基于网络可控性的靶点识别
邻近度、分离度和网络传播都把相互作用组当作无向网络,只问“药物靶点离疾病模块多近”。基于网络可控性的研究从另一个角度切入:在有向的调控或信号网络中,借助结构可控性与最大匹配,问“哪些节点在维持网络当前状态的信号传递中不可绕开”。方法细节见网络可控性与稳定性中的“驱动节点的枚举、分类与自适应控制”一节,这里只说明它与网络医学的衔接。
控制枢纽与癌症维持基因
一个网络的最大匹配把它分解为若干条控制路径,节点在路径中可能是头(驱动节点)、尾或中间节点;控制方案不唯一,节点角色随方案变化。控制枢纽(control hub,即控制核心点)是在所有控制方案中都位于路径中间的节点,可在不枚举全部方案的情况下用多项式算法找出。
Zhang 等(2023,iScience;精读见 Zhang 2023)把癌症基因调控网络中的控制枢纽定义为癌症维持基因(cancer-keeper genes, CKG)。在以膀胱癌驱动基因和高频突变基因为种子、从五个通路数据库构建的 7,030 个基因、103,360 条有向边的网络中,CKG 只有 660 个(9.4%),远少于驱动节点;CKG 在必需性、药物靶点等数据集中富集,并在细胞和小鼠实验中检验了部分候选,结果有正有负。
全网可控性与 COVID-19 药物重定位
Wei 等(2023,Biology Direct)在人类 PPI(HuRI-Union)、SARS-CoV-2–宿主相互作用(Gordon 等 2020)和 DrugBank 药物–靶点构成的三层网络中找出 1,256 个控制枢纽,再以“距病毒蛋白 步以内”的社区筛选。 时控制枢纽最富集,其中 65 个是已知药物靶点,对应 185 种已有药物。
与邻近度方法的异同
| 网络邻近度 | 控制枢纽 | |
|---|---|---|
| 网络 | 无向相互作用组 | 有向调控/信号网络 |
| 问题 | 靶点是否特异地靠近疾病模块 | 节点是否在所有控制方案中都传递信号 |
| 零模型 | 度匹配随机靶点 | 随机节点集合、其他中心性方法 |
| 与疾病的联系 | 直接以疾病基因为参照 | 网络由疾病相关种子构建,或以病毒蛋白邻域筛选 |
两类方法可以互补:控制枢纽提供了不依赖距离的“结构必要性”标准,而邻近度提供了与特定疾病模块的定位关系。
阅读这类结果时同样要区分证据层次。Wei 等(2023)的结论来自计算分析与已发表文献的支持,没有新的药效实验;在 2 步社区中,65 个可成药控制枢纽相对随机基线的药物靶点富集 、,未达到常用显著性水平,但优于驱动节点法。Zhang 等(2023)中的生存分析是相关性结果,实验检验也并非全部阳性。