一种利用跨物种相似性的元分析方法

摘要

本发明涉及一种利用跨物种相似性的元分析方法。首次开发出一种基于跨物种基因模块相似性比较的方法，通过该方法，仅需比较待测药物刺激作用下的转录组芯片数据就可以推断出该待测药物的功能，作用机制等。该方法在药物作用机制，疾病机理研究中有巨大的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于生物信息学领域；更具体地，本发明涉及一种利用跨物种相似性的元分析方法。 

背景技术

动物模型在药物研究中具有不可替代的作用。利用传统的实验方法在动物模型中筛选数千种药物需要耗费大量的人力，物力以及时间。生物信息学，计算生物学的发展为药物的研究提供了一个崭新的思路，并且在成本时间上和传统的方法相比，具有很大的优势。 

动物模型在疾病研究及药物研发中很重要的一个原因是人疾病样本相对而言要难获得的多，特别是当需要建立一个疾病样本的时间序列来进行分析时，人的疾病样本就显得更为稀少，而这个困难在动物模型中可以很好的解决。但是，利用传统的研究手段要想在动物模型上检验数千种药物的活性或者毒性需要大量的工作。 

计算生物学的发展为药物的研究提供了一个崭新的思路，能够低成本高通量的对药物进行筛选。该领域一个代表性的工作就是Lamb(Lamb J，et al.(2006)The Connectivity Map：using gene-expression signatures to connect small molecules，genes，and disease.(Translated from eng)Science 313(5795)：1929-1935)等人收集了用146个具有生物活性的小分子处理的培养人类细胞的基因表达谱，这些小分子包括抗癌药物，雌激素，抗生素等。作者引出相似性比较的思想试图建立药物间、疾病间、药物与疾病间的“联系图(connectivity map)”。许多研究者还利用“联系图”来寻找药物的副作用，药物靶点等。例如，本领域人员通过比较糖皮质激素敏感与非敏感的淋巴白血病细胞表达谱芯片数据，成功预测并证明了Rapamycin能够诱导淋巴对于糖皮质激素的敏感性。通过同样的方法还发现了新的HSP90抑制剂，因为该抑制剂与已有的抑制剂celastrol和gedunin有很好的相似性，实验的结果也证明了该点。本领域人员还利用从PredTox(http://www.innomed-predtox.com)上获得的250个基因表达谱数据作为 参考数据库，用化合物griseofulvin作为查询，在参考数据库发现了5种与其有相似毒性的化合物。 

尽管“联系图”取得了很大的成功，但是它也有很大的局限性。其中一点就是“联系图”数据集中仅含有人的基因表达谱数据，且只能使用人的芯片数据来与之进行比较。为了能够使用其他物种的表达谱芯片来进行相似性比较，必须要使用同物种的数据集，这一点是不现实的。另外一点限制了“联系图”的大规模应用在于它所采用的算法方面，“联系图”首先需要挑选出能代表细胞所处状态的基因。这些代表性的基因的不稳定性会导致结果的不稳定性。 

动物模型在多种人类相关疾病的研究中都有应用，特别是当涉及到道德原因人类的样本很难获得的情况。另外，动物模型的花费也要小的多。在阿尔茨海默症、癌症、新药开发等领域，动物模型都得到了很好的应用。研究已证实动物模型能够预测71％的药物在人体中的毒性。另一方面，疾病状态下人_ENREF_5各组织中的细胞很难获得，因此经常会用细胞模型来替代，但是体外(细胞水平)与体内真实的生理情况并不一致，而这个矛盾在用动物模型时则并不存在。 

因此，怎样将动物模型与已有数据资料有效整合，快速地、良好地应用于分析药物对人体疾病的有效性是一个亟需研究和完善的课题。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用跨物种相似性的元分析方法。 

在本发明的第一方面，提供一种跨物种分析待测药物的潜在作用的方法，包括： 

(1)获得测试组以及对照组的基因表达谱；该测试组是待测药物处理后的动物疾病模型；该对照组是未以待测药物处理的动物疾病模型； 

(2)将(1)的动物疾病模型的基因表达谱中的基因同源转换成人的同源基因，从而动物疾病模型的基因表达谱中的基因被转换成人的同源基因，获得相应的人同源基因及表达量； 

(3)将测试组与对照组人同源基因的表达量进行比较，去除测试组中表达差异不显著(统计学上差异不显著)的部分；对测试组中表达差异显著(统计学上差异显著)的人同源基因进行基因本体模块的富集分析(聚类分析)，获得差异显著的基因本体模块； 

(4)从参考数据库中收集该种疾病相关的经各种已知药物处理前后的表达谱，针对每一已知药物处理前后的表达谱，收集处理前后表达差异显著的基因进行基因本体模块的富集分析；从而，针对每一已知药物，获得一组差异显著的基因本体模块； 

