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疾病模块、网络邻近度与药物重定位08 / 18

药物组合的网络构型

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药物组合可以提高疗效、降低单药剂量和毒性,但候选组合的数量随药物数平方增长,再乘上剂量组合,实验无法穷举。Cheng、Kovács 与 Barabási(2019,Nature Communications)把邻近度和分离度推广到“药物 A–药物 B–疾病 D”三者的相对位置。

三个量与六种构型

对每个药物–药物–疾病三元组,考察:

  • 两药靶点模块的分离度 sABs_{AB}:<0<0 表示两药靶点在网络上重叠,≥0\ge0 表示分离;
  • 每种药物与疾病模块的关系:靶点是否落在疾病模块内或其邻域(“暴露”于疾病模块)。

两药是否重叠 × 各自是否暴露,组合出六种拓扑上可区分的构型。按原文的思路,大意如下:

构型 两药靶点之间 与疾病模块的关系
重叠暴露(overlapping exposure) 重叠 两药都暴露,且三者重叠
互补暴露(complementary exposure) 分离 两药都暴露,各自命中模块的不同邻域
间接暴露(indirect exposure) 重叠 只有一药暴露,另一药通过与前者的重叠间接相关
单一暴露(single exposure) 分离 只有一药暴露
非暴露(non-exposure) 重叠 两药都不暴露
独立作用(independent action) 分离 两药都不暴露

主要发现

以已批准的高血压和癌症药物组合为参照,作者发现六种构型中只有互补暴露与治疗效果相关:两药靶点都命中疾病模块,但分别作用于模块的不同邻域。直观地说,两药各自“覆盖”疾病模块的一部分,合起来覆盖更多;两药靶点重叠时,第二种药物带来的增量有限,还可能叠加毒性。作者据此筛选并检验了新的降压药组合。

互补暴露(complementary exposure):两种药物的靶点模块在网络上彼此分离(sAB≥0s_{AB}\ge0),但都与疾病模块重叠或邻近。它是网络层面对“协同组合”的一个可检验的结构假设。

同样的构型思路也可用于推测不良反应:若两药靶点模块重叠、且共同邻近某个与目标疾病无关的生理模块,组合可能放大该模块受到的扰动(这是由框架引申出的假设,需要单独检验)。Zitnik 等(2018)的 Decagon 则直接在“蛋白–药物–副作用”多关系图上用图神经网络预测药物组合的副作用(见链路预测与知识图谱嵌入)。

构型分类依赖阈值(何为“重叠”“暴露”)、靶点数据的完整性和疾病模块的边界,原文结论是对已批准组合的统计关联,并不意味着每个互补暴露的组合都会协同。网络构型不含剂量、药代动力学和药物–药物相互作用的信息。代码示例构造了三种组合,演示如何计算 sABs_{AB} 与两药的邻近度 zz 并据此归类,阈值仅作演示。