劉志棟,趙 博,張曉燕,鄭 蓉,周時高
(上海中醫藥大學附屬龍華醫院 上海 200032)
代謝綜合征(Metabolic syndrome,MS)是一組聚集發病、嚴重影響機體健康的臨床癥候群,以中心性肥胖、高血糖(糖尿病或糖調節受損)、血脂異常[高TG血癥和(或)低HDL-C血癥]以及高血壓等為主要臨床特征,是一組在代謝上相互關聯的危險因素組合[1,2]。代謝綜合征患者罹患動脈硬化性心腦血管疾病、非酒精性脂肪肝甚至腫瘤的風險均顯著增加[3]。我國流行病學調查顯示,我國MS的患病率已達21.90%[4],且MS患病率呈逐年上升趨勢,已成為人類面臨的一個嚴重的公共健康問題,是誘發心腦血管事件、致死、致殘的高危因素[5]。西醫治療MS主要采用對癥療法,如降糖、降脂、降壓等,尚無有效的多靶點治療藥物,而中醫藥正以其整體論治和辨證論治的優勢在慢性病防控尤其是在MS的防治中發揮越來越重要的作用。祖國傳統醫學的文獻資料,對MS并無明確記載,根據疾病臨床表現,可將其歸為 “脾癉” “消渴” “肥滿” “眩暈” 等范疇。祖國醫學認為,該病始發于脾胃,而飲食失節、因食致虛、痰濕內蘊為其病機關鍵[6]。
近年來,中醫藥治療MS的研究與報道越來越多,但由于中醫辨證論治的特點以及臨床醫者的用藥經驗,導致臨床藥物的選擇存在多樣性。為了能從散在、龐雜的文獻資料中探索總結中醫藥治療MS的用藥規律,本文將采用數據挖掘的方法。數據挖掘指的是在數據庫中挖掘或提取發現有效的、新穎的、潛在有用的,并最終可以被讀懂的模式的過程。近年來數據挖掘技術被廣泛應用于中醫藥研究領域,對中醫藥的傳承、借鑒和發展起到重要作用[7]。為進一步研究機制,本文還將通過網絡藥理學分析中藥作用的靶點與疾病之間的關系,研究藥物治療MS的潛在作用機制[8]。本研究收集整理了中醫藥治療MS的臨床文獻,并利用數據挖掘和網絡藥理學手段對其用藥規律和可能的作用機制進行研究分析,以期為MS的中醫臨床辨治和中藥研究提供參考。
對中文數據庫,以( “代謝綜合征” OR “胰島素抵抗綜合征” )AND( “中醫” OR “中醫藥” OR “中西醫” )AND( “驗案” OR “醫案” OR “經驗” OR “臨床觀察” OR “臨床研究” OR “臨床療效” )為主題詞,分別檢索中國知網(Chinese National Knowledge Infrastructure,CNKI)、萬方數據服務平臺(Wanfang)、維普數據庫(VIP)、中國生物醫學文獻數據庫(China Biology Medicine,CBM)建庫以來至2020年8月中醫藥治療代謝綜合征的文獻,其中CNKI 580篇、Wanfang 1550篇、VIP 348篇、CBM 286篇。對英文數據庫,以 “metabolic syndrome” 為主題AND “traditional Chinese medicine” 為主題,分別檢索Pubmed、Web of Science數據庫,時間維度設置為建庫以來至2020年8月,其中Pubmed 23篇,Web of Science 269篇。
納入標準:①數據庫中發表的名老中醫驗案、病案分析、隨機對照試驗等中藥治療代謝綜合征有臨床療效的文獻。②文獻中記錄的方劑有完整藥物組成及用藥劑量。③治療以中藥為主。
排除標準:①文獻中患者有其他嚴重原發病或并發癥。②相同的方劑或重復的文獻只納入1篇。③動物實驗類和綜述類文獻。④醫案中的復診方劑。⑤單味中藥或中藥提取物。
經過初步篩選,將223篇文獻中的261處方(基本方)錄入Excel 2010表格,建立MS方藥數據庫,之后采用雙人原則,對每個方劑中的中藥進行逐個核對,確保錄入方劑正確,分歧則由第三方參與討論。藥物名稱、分類、性味歸經等均參照全國中醫藥行業高等教育 “十二五” 規劃教材《中藥學》[9]和當前執行的2015年版《中國藥典》[10]進行規范,比如炙黃芪錄為黃芪、炒白術錄為白術、法半夏錄為半夏、川附子規范化為附子等。
①描述性分析:利用Microsoft Excel 2010對錄入數據庫中的中藥做頻數、頻率分析,依據《中藥學(成人高等教育藥學專業教材)》和當前執行的2015年版《中國藥典》分類標準,對藥物的功效、歸經、四氣、五味進行統計分析。對有多個功效、四氣、五味、歸經的中藥,將全部藥性統計在內;②關聯規則分析:采用Apriori算法(SPSSModeler 18)對數據庫中的中藥進行二項關聯、三項關聯、四項關聯分析,根據每味中藥之間的關聯性,繪制藥物關聯復雜網絡圖;③聚類分析:采用SPSSStatistics 26軟件對頻數≥30次的中藥進行系統聚類分析,歸納總結醫家治療MS的常用中藥組合;④因子分析:采用SPSSStatistics 26軟件降維模塊進行主成分因子分析,并對分析得到的因子運用KMO檢驗和Bartlett球形檢驗進行適應性檢驗。
將上述分析結果中的核心配伍藥對錄入到中藥作用機制在線分析體系BATMAN-TCM[11]中, “Score cutoff” 選擇80, “AdjustedP-alue” 選擇0.05,對核心藥對進行疾病富集及KEGG通路分析,構建靶點-通路-疾病關聯圖。
將篩選出的261首方劑中的全部中藥進行排序,共得到230種中藥,其中使用頻數≥30的藥物共24種,使用頻數最高的前10味中藥分別是,茯苓(127次,48.7%),黃芪(104次,39.8%)、半夏(102次,39.1%)、澤瀉(100次,38.3%)、甘草(97次,37.7%)、白術(96次,36.8%)、丹參(90次,34.5%)、山楂(88次,33.7%)、黃連(87次,33.3%)和陳皮(84次,32.2%)(圖1)。