(5)将(3)获得的基因本体模块与(4)获得的每一组基因本体模块进行相似性比较，根据相似性基因模块的数量对参考数据库中相应的已知药物(如小分子化合物)进行排名，相似性基因模块数量越多则越相关，确定最相关的若干个药物，它们是与待测药物功能最接近的已知药物，从而得知待测药物的潜在作用。 

在本发明的另一方面，提供一种分析对疾病动物模型有效或有致病性(或副作用)的潜在药物的方法，该方法包括： 

(1)获得测试组以及对照组的基因表达谱；该测试组是疾病状态下的动物模型；该对照组是健康状态下的动物模型； 

(2)将(1)的动物疾病模型的基因表达谱中的基因同源转换成人的同源基因，从而动物模型的基因表达谱中的基因被转换成人的同源基因，获得相应的人同源基因及表达量； 

(3)将测试组与对照组人同源基因的表达量进行比较，去除测试组中表达差异不显著(统计学上差异不显著)的部分；对测试组中表达差异显著(统计学上差异显著)的人同源基因进行基因本体模块的富集分析(聚类分析)，获得差异显著的基因本体模块； 

(4)从参考数据库中收集该种疾病相关的经各种已知药物处理前后的表达谱，针对每一已知药物处理前后的表达谱，收集处理前后表达差异显著的基因进行基因本体模块的富集分析；从而，针对每一已知药物，获得一组差异显著的基因本体模块； 

(5)将(3)获得的基因本体模块与(4)获得的每一组基因本体模块进行相似性比较，根据相似性基因模块的数量对参考数据库中相应的已知药物(如小分子化合物)进行排名，相似性基因模块数量越多则越相关； 

(6)确定最相关的若干个药物，它们是对疾病动物模型有致病性(或副作用)的潜在药物；确定最不相关的若干个药物，它们是对该疾病有效的潜在药物。 

在另一优选例中，(4)中，所述的参考数据库主要来源于Connectivity Map(cMap)，其记载了各种药物-疾病间联系，以及药物处理前后的表达谱。 

在另一优选例中，所述的待测药物是化合物(如小分子化合物)。 

在另一优选例中，(2)中，通过Roundup同源基因数据库进行同源转换。 

在另一优选例中，3)中，设置差异表达的阈值，若低于该阈值表明差异不显著，而高于该阈值表明差异显著。 

在另一优选例中，该差异表达的阈值是2倍差异(即：P值小于0.01)表达。 

在另一优选例中，(3)中，利用超几何检验的方法对挑选出的差异显著的人同源基因进行基因本体模块的富集分析。 

在另一优选例中，(5)中，采用Kolmogorov-smirnov算法计算基因本体模块的相似性。 

在另一优选例中，所述的动物选自(但不限于)：鼠、兔、猴、牛、羊。 

在另一优选例中，所述方法还用于： 

富集功能相同或相似的药物；或 

评估动物疾病模型是否能够很好地模拟人疾病。 

本发明的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。 

附图说明

图1、OGMES2流程图。 

图2、对照组和试验组的表达谱的处理流程示意图。 

具体实施方式

本发明人经过广泛的研究，首次开发出一种基于跨物种基因模块相似性比较的方法，通过该方法，仅需比较待测药物刺激作用下的转录组芯片数据就可以推断出该待测药物的功能，作用机制等。该方法在药物作用机制，疾病机理研究中有巨大的应用价值。 

为了解决“联系图”(connectivity map)的局限性，并且充分利用动物疾病模型的数据，使它们在药物重新利用，药物功能研究以及疾病研究中发挥更好的作用，本发明人开发了一种新的方法，包括：(1)获得测试组以及对照组的基因表达谱；该测试组是待测药物处理后的动物疾病模型；该对照组是未以待测药物处理的动物疾病模型；(2)将(1)的动物疾病模型的基因表达谱中的基因 同源转换成人的同源基因，从而动物模型的基因表达谱中的基因被转换成人的同源基因，获得相应的人同源基因及表达量；(3)将测试组与对照组人同源基因的表达量进行比较，去除测试组中表达差异不显著(统计学上差异不显著)的部分；对测试组中表达差异显著(统计学上差异显著)的人同源基因进行基因本体模块的富集分析(聚类分析)，获得差异显著的基因本体模块；(4)从参考数据库中收集该种疾病相关的经各种已知药物处理前后的表达谱，针对每一已知药物处理前后的表达谱，收集处理前后表达差异显著的基因进行基因本体模块的富集分析；从而，针对每一已知药物，获得一组差异显著的基因本体模块；(5)将(3)获得的基因本体模块与(4)获得的每一组基因本体模块进行相似性比较，根据相似性基因模块的数量对参考数据库中相应的已知药物(如小分子化合物)进行排名，相似性基因模块数量越多则越相关，确定最相关的若干个药物，它们是与待测药物功能最接近的已知药物，从而得知待测药物的潜在作用。 

