2. 药物重定位数据生态
药物重定位的核心命题是:一个已经上市或进入临床阶段的药物,是否可能对新的适应症产生治疗作用。要回答这个问题,计算与实验都需要证据支撑,而证据来自数据。因此,重定位项目的成败,很大程度上取决于能否在正确的时间拿到正确类型、正确质量的数据。本节从数据来源、数据类型、数据规模与可用性评估四个维度,勾勒药物重定位的数据生态全貌。
一、数据来源:四类主要供给方
药物重定位的数据来源可以按“产生方式”划分为四类,它们各自承担不同角色。
- 公共数据库与知识库:如 DrugBank、ChEMBL、PubChem、UniProt、Reactome、Open Targets、DisGeNET、TTD 等。它们提供药物身份、靶点、通路、疾病关联等结构化信息,是大多数项目的起点。优点是免费、覆盖广、可批量下载;缺点是更新滞后、注释标准不统一、部分字段缺失严重。
- 文献与专利文本:PubMed、Europe PMC、专利数据库蕴含大量未结构化的药物—疾病、药物—靶点、靶点—疾病关系。它们往往是最新证据的唯一来源,但需要 NER(命名实体识别)与关系抽取才能进入计算流程。
- 组学与实验数据:包括转录组(GEO、ArrayExpress)、蛋白组、代谢组、LINCS L1000 扰动数据、CCLE 细胞系数据等。这类数据能刻画药物扰动后的分子表型变化,是“基于表达特征的重定位”的核心输入。
- 真实世界数据(RWD):电子病历、医保理赔、药品不良反应上报(FAERS)、处方与随访记录。它们反映真实用药人群中的疗效与安全性信号,适合做药物流行病学层面的重定位假设生成,但存在混杂、缺失与隐私合规问题。
二、数据类型:从结构化到非结构化
从数据形态看,重定位数据可分为结构化、半结构化和非结构化三类。结构化数据以表格、图数据库形式存在,字段明确,可直接用于计算,例如 DrugBank 的药物条目、ChEMBL 的活性值(IC50、Ki、EC50)。半结构化数据包括 XML、JSON、RDF 三元组,需要解析后使用。非结构化数据主要是文献全文、专利权利要求、临床笔记,必须经过文本挖掘才能转化为可计算的关系。
按语义层次,又可分为:药物本体数据(名称、结构、靶点、代谢、剂型)、疾病本体数据(ICD、MeSH、OMIM、HPO)、靶点与通路数据、药物—靶点—疾病关联数据、以及药代动力学与安全性数据。理解这些层次,有助于在整合时判断哪些字段可以对齐、哪些需要映射。
三、数据规模:量级与增长
以常见资源为例:DrugBank 收录超过 1.6 万条药物条目,其中已上市药物约 4000 余种;ChEMBL 拥有超过 2000 万个生物活性数据点,覆盖 1 万余个靶点;PubChem 化合物条目超过 1 亿;LINCS L1000 包含数十万条扰动表达谱;FAERS 累计报告数千万份。这些数字说明:数据并不稀缺,稀缺的是高质量、可对齐、可解释的数据。规模越大,实体消歧、版本管理和计算成本问题越突出。
四、可用性评估:五个必须回答的问题
拿到数据不等于能用。可用性评估应围绕五个维度展开,每个维度都有可操作的判断方法。
覆盖度:目标药物、靶点、疾病是否在数据源中出现?例如要研究“二甲双胍—肿瘤”关系,需确认 DrugBank 有该药条目、DisGeNET 有相关疾病关联、ChEMBL 有活性记录。若某关键实体缺失,需寻找替代源或接受覆盖缺口。
一致性:同一实体的标识是否统一?药物常用 DrugBank ID、PubChem CID、ChEMBL ID;疾病常用 ICD-10、MeSH、OMIM。不同源之间必须建立映射表。实践中常见问题是同一药物在不同库中名称拼写不同,或同一疾病在 MeSH 与 ICD 中粒度不一致。
时效性:数据最后更新时间是什么?药物重定位常关注新适应症,若数据库滞后两年以上,可能错过最新临床试验与文献证据。建议记录每个源的版本号与抓取日期。
可对齐性:跨源连接的成功率。可先抽样 100 个药物,统计其在各源中的 ID 映射成功率。若低于 80%,说明需要额外的实体消歧工作。
合规性:数据许可是否允许再分发与商用?RWD 涉及患者隐私,需确认脱敏与授权状态。公共数据库也需查看 license,例如 ChEMBL 采用 CC BY-SA。
五、一个可执行的数据源登记表示例
下表为示例结构,字段可根据项目调整。假设我们要做一个“老药新用”的初步筛选,登记四个核心源。
| 数据源 | 版本/日期 | 覆盖类型 | 标识体系 | 许可 | 已知缺陷 |
|---|---|---|---|---|---|
| DrugBank | 5.1.10 / 2024-03 | 药物、靶点、相互作用 | DrugBank ID | 学术免费,商用需授权 | 部分适应症字段缺失 |
| ChEMBL | 34 / 2024-01 | 活性、靶点、化合物 | ChEMBL ID | CC BY-SA 3.0 | 活性数据异质,单位不统一 |
| DisGeNET | 7.0 / 2023-11 | 基因-疾病关联 | UMLS CUI | 学术免费 | 证据评分需过滤 |
| LINCS L1000 | 2023 更新 | 扰动表达谱 | LINCS ID | 公共领域 | 细胞系覆盖有限 |
登记完成后,下一步是确定整合策略:以哪个源为主键、哪些字段需要映射、冲突时如何裁决。这些决策直接决定后续分析的可重复性。数据生态不是静态清单,而是一个需要持续维护的工程对象——版本会变、链接会失效、新源会出现。把数据源当作代码一样管理,是药物重定位数据整合工程的基本素养。