孫曉晶

[摘要] 在醫(yī)藥探究中每一個步驟和環(huán)節(jié)都會涉及到化學(xué)生物學(xué)方面的知識，所以對化學(xué)生物信息學(xué)方法在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用進行分析，對提高醫(yī)藥研究水平具有一定的現(xiàn)實意義。該文分析了化學(xué)生物信息學(xué)以及主要研究內(nèi)容，藥物信息提取的幾種形式并展望了化學(xué)生物信息學(xué)科方法在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞] 化學(xué)生物信息學(xué);醫(yī)藥研究;應(yīng)用

[中圖分類號] R9 [文獻標識碼] A [文章編號] 1672-5654（2018）08（c）-0115-02

化學(xué)生物信息學(xué)在藥物研究中的應(yīng)用是非常廣泛的，尤其是在新藥研究中具有非?？傄膽?yīng)用價值?；瘜W(xué)生物信息學(xué)方法的應(yīng)用，能夠利用藥物-靶點之間相互作用的關(guān)系構(gòu)建模型或者進行預(yù)測研究，以此來發(fā)現(xiàn)新的要用靶點，然后對藥物的不良反應(yīng)進行預(yù)測，進而對藥物的安全性進行評價。另外，通過化學(xué)生物信息學(xué)方法的應(yīng)用，有利于人們對與藥物相關(guān)的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)性的了解。同時，化學(xué)生物信息學(xué)方法的應(yīng)用也是能夠為人們正確選擇藥物研究方向提供科學(xué)的依據(jù)，從而創(chuàng)造出更有價值的藥品。

1? 化學(xué)生物信息學(xué)以及其主要的研究內(nèi)容

1.1? 化學(xué)生物信息學(xué)的應(yīng)用意義

研究表明化學(xué)生物信息學(xué)在藥物研究方面具有重要的作用，其已經(jīng)成為了新藥研究的一個主要方向。在藥物研究中，化學(xué)生物信息學(xué)方法的應(yīng)用是非常廣泛的。在一種藥品的研究中，從發(fā)現(xiàn)到臨床結(jié)束需要耗費大量的時間、精力和財力，所以在此過程中應(yīng)用化學(xué)生物信息學(xué)能夠推動新藥研究的速度，降低新藥研究成本等?；瘜W(xué)生物信息學(xué)的應(yīng)用有利于對新藥的靶點、方法進行探究，同時通過與之相關(guān)的多學(xué)科的交叉應(yīng)用能夠提高新藥的研究質(zhì)量，加速新藥的研發(fā)周期等。隨著科學(xué)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，人類基因組織計劃不斷完成，在醫(yī)藥研究方面所需的化學(xué)數(shù)據(jù)、生物數(shù)據(jù)以及臨床數(shù)據(jù)等都可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行獲取，這也為化學(xué)生物信息學(xué)的研究提供了非常有利的保障。另外，化學(xué)生物信息學(xué)的應(yīng)用能夠為藥物研究提供新的方法，也能夠更加直觀地進行藥物進行的獲取，比如在此方法的應(yīng)用中，可以利用藥物-靶點之間相互作用的關(guān)系進行藥物新靶點的發(fā)現(xiàn)，然后對藥物在應(yīng)用中的副作用進行預(yù)測，以此來提高藥物研究的安全性。在藥物研究過程中還可以通過對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的探究治療某些特定的疾病。