此外，本发明的方法也可用于针对疾病动物模型来筛选治疗药物或导致副作用的潜在药物。只要在上述第(1)步种，获得测试组以及对照组的基因表达谱；该测试组是疾病状态下的动物模型；该对照组是健康状态下的动物模型；而在上述第(5)步的最后，确定最相关的若干个药物，它们是对疾病动物模型有致病性(或副作用)的潜在药物；确定最不相关的若干个药物，它们是对该疾病有效的潜在药物。 

优选地，所述的试验组和对照组动物模型中，除了在待测药物处理和未处理上存在区别以外，其它方面如动物喂养方式、动物年龄等均是相同的，这样有利于获得的比较结果的客观、正确性。 

基因表达谱(Gene Expression Profile)是指通过构建处于某一特定状态下的细胞或组织的非偏性cDNA文库，大规模cDNA测序，收集cDNA序列片段、定性、定量分析其mRNA群体组成，从而描绘该特定细胞或组织在特定状态下的基因表达种类和丰度信息，这样编制成的数据表就称为基因表达谱。基因表达谱的制备以及基因表达谱数据之间的比较是本领域技术人员熟知的技术，目前现有技术中也已经有测试基因表达谱的仪器，以及用于基因表达谱之间比较的仪器、程序或软件。 

将动物模型的基因与人的基因数据库进行比较，从而找到其同源基因，这是本领域人员熟知的技术。本领域人员很清楚，基因表达谱的基本信息中，包括了基因ID信息、以及其丰度(表达量)信息。因此，本发明中所述的“将动物 模型的基因表达谱与人的相关基因表达谱参考数据集进行比较”，实质上是基于动物模型的基因ID信息，找到人中相应的同源基因的ID信息，从而将该人的基因ID信息与动物模型中测得的基因表达谱中的丰度(表达量)信息建立关联(即“获得相应的人同源基因及表达量”)。 

在药物处理或不处理的情况下，表达差异不显著的那些基因，通常是无关基因，药物对其表达方式没有改变。因此，测试组数据需要与对照组数据进行比较，从而去除表达差异不显著的那些基因信息。 

基因本体模块以及基因本体模块的聚类分析是本领域熟知的技术，并且已经有成熟的统计分析方法，如超几何检验的方法。 

基因本体模块的相似性分析也是本领域熟知的技术，并且已经有成熟的统计分析方法，如采用Kolmogorov-smirnov算法或与其类似的方法。 

所述的参考数据库主要来源于“联系图”(Connectivity Map，cMap)。这是本领域人员在先已经建立的一个数据库。其中收集了多于1300种小分子化合物的表达谱芯片数据。 

本发明的方法的一个主要特点在于将“联系图”中可利用的数据拓展到除人以外其他的物种中去，另外，该方法还可以用来评估动物模型是否能够很好的模拟人疾病的真实情况。为了能够实现不同物种间的比较，本发明的方法利用Roundup(Deluca TF，et al.(2006)Roundup：a multi-genome repository of orthologs and evolutionary distances.(Translated from eng)Bioinformatics 22(16)：2044-2046)数据中的同源基因信息将其他物种的基因转换成人的基因。 

尽管现有技术中的“联系图”在许多方面证明了其有效性，但是还没有研究证实其在跨物种的表达谱相似性比较中的有效性。而本发明在这方面进行了改进，建立了一个基于“联系图”的跨物种相似性比较分析的平台；并证明本发明人的平台的可行性。 

通过测试一些已知的表达谱数据，证明了本发明的方法可以利用跨物种、跨平台的表达谱数据进行相似性比较，并且在预测药物未知功能及一些可能的临床应用方面有着一定的价值。 

可基于本发明提供的方法，建立界面友好的网络查询、分析系统，从而方便人们使用和分析。 

本发明的主要优点在于： 

(1)本发明将目前的基于相似性比较的方法应用到不同的动物模型中，并证明了相似性比较的方法在跨物种平台的比较中的可行性，并且该方法在疾病机理研究中有巨大的应用价值。 

