[发明专利]一种解析大黄酸对肾间质纤维化疗效的定量网络药理学模型构建方法

权利要求书

1.一种解析大黄酸对肾间质纤维化作用效果的定量网络药理学模型构建方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1、构建小管上皮细胞和成纤维细胞的细胞内分子信号通路网络，构建包括小管上皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞的多尺度分子网络；

S2、根据步骤S1中得到的所述多尺度分子网络，通过质量守恒定律、米氏方程和希尔方程构建ODE方程，进行分子尺度的网络模型模拟；

S3、细胞和组织尺度模型的模拟：该模拟基于ABM规则实现，通过设置主体的细胞特异性规则来模拟细胞与细胞之间的交互，细胞行为的动力学模拟过程为：首先一个细胞感知到周围环境中的刺激，继而将刺激信号传递到细胞内分子网络并调整细胞行为，

其次由系统计算出相应细胞行为对应的概率P再生成一个随机数r∈(0,1)，若r≤P，则发生相应的细胞行为，

在组织水平上，当细胞外基质的浓度达到阈值，则产生瘢痕；

S4、细胞外尺度模型的模拟：基于PDE方程模拟细胞外环境中的分子随时间的浓度变化；

S5、利用步骤S2中得到的多尺度分子网络模型模拟肾间质的病理进程，该模型通过迭代算法运行，细胞行为和组织形态由ABM规则控制，最终得到与疾病进程相关的输出值；

S6、大黄酸干预模型：修改ODE方程以模拟大黄酸的抑制作用，并描述大黄酸干预后的蛋白磷酸化速率，再分别模拟大黄酸不同浓度、作用于单靶点/双靶点及不同病理阶段的干预；

S7、模型的实现：模型模拟的环境为1mm×1mm的二维肾皮质部分，并且该部分被分成了50×50的四方格点，即每一个格点的大小为20μm×20μm，约为1个细胞的大小，所述模拟过程基于Matlab编程语言实现。

2.根据权利要求1所述的解析大黄酸对肾间质纤维化作用效果的定量网络药理学模型构建方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：

S1-1:根据肾间质纤维化分子机制和信号通路总结肾间质纤维化分子通路，再结合KEGG数据库构建分子信号通路网络；

S1-2：简化分子信号通路网络：保留并根据质量守恒原则简化TGF-β/Smad信号通路、MAPK信号通路以及NF-κB信号通路，保留并精简大黄酸作用靶点蛋白p38 MAPK蛋白和JNK蛋白再收敛作用于一个中心蛋白的信号级联通路，保留通路中的肾纤维化指标性蛋白；

S1-3：构建包括小管上皮细胞、巨噬细胞、成纤维细胞和肌成纤维细胞的多尺度分子网络。

3.根据权利要求2所述的解析大黄酸对肾间质纤维化作用效果的定量网络药理学模型构建方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：

S2-1:受体与配体之间的结合和解离过程为：受体浓度随时间的变化为：

其中，[L]表示配体、[R]表示受体[L·R]表示配体-受体复合物的浓度；参数k_on是结合速率常数，k_diss是解离速率常数；

S2-2：磷酸化过程为：该过程由米氏方程描述，细胞质激酶蛋白的磷酸化速率为：

其中，[K_c]和[pK_c]分别表示细胞质中的激酶蛋白浓度和磷酸化后的激酶蛋白浓度；[P]是该激酶蛋白的上游蛋白的浓度，参数k是米氏方程的速率常数，J是米氏常数；参数V_dep和J_dep分别表示去磷酸化的最大速率和米氏常数；

S2-3：细胞质中的蛋白入核过程为：这一过程由质量作用定律进行模拟，细胞核内蛋白的动态变化为：

其中，[K_n]表示细胞核内激酶蛋白的浓度，[K_c]表示细胞质中激酶蛋白的浓度，k_im是激酶蛋白转移入核的速率常数；

S2-4：由希尔方程模拟调节蛋白调控下的基因表达过程：[T]→[L]，表达产物的生成速率为：其中[T]表示调节蛋白的浓度，[L]是表达产物的浓度，k_exp表示速率常数，J_exp表示米氏方程，h表示希尔系数。