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当今威胁人类健康的重大疾病中有许多是系统性的复杂疾病，如癌症、心血管疾病、代谢性疾病和神经退行性疾病等。复杂疾病不是单个基因功能发生问题所导致的，也不能通过控制单一靶标而治愈，已成为医学上的难题。系统生物学着眼于从系统水平上理解生命过程，已经在复杂疾病研究中发挥了重要作用，有可能为复杂疾病提供有效的治疗方案。 本论文围绕疾病相关生物网络分析和疾病治疗方案设计开展研究，主要包括以下两部分内容:第一部分为细胞有丝分裂调控网络的建模，第二部分为花生四烯酸代谢网络抑制剂研究。 有丝分裂是绝大多数真核细胞增殖的方式，调控有丝分裂的激酶是新型抗癌药物研究发的重要靶标。建立有丝分裂的网络模型将有助于我们理解这一复杂的调控过程，为设计更有效的癌症治疗方案提供指导。本论文工作中建立了有丝分裂调控网络的模型，包括拓扑结构和数学描述，可以很好地重现有丝分裂调控的功能。通过对该网络的动力学性质进行分析，确定了影响体系状态的重要反应，包括关键激酶的调控作用以及文献报道的一些重要调控机制。利用该网络研究了同时干扰两个重要靶标的效果，发现了多套具有优势的药物组合方案: AuroraA（或PLK1）与Aurora B抑制剂组合可能更有效地杀死癌细胞;具有协同抑制效果的PLK1和Aurora A以及PLK1和微管生成抑制剂组合。所发现的这些靶标组合为抗癌药物的组合使用或多靶标药物的发现提供了新的方向。 炎症是机体对外界刺激发生的反应，花生四烯酸代谢网络产生两类重要的炎症因子一前列腺素类和白三烯类化合物。该网络中有多个关键酶是抗炎药物研究的重要靶标，设计针对该网络的多靶标抑制剂也是研究的热点。5-脂氧合酶是产生白三烯类化合物的关键酶，其结构在2011年之前没有实验报道。本论文以兔15S-脂氧合酶抑制剂结合构象为模板建立了人5-脂氧合酶的比较模建模型，使用分子动力学模拟与分子对接结合的方法对模型进行动态优化，得到了5-脂氧合酶抑制剂结合构象的结构模型。使用该模型进行抑制剂虚拟筛选取得了较高的成功率，发现了全新的5-脂氧合酶抑制剂以及5-脂氧合酶/前列腺素E合成酶双功能抑制剂，这些抑制剂为新型抗炎药物的研发提供了新的化合物骨架。还与本组的陈政博士合作开展了环氧化酶/白三烯A4水解酶双功能抑制剂和非胰分泌型磷脂酶A2的抑制剂研究，通过分子对接计算确定了这些化合物的结合构象，研究了其结构与活性关系，为化合物的进一步改造指明了方向。针对花生四烯酸网络中关键酶结构和抑制剂作用机制的研究，将有助于发现新型的抗炎药物。