(2)之前的研究都是基于同一物种之间的比较，跨物种间的比较还是第一次.因此本发明的方法克服了人们的技术偏见。 

(3)通过本发明的平台，成功地为阿尔茨海默症、缺氧等疾病找到合适的治疗性药物，并且在药物作用机制方面给予了阐释。 

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。 

实施例1、分析方法和流程 

本发明人开发了基于同源基因模块相似比较的方法来建立小分子化合物与动物疾病模型间的联系。 

以小鼠癌症疾病模型为例，给予待测小分子化合物后，分别获得试验组和对照组小鼠的基因表达谱数据(数据由基因ID和表达值组成)，将小鼠的基因ID转换成人的基因ID(同源基因转换)；然后将试验组与对照组人同源基因的表达量进行比较，去除测试组中表达差异在统计学上不显著的部分；保留测试组中表达差异在统计学上显著的人同源基因；然后将这些转换之后的基因信息富集到相应的基因本体模块上。通过基因本体模块间的比较来比较待测小分子化合物与动物疾病的相关性。具体的流程如图1。本发明人将该方法称为OGEMS2。 

试验组(测试组)：给予待测小分子化合物刺激的小鼠模型； 

对照组：不给予待测小分子化合物刺激，喂养等其它方面同试验组的小鼠模型。 

或者， 

试验组：小鼠疾病模型； 

对照组：正常(非疾病)小鼠。 

数据来源 

本发明人从联系图(connectivity map)上获得已知小分子刺激下人的癌症相关细胞的表达谱芯片数据集，作为参考数据库；下载地址：http://www.broda.mit.edu/cmap/，得到关于已知小分子刺激下人的癌症相关细胞的基因表达谱芯片数据；经处理后作为参考数据库。处理流程为：针对每一已知小分子处理前后的表达谱，收集处理前后表达差异显著的基因进行基因本体模块的富集分析；针对每一已知药物，获得一组差异显著的基因(根据基因表达变化倍数值，对基因进行排名，获得基因表达变化值的排名，如图2)。 

同源基因转换 

给定小鼠的基因ID，通过Roundup数据库(http://round.hms.harvard.edu/site/index.php)将同源信息转换成人的基因。Roundup是一个同源基因的数据库。根据RSD(Reciprocal Smallest Distance)(Wall DP，Fraser HB，& Hirsh AE(2003)；Detecting putative orthologs.(Translated from eng)Bioinformatics 19(13)：1710-1711)算法来计算同源的距离。 

GEMS2 

同源转换处理后，通过比较刺激作用细胞的基因表达谱数据(试验组)与非刺激下的表达谱数据(对照组)，挑选出差异表达的基因(默认采用2倍的fold作为差异表达的阈值)。然后利用超几何检验的方法对这些基因进行基因本体(Gene ontology)富集分析，选取与对照组相比p值小于0.01的基因本体模块(GO模块；GOM)。基于选中的GO模块，计算查询数据与参考数据库中相关疾病经小分子药物刺激后获得的表达谱中每个基因本体模块的相似情况。采用kolmogorov-smirnov算法来计算相似性(Lamb J，et al.(2006)The Connectivity Map：using gene-expression signatures to connect small molecules，genes，and disease.(Translated from eng)Science 313(5795)：1929-1935)。与文章中不同的地方在于，Lamb等将相似性比较应用在整个表达谱数据上，而本发明则集中在每个基因模块上。输出的结果是一个相似性的矩阵，每列代表着参考数据库中的每个药物，而每行则表示特征基因模块。矩阵数据框中的数值则表示了参考数据库中化合物与查询数据每个基因模块相似性的大小。 

结果中将包含最相关的(包括正相关和副相关)10个已知小分子药物，并且在结果中列出它们最相关的的基因本体模块(GO模块)，该模块是正相关还是副 相关，都将在结果中显示。 

结果分析 

根据相似性基因模块的数量对参考数据库中的小分子化合物进行排名，一般选取排名前10的化合物来进行进一步分析。 

当试验组为给予待测小分子化合物刺激的小鼠模型，对照组为不给予待测小分子化合物刺激时，确定最相关的10个已知化合物，它们是与待测药物功能最接近的已知药物，从而得知待测药物的潜在作用。 

当试验组为小鼠疾病模型，对照组为正常(非疾病)小鼠时，确定最相关的10个已知化合物，它们是对疾病动物模型有致病性(或副作用)的潜在药物；确定最不相关(副相关)的10个已知化合物，它们是对该疾病有效的潜在药物。 

实施例2、寻找具有相似功能的化合物 

首先，本发明人验证了所述的跨物种分析方法能够寻找出具有相似功能的小分子。 

从GEO(GDS：3002，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds？term＝gds3002)上下载得到了7张TSA(一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂；Trichostatin A)刺激作用下的小鼠成骨细胞(MC3T3-E1)的基因表达谱数据，7张数据包括3个TSA刺激下的重复数据及4个对照组，具体数据如下： 

试验组 

GSM234802(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234802)：TSA Treated Rep 1； 

GSM234803(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234803)：TSA Treated Rep 2； 

GSM234804(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234804)：TSA Treated Rep 3。 

