有评估及预测价值。

高中生主观幸福感的发展现状及人格特质的预测作用

以青少年主观幸福感量表和大五人格问卷为工具,对301名高中生进行了测查,探讨高中生主观幸福感的发展现状及人格特质对其的预测作用。结果发现:(1)整体上,高中生体验到中等水平的主观幸福感。具体而言,高中生体验到最高的友谊满意感,其次是家庭满意感,而最低的是学业满意感;女生体验到了更多的生活满意度和积极情感,男性体验到了更多的消极情感和更低的生活满意度。(2)在大五人格特质对主观幸福感的预测中,外倾性对积极情感和生活满意度有显著正向的预测作用,而神经质能够显著负向预测消极情感。

CT脑灌注成像在急性脑梗死溶栓后出血转化中的预测作用分析

探讨在急性脑梗死溶栓后出血转化中,行CT脑灌注成像检查,分析其预测作用。方法 从南京医科大学附属脑科医院选取在2022年11月及至2023年11月收治的60例急性脑梗死患者,依托溶栓后是否出现出血转化(根据CT脑灌注成像进行判断)进行分组处理,分为出血组(涵括25例)、未出血组(涵括35例),比较两组的患者的神经功能以及CT脑灌注成像系列参数。结果 经统计两组之间的临床特征,显示未出血组与出血组在糖尿病病史观察参考项目、心房颤动史观察参考项目、阿司匹林治疗史观察参考项目、吸烟史观察参考项目、高血压病史观察参考项目、高脂血症病史观察参考项目、发病至溶栓治疗时间观察参考项目、溶栓前NIHSS评分观察参考项目数据上,比较无统计学意义(P>0.05)。未出血组和出血组之间的脑容量参阅指标数值、脑血流量参阅指标数值、平均通过时间参阅指标数值、相对脑容量参阅指标数值、相对脑流量参阅指标数值、相对峰值时间参阅指标数值、相对血流峰值时间参阅指标数值、相对平均通过时间参阅指标数值比较未见差异(P>0.05),组间在表面通透性、峰值时间、峰值血流时间、相对表面通透性上具有差异(P<0.05)。相对脑容量和相对脑血流量联合检测所得的AUC数据均高于单独的相对脑容量、相对脑血流量检测,较之存在差异化(P<0.05)。结论 CT脑灌注成像检查可有效显示急性脑梗死患者的血流状况,并对于溶栓后出血转化具有较好的预测作用,为临床提供可靠信息。

超声膈肌功能评估联合呼吸系统功能评分对呼吸衰竭患者脱机效果的预测作用

目的分析超声膈肌功能评估联合呼吸系统功能评分对呼吸衰竭患者脱机效果的预测作用。方法前瞻性纳入2019年1月至2021年2月河北省人民医院重症监护病房的160例呼吸衰竭患者,均给予常规药物、机械通气等治疗。病情稳定后根据临床表征分为脱机成功组、脱机失败组,采用Logistic回归分析明确影响呼吸衰竭患者脱机效果的危险因素,绘制受试者工作特征曲线(ROC曲线)评估超声膈肌功能评估联合呼吸系统功能评分对呼吸衰竭患者脱机效果的预测作用。结果在纳入的160例患者中,脱机成功101例,脱机失败59例。单因素分析结果显示,脱机成功组的序贯器官衰竭评分(SOFA评分)、呼吸系统功能评分低于脱机失败组[(4.5±1.1)分比(5.7±1.4)分、(3.5±1.0)分比(5.4±1.2)分],氧合指数高于脱机失败组[(270±20)mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)比(247±17)mmHg],平均膈肌位移值大于脱机失败组[(15.2±3.4)mm比(8.0±2.0)mm](P<0.05)。Logistic回归分析结果显示,SOFA评分、氧合指数、平均膈肌位移值、呼吸系统功能评分是影响呼吸衰竭患者脱机效果的危险因素。ROC曲线分析结果显示,超声膈肌功能评估联合呼吸系统功能评分预测呼吸衰竭患者脱机成功的灵敏度、准确度、曲线下面积分别为89.17%、82.37%、0.814,均高于超声膈肌功能评估、呼吸系统功能评分单独预测。结论超声膈肌功能评估联合呼吸系统功能评分与呼吸衰竭患者脱机成功与否息息相关,两者联合预测的准确性更好。