圖1 高頻中藥使用情況(≥30)
得到的230味藥物按功效可歸納為利水滲濕藥(228次),燥濕化痰藥(199次),泄濁降脂藥(190次),清熱解毒藥(145次,9.0%),健脾藥(141次)等20類。性味歸經頻次統計顯示:藥性溫性(734次)稍多,其次為平性(628次)、寒性(554次);五味以甘性(1562次)為主,其次為苦性(1224次)、辛性(990次);歸經以歸脾(1529次)、肝(1250次)、肺(1192次)、胃(1163次)為主(圖2)。

圖2 藥物種類及性味歸經分布情況
分析共得到二項關聯規則26條,三項關聯規則17條,四項關聯規則2條。因為置信度能反映出關聯規則預測的準確程度,故按置信度排序得到5對核心藥對(表1)。以上藥對的關聯提升度均大于1,具有統計學意義。支持度表示該藥對在數據庫中所占的比例,支持度越高表明該藥對的出現頻率越高;提升度較置信度更能反映藥對中藥物間的相關性,提升度大于1且越高表明正相關性越高,提升度小于1且越低表明負相關性越高,提升度等于1表明沒有相關性。而陳皮-半夏藥對的支持度是提取的核心藥對中最高的,且提升度也大于1。所以可以看出陳皮-半夏是中醫藥治療MS的關鍵核心藥對。從關聯網絡圖可以看出陳皮、半夏、茯苓、白術、黃芪、澤瀉、甘草之間關系最密切(圖3)。

圖3 高頻藥物之間關聯網絡展示

表1 關聯規則分析結果中的核心藥對
對高頻藥物(頻數≥30)進行聚類分析,構建聚類樹狀圖(圖4)。結合專業知識,得到10組藥物聚類組合(表2)。

圖4 用藥聚類分析樹狀圖

表2 聚類分析結果表
對高頻藥物(頻數≥30)進行主成分因子分析,橫軸表示因子數,縱軸反映特征值大小,生成碎石圖(圖5)。根據 “旋轉元件矩陣” 生成旋轉空間元件圖(圖6),能更加直觀看出各藥物之間的聚集關系。其中提取載荷平方和>1的14個因子,共累計貢獻率64.233%,即表示可以涵蓋大部分信息,將中藥變量歸入貢獻度最高的公因子中,共提取出14個公因子(表3)。對分析得到的因子進行KMO檢驗,得出KMO取樣適切性量數為0.569。在Bartlet球形檢驗中,近似卡方為1971.007,自由度為666,P<0.05,表明數據適合進行因子分析(表4)。