对照组 

GSM234794(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234794)：DMSO Treated Control 1； 

GSM234795(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234795)：DMSO Treated Control 2； 

GSM234796(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234796)：DMSO Treated Control 3； 

GSM234797(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM234797)：DMSO Treated Control 4。 

本发明人将上述获得的表达谱数据作为动物模型的基因表达谱数据，按照实施例1中所述的方法，进行相似性搜寻，得到了10个得分最高的化合物，如表1。 

其中，+表示正相关的GO，-表示负相关的GO。 

结果中，TSA出现了7次，另外3个结果是分别是Valporic acod，Vorinostat，HC toxin，尽管它们的结构很不相同，中已证明它们都是HDAC抑制剂(参见Gottlicher，M.et al.Valproic acid defines a novel class of HDAC inhibitors inducin g differentiation of transformed cells.EMBO J 20，6969-6978，doi：10.1093/emboj/20.24.6969(2001)；Fedier，A.et al.，The histone deacetylase inhibitors suberoylanilide hydroxamic(Vorinostat)and valproic acid induce irreversible  and MDR1-independent resistance in human colon cancer cells.Int J Oncol 3 1，633-641(2007)；或Deubzer，H.E.et al.Histone deacetylas inhibitor Helminthosporium carbonum(HC)-toxin suppresses the malignant phenotype of neuroblastoma cells.Int J Cancer 122，1891-1900，doi：10.1002/ijc.23295(2008)。表1结果说明几乎所有的结果都是和查询的是正相关的，这和本发明人通过文献查询的结果是一致的。 

该结果证明了本发明的跨物种的比较的方法能够找到具有相似功能的小分子化合物。 

实施例3、探索小分子和小鼠疾病模型之间的联系 

OMGES2的方法同样可以用来查找对于某种疾病可能的治疗手段，这个功能可以发现已有药物在临床上的新用途。本发明人分别测试了3个相关小鼠疾病模型的数据，分别是阿尔茨海默症、缺氧症和滑膜肉瘤。 

1、阿尔茨海默症疾病模型 

本发明人通过OGEMS2来寻找和阿尔茨海默症病相关的药物。阿尔茨海默症是一种不可治愈的神经退行性疾病。使用的数据是转基因小鼠模型，该小鼠模型表达了人APP(淀粉样前体蛋白)在695号氨基酸上的突变(Nordenberg J，et al.(1992)Novobiocin-induced anti-proliferative and differentiating effects in melanoma B16.(Translated from eng)Br J Cancer 65(2)：183-188)，患有阿尔茨海默症疾病。该数据集中包括了6张芯片数据，2张正常的海马细胞数据作为对照组数据，4张是APP转基因小鼠数据作为试验组数据(GEO：GSE14499，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSE14499)具体数据如下： 

试验组： 

GSM362128(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM362128)：Hippocampus，APP transgenic animals，GFP treated，biological rep1； 

GSM362131(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM362131)：Hippocampus，APP transgenic animals，GFP treated，biological rep2； 

GSM362134(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM362134)：Hippocampus，APP transgenic animals，GFP treated，biological rep3； 

GSM362136(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM36213 6)：Hippocampus，APP transgenic animals，GFP treated，biological rep4。 

对照组： 

GSM362138(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM362138)：Hippocampus，non-transgenic animals，sham lesion，biological rep2； 

GSM362130(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM362130)：Hippocampus，non-transgenic animals，sham lesion，biological rep1。 