重症病人骶尾部经皮氧分压、营养状况在压力性损伤风险预测中的作用

目的:探讨重症监护室(ICU)病人压力性损伤(PI)发生的危险因素,并分析胸骶经皮氧分压变异率(TcPO_(2)CV)、前白蛋白单独及联合检测对ICU病人压力性损伤发生的预测价值。方法:选取2021年1月至2022年06月入住苏州大学附属苏州九院ICU治疗的重症病人227例,对其人口学资料、病情相关监测指标、压力性损伤因素进行回顾性分析,采用多因素Logistic回归法分析压力性损伤发生的独立影响因素,并绘制受试者工作特征(ROC)曲线验证胸骶经皮氧分压变异率、前白蛋白单独及联合检测对重症病人压力性损伤发生风险的预测作用。结果:227例ICU病人中,共33例发生压力性损伤,发生率为14.54%;单因素分析显示压力性损伤组病人的年龄、APACHEⅡ评分、TcPO_(2)CV高于非压力性损伤组,而BMI、前胸壁Tc PO2、骶尾部TcPO_(2)、前白蛋白低于非压力性损伤组,差异均具有统计学意义(P<0.01)。多因素Logistic回归分析显示,TcPO_(2)CV(OR=1.234,95%CI:1.138~1.337)、前白蛋白(OR=0.969,95%CI:0.956~0.983)分别为重症病人发生PI的独立危险因素和独立保护因素(P<0.01)。TcPO_(2)CV、前白蛋白监测压力性损伤的最佳截断值分别为21.63%和116.1 mg/L,ROC曲线下面积(AUC)为0.878、0.869。结论:胸骶经皮氧分压变异率、前白蛋白对重症病人PI风险预测具有一定价值,可作为一种新的客观评估方法指导临床早期识别重症病人PI的发生。

中国46所三级医院成年住院患者压力性损伤流行病学特征及Braden量表预测作用研究

背景Braden量表是全球公认的有良好信效度的压力性损伤危险预测工具,但因应用人群不同,其最佳预测界值也存有争议。该量表在我国临床应用的预测界值为≤16分,欧美国家多以≤18分为界值,但其在我国住院患者中的预测作用的研究较少。目的横断面调研全国13个省/自治区、46所三级医院成年住院患者压力性损伤的流行病学特征,分析Braden量表及其6个分量表预测压力性损伤发生的效能及其最佳界值。方法由解放军东部战区总医院负责成立多中心合作研究课题组,在全国公开招募≥500张床位的三甲医院,经过资格审查和签订合作研究双向协议后,共纳入13个省/自治区、46所符合条件的医院作为多中心研究单位,纳入住院时间≥24 h、年龄≥18岁的患者为研究对象。入选护龄≥2年的伤口护理骨干护士作为调研人员,共入选1060名调研护士。在2021-03-30和2021-05-29,使用专用调查记录表记录患者的一般情况;检查全身皮肤,判断是否发生压力性损伤及分期情况;采用Braden量表(从感知觉、潮湿度、活动能力、移动能力、营养、摩擦和剪切力6个分量表逐项评分)判断压力性损伤的发生危险。绘制受试者工作特征(ROC)曲线,分析Braden量表及其6个分量表预测成年住院患者发生压力性损伤的效能及其最佳界值。结果本次调研共获得60555例有效数据,其中压力性损伤现患率为1.67%(1010/60555),医院获得性压力性损伤现患率为0.74%(448/60555)。男性压力性损伤现患率〔2.08%(677/32518)〕高于女性〔1.19%(333/28037)〕(χ^(2)=73.394,P<0.001)。≥80岁和ICU患者压力性损伤现患率最高,分别为5.98%(311/5198)和10.58%(324/3061)。多因素Logistic回归分析结果显示,年龄、性别、血清白蛋白、血红蛋白、失禁类型、卧床、Braden量表总分是成年住院患者发生压力性损伤的影响因素(P<0.05)。Braden量表预测成年住院患者发生压力性损伤的ROC曲线下面积(AUC)为0.95〔95%CI(0.94,0.95)〕,灵敏度和特异度分别为96%和83%,约登指数为0.79,对应的最佳界值为17.50分。Braden量表预测不同科室和年龄患者发生压力性损伤的AUC为0.78~0.97,灵敏度为83%~97%,特异度为61%~91%,约登指数为0.47~0.88,最佳界值为13.5~18.5分。摩擦和剪切力、移动能力和活动能力3个分量表预测成年住院患者压力性损伤发生危险的AUC分别为0.87、0.84、0.80,约登指数分别为0.56、0.56、0.54,最佳界值分别为1.50、2.50、1.50分。结论本次调研得出我国13个省/自治区、46所三级医院成年住院患者压力性损伤现患率为1.67%(1010/60555),医院获得性压力性损伤现患率为0.74%(448/60555)。Braden量表适用于我国三级医院住院患者预测压力性损伤发生危险,总分≤18分有更好的预测作用,其中摩擦和剪切力、移动能力和活动能力分量表的预测作用最大,在人员紧张或特殊环境下可采用此3个分量表预测压力性损伤危险,最佳界值的预测作用需在应用中进一步验证。