1.2? 化學(xué)生物信息學(xué)的研究內(nèi)容

①基于化學(xué)信息學(xué)的應(yīng)用，分為高通量虛擬篩選數(shù)據(jù)分析、特定靶點的藥物設(shè)計。在此內(nèi)容的研究中面臨著很多的問題，傳統(tǒng)的解決發(fā)方法已經(jīng)無法滿足當前的應(yīng)用需要了。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以此為基礎(chǔ)的化學(xué)信息學(xué)新的方法逐漸被開發(fā)出來，主要被應(yīng)用到了復(fù)雜性高通量虛擬篩選數(shù)據(jù)的應(yīng)用當中，為此提供了新的方法論，對新要藥研究提供了重要的促進作用。特定靶點的藥物設(shè)計。此項內(nèi)容需要利用高精度的預(yù)測模型從化合物數(shù)據(jù)庫中進行藥物先導(dǎo)物的搜索，然后對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。所以在此研究中需要應(yīng)用到高精度的機器學(xué)習(xí)算法進行特定靶點的藥物設(shè)計。②基于生物信息學(xué)的應(yīng)用。生物信息學(xué)主要是研究核酸、蛋白質(zhì)等生物分子的，在研究過程中能夠?qū)ι锓肿拥慕Y(jié)構(gòu)、序列、功能以及相互作用關(guān)系進行探究，并對生物的起源進行追溯，以此來分析生命現(xiàn)象，這就為生命的認知以及疾病研究提供了重要的參考依據(jù)。在具體的研究過程中，應(yīng)用生物信息學(xué)能夠?qū)Φ鞍装袠说慕Y(jié)構(gòu)功能進行研究，這樣就可以對藥物與蛋白質(zhì)之間的作用關(guān)系進行分析，從而加速基于靶標配體藥物研究的發(fā)展。③基于化學(xué)基因組學(xué)的應(yīng)用。此部分內(nèi)容主要是從藥物分子的角度對藥物進行研究的，其側(cè)重點在于與藥物結(jié)合的大分子物質(zhì)方面的探究。其最主要的目的是將化學(xué)空間和生物空間進行整合，也就是對生物靶點進行整合，這樣靶點所對應(yīng)的藥物小分子以及它們的生物功能就可以集中到一個知識處理平臺上，這樣就可以利用可視化的手段對這些信息進行對比分析，據(jù)此鑒別出具有藥理作用的新型的藥物前體。最后，在臨床藥物研發(fā)中的應(yīng)用。此部分內(nèi)容主要包括藥物基因數(shù)據(jù)的分析、代謝組學(xué)以及蛋白質(zhì)組學(xué)的分析。在此分析過程中代謝物以及蛋白質(zhì)定性定量分析是難點問題，所以怎樣進行最優(yōu)參數(shù)組合的獲取是制藥分析的關(guān)鍵。

2? 藥物信息提取的幾種形式

2.1? 分子水平形式的藥物信息提取

在此方面的研究中主要是從化學(xué)物質(zhì)出發(fā)，將影響藥物活性的主要構(gòu)成因素藥物和靶標蛋白分子結(jié)構(gòu)進行分析，然后基于此為主要帶你對各種藥物的研究方法進行擴展，具體可以分為基于藥物結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系的研究以及基于分子對接技術(shù)的研究。①主要是利用數(shù)學(xué)模型進行藥物分子結(jié)構(gòu)和活性參數(shù)之間的數(shù)學(xué)變量關(guān)系進行分析，然后對藥物分子的活性結(jié)構(gòu)進行探究，之后再找到其中重要的結(jié)構(gòu)因素，以此來對其活性進行具體的預(yù)測。②分子對接技術(shù)是運用分子方法對藥物和靶點蛋白質(zhì)之間的關(guān)系進行模擬，然后對其相互作用強度的大小進行排序。此種技術(shù)主要是對單個藥物分子和單個靶點蛋白質(zhì)之間的關(guān)系進行研究，然后構(gòu)建三維結(jié)構(gòu)信息，這需要消耗大量的時間，但取得的最終結(jié)果卻是很令人滿意的。

2.2? 細胞水平形式的藥物信息提取

藥物在人體中的作用可以看成是對人體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一種擾動，然后使其向正常甚至更加良好的生理狀態(tài)進行發(fā)展。細胞水平形式的藥物信息提取能夠加深對藥物作用機制的理解，也能夠?qū)Ψ肿咏Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的現(xiàn)象進行解釋。這種形式的信息提取主要是利用藥物在不同尺度下呈現(xiàn)出的譜化在特定人體研究系統(tǒng)下的干擾行為進行表示。同時據(jù)此也能夠?qū)⑺幬锖桶袠说鞍字g的作用關(guān)系進行譜化，以此來對藥物的不良反應(yīng)進行研究。

2.3? 組織水平形式的藥物信息提取

對藥物信息進行提取在層級上是不斷提高的，比如在實驗以及臨床過程中都會對藥物療效和副作用數(shù)據(jù)進行理解和分析，這些數(shù)據(jù)可以在組織甚至更高層級上對藥物行為進行反饋。這些數(shù)據(jù)能夠為藥物研究提供重要依據(jù)，也能夠?qū)λ幬锏陌袠诉M行預(yù)測，從而對藥物的研究成效進行評價。