本发明人将上述获得的表达谱数据作为动物模型的基因表达谱数据，按照实施例1中所述的方法，进行相似性搜寻，得到了10个得分最高的化合物，结果如表2。 

表2、与小鼠阿尔茨海默症模型海马细胞表达谱芯片数据相似性GOM最多的10种药物 

10个结果中有6种药物是与阿尔茨海默症病呈负相关，预示着这些药物可能对阿尔茨海默症有一定的治疗作用。其中，Nordihydroguaiaretic acid能够破坏阿尔茨海默症的β淀粉样斑块(Nagahara AH，et al.(2009)Neuroprotective effects of brain-derived neurotrophic factor in rodent and primate models of Alzheimer’s disease.(Translated from eng)Nat Med 15(3)：331-337)。Tretinoin(Retinoid)和阿尔茨海默症的多种病理学特征都有关系(Shudo K， Fukasawa H，Nakagomi M，& Yamagata N(2009)Towards retinoid therapy for Alzheimer’s disease.(Translated from eng)Curr Alzheimer Res 6(3)：302-311)，包括淀粉斑，炎症，细胞凋亡以及神经退行等。而结果显示的Nordihydroguaiaretic acid和Tretinoin在多数基因本体模块中都与阿尔茨海默症呈负相关的关系，本发明人的结果与文献都证实了此两种药物对于阿尔茨海默症可能有一定的治疗作用。Estradiol和Alpha-Estradiol可以通过上调PPARgamma的表达而抑制阿尔茨海默症病所引起的炎症反应(Valles SL，et al.(2010)Estradiol or genistein prevent Alzheimer’s disease-associated inflammation correlating with an increase PPAR gamma expression in cultured astrocytes.(Translated from eng)Brain Res 1312：138-144)。Monorden，也称为radicicol，能够结合Hsp90并且改变它的功能，HSP90和阿尔茨海默症的神经退行性的病理有关。LY-294002通过抑制PI3K来抑制APP的转运及代谢(Shineman DW，Dain AS，Kim ML，& Lee VM(2009)Constitutively active Akt inhibits trafficking of amyloid precursor protein and amyloid precursor protein metabolites through feedback inhibition of phosphoinositide 3-kinase.(Translated from eng)Biochemistry 48(17)：3787-3794)。 

剩下四种药物中，prazosin主要用于高血压，前列腺肥大等疾病的治疗，一项最新研究证实prazosin可以加重阿尔茨海默症的症状(Wang LY，et al.(2009)Prazosin for the treatment of behavioral symptoms in patients with Alzheimer disease with agitation and aggression.(Translated from eng)Am J Geriatr Psychiatry 17(9)：744-751)。Fulvestrant是一个很有意思的药物，它既能够拮抗雌激素受体，同样能够抑制HSP90，并且引起他在细胞内的降解(Han G，et al.(2009)Essential role of the 90-kilodalton heat shock protein in mediating nongenomic estrogen signaling in coronary artery smooth muscle.(Translated from eng)J Pharmacol Exp Ther 329(3)：850-855)。考虑到结果中显示Fulvestrant和阿尔茨海默症成正相关，本发明人推断出在阿尔茨海默症疾病中雌激素通路可能比HSP90通路更为重要，本发明人推测该药物的副作用之一可能就是加重或诱导出阿尔茨海默症疾病。 

2、缺氧模型 

接着，本发明人测试了小鼠的缺氧模型，数据是Laifenfeld等做的关于老鼠在氧浓度从21％到6％的情况下(Laifenfeld D，et al.(2010)The role of hypoxia  in 2-butoxyethanol-induced hemangiosarcoma.(Translated from eng)Toxicol Sci 113(1)：254-266)，持续30分钟时的表达谱芯片数据。其中小鼠在6％氧浓度中又另外处置了120分钟，取左侧肱骨的骨髓。本发明人得到其中7张芯片数据(GEO：GSE17796，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds？term＝GSE17796)，具体数据如下： 

试验组： 

GSM444147(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444147)：bone marrow-hypoxia-2hours-rep 3； 

GSM444145(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444145)：bone marrow-hypoxia-2hours-rep 1； 

GSM444148(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444148)：bone marrow-hypoxia-2hours-rep 4； 

GSM444146(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444146)：bone marrow-hypoxia-2hours-rep 2。 

对照组： 

GSM444144(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444144)：bone marrow-vehicle-2hours-rep 3； 

GSM444142(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444142)：bone marrow-vehicle-2hours-rep 1； 

GSM444143(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM444143)：bone marrow-vehicle-2hours-rep 2。 