D-D、Fbg联合检测对关节置换术后下肢深静脉血栓的早期预测作用

目的 探讨D-二聚体(D-D)、纤维蛋白原(Fbg)联合检测对关节置换术后下肢深静脉血栓的早期预测作用。方法 对2019年1月至2021年12月收治的40例关节置换术患者临床资料进行回顾性分析,根据下肢彩超结果分为并发下肢深静脉血栓(DVT)组12例及未并发DVT组28例,另选同期于本院进行体检的健康者20例为对照组,所有受检者均行D-D、Fbg检测,对其检查结果进行分析,探讨D-D、Fbg对DVT的早期预测作用。结果 术前各组D-D、Fbg水平无显著差异(P>0.05),术后1d、3d时DVT组D-D、Fbg水平明显较未并发DVT组、对照组高,三组组间比较有显著差异(P<0.05);D-D、Fbg联合检测对DVT的敏感性、特异性、阳性/阴性预测值分别为90.52%、88.94%、82.46%、93.58%,明显较单项检测高(P<0.05)。结论 D-D、Fbg对关节置换术后发生DVT具有早期预测作用,两者联合检测利于提高对DVT的诊断效能,值得应用。

PCT、CRP、BNP对肺部感染并心衰再发肺部感染的预测作用

目的:探讨血清降钙素原(PCT)、C-反应蛋白(CRP)、脑钠肽(BNP)对肺部感染合并心衰患者再发肺部感染的预测作用。方法:以2019年1月至2022年1月广东省梅州市人民医院收治的符合研究要求的肺部感染合并心衰患者80例为研究对象,给予常规肺部感染及抗心衰治疗,在治疗前后检测空腹静脉血PCT、CRP、BNP水平,并随访1年,统计患者再发肺部感染情况。结果:80例肺部感染合并心衰患者中再发肺部感染率为45.0%。患者治疗后血清PCT、CRP、BNP水平较治疗前均降低(P<0.05),再发肺部感染的患者血清PCT、CRP、BNP水平均高于无再发肺部感染患者(P<0.05)。年龄、吸烟史、心功能分级、合并呼吸道疾病、侵入性操作均与肺部感染合并心衰患者再发肺部感染高度关联(P<0.05),血清PCT、CRP、BNP水平均可影响患者再发肺部感染(P<0.05)。血清PCT、CRP、BNP水平单独和联合检测均具有较好的预后预测效能。结论:血清PCT、CRP、BNP单独或联合检测对肺部感染合并心衰患者再发肺部感染具有良好的评估效果和预测效能。