3? 化學(xué)生物信息學(xué)新型方法在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用

3.1? 在模型特征分布基礎(chǔ)上對奇異樣本進行診斷和特征選擇的方法

此種方法主要是通過對探究樣板中的模型誤差的分布情況進行預(yù)測，然后對其數(shù)據(jù)特征進行統(tǒng)計，這樣能夠?qū)φ颖竞推娈悩颖具M行區(qū)分。為此發(fā)展出了一種適用于奇異樣本診斷的蒙特卡洛方法。此種方法主要是對數(shù)據(jù)中不同類型的樣本進行診斷，這樣能夠降低掩蔽效應(yīng)所帶來的不利影響。同時通過奇異樣本之間的比較診斷能夠突出此種方法的優(yōu)越性。樣本空間與特征空間之間具有相互作用的關(guān)系，所以在具體的研究過程中可以構(gòu)建起一個統(tǒng)一的框架，以此來對奇異樣本進行診斷，并對變量進行選擇。此種方法在應(yīng)用過程中主要是利用模型系數(shù)的分布情況進行變量的選擇，然后再結(jié)合樣本預(yù)測的誤差情況對奇異樣本進行診斷，然后利用后項消除策略對樣本空間和變量控空間之間的相互作用關(guān)系進行分析。同時此種方法在模擬數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用對提高其性能具有重要作用。

3.2? 基于核方法和核融合研究提出的新方法

①基于SMILES表征的字符串核支持向量機算法。此方法主要是利用與其他核函數(shù)的描述內(nèi)容進行必然，以此來提高此方法的性能。這種方法在具體的應(yīng)用過程中比較簡單，不需要對分子描述符進行計算。②兩步算法。此種算法主要被應(yīng)用在核空間內(nèi)冗余特征問題的解決上。首先要對核空間內(nèi)進行噪處理，然互利用線性支持向量機在此空間內(nèi)展開研究。

3.3? 決策樹以及基于決策樹集成算法提出的新方法

自適隨機森林算法，此種方法與原始算法相比具有更高的預(yù)測性能。此種方法在應(yīng)用中主要是通過決策樹的自動逐步特征對樣本的復(fù)雜程度進行降低，然后將其與蒙特卡洛樣本方法進行結(jié)合，發(fā)展出一種蒙特卡洛樹算法，主要被用于代謝組數(shù)據(jù)模式信息的分析當中。這種算法被應(yīng)用到了兩個代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的分析當中，并以此獲取代謝組學(xué)數(shù)據(jù)的清晰模式。

3.4? 在化學(xué)基因組學(xué)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了基因標度地預(yù)測藥物-靶點相互作用網(wǎng)絡(luò)的方法

此種方法主要是通過藥物-靶點對的結(jié)合常數(shù)，然后對藥物-靶點集的正樣本與負樣本進行區(qū)分。此種方法主要是藥物-靶點之間的作用關(guān)系進行表示，也就是一個藥物-靶點對可以利用藥物描述和蛋白質(zhì)描述進行表示。在此研究中隨機森林模型被用來進行最后預(yù)測模型的構(gòu)建，經(jīng)過對其構(gòu)建結(jié)果的分析可以看出在研究中發(fā)展起來的化學(xué)基因組學(xué)框架是非常合理的。同時，通過對未知的藥物-靶點對的網(wǎng)絡(luò)分析，能夠?qū)λ幬镌谂R床上應(yīng)用的藥理特征進行顯示，也可以說此種方法能夠?qū)λ幬?靶點的研究行為提供科學(xué)的依據(jù)。

4? 結(jié)語

綜上所述，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學(xué)的進步，藥物信息技術(shù)也在不斷的發(fā)展過程中，其發(fā)展進程對新藥的發(fā)現(xiàn)與研制帶來了革命性質(zhì)的改變，其研究成果對醫(yī)藥研究以及社會的發(fā)展帶來了重大的促進作用。健康醫(yī)療產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為了發(fā)達國家的支出性產(chǎn)業(yè)，伴隨著我國經(jīng)濟步伐的不斷前進，醫(yī)療產(chǎn)業(yè)也將為我國的經(jīng)濟和社會建設(shè)作出巨大的貢獻。但當前我國醫(yī)療衛(wèi)生保障水平較低，在新藥研發(fā)期間提高研發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，減少研發(fā)費用，降低研發(fā)風(fēng)險等一直是藥物研究人員的追求?；瘜W(xué)生物信息學(xué)在藥物研究方面具有重大的作用，對其在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用進行分析，對提高我國醫(yī)藥研究效率，促進我國醫(yī)藥研究水平的提升具有重要意義。

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（收稿日期：2018-05-28）