本发明人将上述获得的表达谱数据作为动物模型的基因表达谱数据，按照实施例1中所述的方法，进行相似性搜寻，得到了10个得分最高的化合物，结果如表3。 

表3、与小鼠缺氧模型细胞表达谱芯片数据相似性GOM最多的10种药物 

10个结果中有9个是与查询数据完全呈正相关的，并且所有的化合物都经文献查实是与缺氧症相关的。其中，Resveratrol出现了3次，它可以抑制缺氧情况下缺氧诱导因子1-Alpha和VEGF的积累(Zhang Q，et al.(2005)Resveratrol inhibits hypoxia-induced accumulation of hypoxia-inducible factor-1Alpha and VEGF expression in human tongue squamous cell carcinoma and hepatoma cells.(Translated from eng)Mol Cancer Ther 4(10)：1465-1474)，因此它主要对机体在缺氧情况下有一个保护机制。Deferoxamine，可以和铁自由基结合，通过转换铁离子的状态来模拟缺氧情况(Vengellur A，Phillips JM，Hogenesch JB，& LaPres JJ(2005)Gene expression profiling of hypoxia signaling in human hepatocellular carcinoma cells.(Translated from eng)Physiol Genomics 22(3)：308-318)。Ionomycinis一般在实验中用来提高细胞内的钙离子浓度，一项研究中证实它可以提高大鼠近端小管组织中钙蛋白酶的活性而模拟缺氧环境(Edelstein CL，et al.(1996)Modulation of hypoxia-induced calpain activity in rat renal proximal tubules.(Translated from eng)Kidney Int 50(4)：1150-1157)。Sirolimus是一种mTOR抑制剂，能够抑制缺氧诱导因子的活性(Carver DJ，Gaston B，Deronde K，& Palmer LA(2007)Akt-mediated activation of HIF-1 in pulmonary vascular endothelial cells by S-nitrosoglutathione.(Translated from eng)Am J Respir Cell Mol Biol 37(3)：255-263)。TSA则可以通过抑制HIF-a的活性来抑制缺氧所导致的血管增生(Yang QC，et al.(2006)Inhibition of hypoxia-induced angiogenesis by trichostatin A via suppression of HIF-1a activity in human osteosarcoma.(Translated from eng)J Exp Clin Cancer Res 25(4)：593-599)。研究证实Rottlerin可以加速细胞中氧气的消耗速度(Thomas R  & Kim MH(2007)Targeting the hypoxia inducible factor pathway with mitochondrial uncouplers.(Translated from eng)Mol Cell Biochem 296(1-2)：35-44)。有报道证实troglitazone可以减轻缺氧对人体的伤害(Elchalal U，et al.(2004)Troglitazone attenuates hypoxia-induced injury in cultured term human trophoblasts.(Translated from eng)Am J Obstet Gynecol 191(6)：2154-2159)。 

3、滑膜肉瘤模型 

最后，本发明人测试了小鼠滑膜肉瘤模型，该小鼠模型表达了人SYT-SSX融合蛋白(Haldar M，Hancock JD，Coffin CM，Lessnick SL，& Capecchi MR(2007)A conditional mouse model of synovial sarcoma：insights into a myogenic origin.(Translated from eng)Cancer Cell 11(4)：375-388)。滑膜肉瘤是一种非常罕见的癌症，一般发生在上肢或下肢的关节处。本发明人测试了9张芯片的数据，5张肿瘤，4张对照，(GEO：GDS2698，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds？term＝gds2698)： 

对照组： 

GSM148507(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148507)：Wild Type Skeletal Muscle Sample(Hind limb)； 

GSM148508(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148508)：Wild Type Skeletal Muscle Sample(Intercostal)； 

GSM148509(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148509)：Wild Type Skeletal Muscle Sample(forelimb)； 

GSM148510(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148510)：Wild Type Skeletal Muscle Sample(Hind limb 2)。 

试验组： 

GSM148511(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148511)：Tumor from MYF-5 CRE/SSM2 mouse CC23； 

GSM148512(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148512)：Tumor from MYF-5 CRE/SSM2 mouse CC17-B； 

GSM148513(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148513)：Tumor from MYF-5 CRE/SSM2 mouse CC17-A； 

GSM148514(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148514)：Tumor from MYF-5 CRE/SSM2 mouse SSM5； 

GSM148515(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM148515)：Tumor from MYF-5 CRE/SSM2 mouse SSM4。 

本发明人将上述获得的表达谱数据作为动物模型的基因表达谱数据，按照实施例1中所述的方法，进行相似性搜寻，得到了10个得分最高的化合物，结果如表4。 

表4、与小鼠缺氧模型细胞表达谱芯片数据相似性GOM最多的10种药物 

结果显示表中列出的10药物都与滑膜肉瘤成负性相关，显示这些药物可能是治疗该病的候选药物。Pirinixic acid是一种降血脂药物，并且可能是PPARa的拮抗剂，而研究证实PPARa拮抗剂可以抑制肿瘤的生长(Panigrahy D，et al.(2008)PPARAlpha agonist fenofibrate suppresses tumor growth through direct and indirect angiogenesis inhibition.(Translated from eng)Proc Natl Acad Sci U S A 105(3)：985-990)。15-delta prostaglandin J2可以增强docetaxel的抗肿瘤活性(Fulzele SV，et al.(2007)15-Deoxy-Delta 12，14-prostaglandin J2 enhances  docetaxel anti-tumor activity against A549 and H460 non-small-cell lung cancer cell lines and xenograft tumors.(Translated from eng)Anticancer Drugs 18(1)：65-78)。Mercaptopurine是治疗白血病和慢性非何杰金氏淋巴瘤的药物(Rose DP，Connolly JM，Rayburn J，& Coleman M(1995)Influence of diets containing eicosapentaenoic or docosahexaenoic acid on growth and metastasis of breast cancer cells in nude mice.(Translated from eng)J Natl Cancer Inst 87(8)：587-592)。Docosahexaenoic acid可以抑制人乳腺癌细胞的生长(Zhang YG，Du Q，Fang WG，Jin ML，& Tian XX(2008)Tyrphostin AG1478 suppresses proliferation and invasion of human breast cancer cells.(Translated from eng)Int J Oncol 33(3)：595-602)。Tyrphostin A和G1478可以抑制人乳腺癌细胞的生长和增值。Novobiocin可能是治疗黑色素瘤的候选药物。Carbamazepine可以抑制人乳腺癌细胞的生长(Meng QW，et al.(2006)[Inhibitory effect of carbamazepine on proliferation of estrogen-dependent breast cancer cells].(Translated from chi)Ai Zheng 25(8)：967-973)。TSA和valporic acid是组蛋白去乙酰化酶抑制剂，这一点一直被认为是肿瘤治疗的一个很好的靶点。 

4、测试小鼠是否是糖尿病的好的模型 

研究证实小鼠并不是一个人糖尿病的好的模型，因为小鼠体内的AR表达水平比人低的多。选用的二甲双胍刺激下的小鼠3t3-11的脂肪细胞的表达谱数据(GEO，GSE14888，http://www.ncbi.nlm.nih.gov/gds？term＝gse14888)，具体数据如下： 

试验组： 

GSM372036(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372036)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，metformin fed，biological rep1； 

GSM372038(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372038)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，metformin fed，biological rep3； 

GSM372037(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372037)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，metformin fed，biological rep2。 

对照组： 

GSM372030(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372030)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，LA fed，biological rep1； 

GSM372032(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372032)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，LA fed，biological rep3； 

GSM372031(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/query/acc.cgi？acc＝GSM372031)：3T3-L1 adipocyte tissue culture，LA fed，biological rep2。 

本发明人将上述获得的表达谱数据作为动物模型的基因表达谱数据，按照实施例1中所述的方法，通过OGEMS2进行相似性搜寻，得到了10个得分最高的化合物，结果显示在表5中。 

表5：与二甲双胍刺激下小鼠脂肪细胞表达谱芯片数据相似性GOM最多的10种药物 

结果中只有15-delat prosaglandin J2和糖尿病有关，它是PPARgamma受体的配体。其他药物都没有文献证实与糖尿病的关系，因此可以认为小鼠并不是糖尿病的一个好的模型，并且本发明的方法可以用来评估动物模型的好坏。 

5、挖掘生物学机制 

本发明人对阿尔茨海默症的例子作了深度的分析，特别是Fulvestrant，Alpha-Estradiol和Monorden。Alpha-Estradiol是主要的雌激素，Monorden是一种HSP90抑制剂，这两种药物在结果终都与阿尔茨海默症成负相关。Fulvestrant 既是一种雌激素的阻断剂又是HSP90的抑制剂，在结果显示与阿尔茨海默症呈正相关。上文中已经讨论过，HSP90抑制剂和雌激素都与阿尔茨海默症成附相关。因此，本发明人推测Fulvestrant的正相关说明了阿尔茨海默症疾病中estrogen通路要比Hsp90通路影响更大。 

研究证明HSP90可以和荷尔蒙受体相结合并且调控他们的活性(Fliss AE，Benzeno S，Rao J，& Caplan AJ(2000)Control of estrogen receptor ligand binding by Hsp90.(Translated from eng)J Steroid Biochem Mol Biol 72(5)：223-230)。因此，通常认为Monorden通过作用于HSP90受体进而调解雌激素通路的活性。然而，根据本发明人的结果，Alpha-Estradiol的GO模块主要是关于脂代谢(GO：0008610，GO：0006629，见表6)，而Monorden主要是在固醇代谢模块上(GO：0016126，GO：0016125，表6)和阿尔茨海默症正相关。这两个完全不同的生物学证明HSP90可能并不是通过雌激素通路与阿尔茨海默症相关，应该通过另外一条通路。 

比较基因本体模块的区别可以看出，Fulvestrant比Alpha-Estradiol和monoden多了两个模块：磷酸甘油酯代谢过程(GO：0006650)和磷脂生物合成过程(GO：0008654)。因此，本发明人可以从结果中推断出，雌激素通过作用于磷脂代谢过程来减轻阿尔茨海默症而并不是与HSP90通路相互作用。有文献指出雌激素可以通过抗β淀粉样体的产生来降低阿尔茨海默症的患病风险。而雌激素通过调节TGN磷脂的水平来加速βAPP的贩运并且预防Aβ的产生。因此，Fulvestrant，作为一个雌激素受体的拮抗剂，通过磷脂通路作用于β淀粉样体来加重阿尔茨海默症。因此，1)雌激素受体通路可能通过磷脂来减轻阿尔茨海默症疾病。2)HSP90抑制剂并不是通过与雌激素通路相作用而与阿尔茨海默症相关。3)雌激素受体可能是治疗阿尔茨海默症的一个很好的靶点。 

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。