表4 高頻藥物的KMO和Bartlet球形檢驗

圖5 高頻藥物因子分析碎石圖

圖6 高頻藥物因子分析旋轉空間元件圖
2.6.1 分析核心藥對陳皮-半夏的疾病富集
在BATMAN-TCM系統中,得到核心藥對陳皮-半夏富集的疾病共235種,與MS最為相關的有7種,分別是非胰島素依賴型糖尿病、肥胖、糖尿病、胰島素抵抗(與肥胖有關)、胰島素抵抗、高血壓、高膽固醇血癥等。得到靶點7個,分別為ADORA1、CPT1A、KCNB1、TNF、PPARG、NOS3、NR1H4等。得到相關信號通路共23條(表5)。

表5 核心藥對陳皮-半夏的疾病富集
2.6.2 分析核心藥對陳皮-半夏潛在作用信號通路
在BATMAN-TCM系統中,通過KEGG通路分析核心藥對陳皮-半夏,得到144條富集通路。其中與MS最為相關的7個靶點,其連接的代表性信號通路主要為CGMP-PKG信號通路(hsa04022)、脂肪酸降解(hsa00071)、胰 島 素 分 泌(hsa04920)、味 覺 轉 導(hsa04742)、TNF信號通路(hsa04668)、PPAR信號通路(hsa03320)、AMPK信號通路(hsa04152)、VEGF信號通路(hsa04370)、鈣信號通路(hsa04020)、膽汁分泌(hsa04976)(表6)。圖7為核心藥對陳皮-半夏的主要靶點-通路-疾病關聯圖。

圖7 靶點-通路-疾病網絡化展示

表6 核心藥對陳皮-半夏KEGG通路分析結果
現代醫學認為,MS是一種血糖血脂紊亂、血壓控制不佳以及中心性肥胖等多種疾病在體內異常聚集的病理狀態。其病理基礎為胰島素抵抗,所以又稱 “胰島素抵抗綜合征” 。根據其臨床表現,大致有如下病變趨勢:胰島素抵抗——各種代謝紊亂(血糖、血脂、血壓異常)——并發癥(動脈粥樣硬化、心血管事件)[12-13]。MS的中醫病因主要為飲食不節、運動失常、稟賦不足等,不同的疾病分期對應著不同的病機,①病初期:因脾胃為倉廩之官,飲食不節或過食肥甘,脾胃乃傷,致中焦氣機壅滯;或因脾主肌肉、四肢,少動影響脾之健運,易使中焦運化不利,脾失于運化,則表現為腹脹痞滿,不欲飲食。脾功能受損,失于精散,不為胃行其津液,易生痰、生濕、生濁,則生為肥胖;或因先天稟賦不足,痰濕體質,易發生氣血津液運化障礙,致濕痰濁脂病理產物堆積;又或因痰濕阻滯氣機,致中焦氣機不暢,或情志不暢,影響肝疏泄功能,導致肝氣郁滯。②疾病中期:中焦氣機運行本已不暢,肝主疏泄失常,木郁乘土,或土虛木乘,更傷中焦后天之本,致肝胃不和或肝脾不調;或肝氣郁而化火,燒灼津液,若肝火犯胃致胃火亢盛、胃陰不足,消谷善饑,則發為中消;若肝膽火盛則口苦、易怒;若肝陽上亢則頭暈頭脹;若熱傳下焦則腸燥便秘。③疾病后期:火熱熾盛,耗液傷津,久而傷陰,則發為五心煩熱,潮熱盜汗;或脾胃久失于運化,先天之精缺少后天之精的濡養,且痰濕久滯,使腎主水之功能失調,致腎氣虧虛;或久病入絡,絡脈瘀阻,可發為中風、眩暈、胸痹等。本病虛實夾雜,虛以脾胃腎虛為主,實則痰濕、氣滯、火郁、血瘀為主,可相兼為病。補虛泄實為本病的治療原則,虛則補之,多益氣健脾,若久病傷腎,則當益氣補腎,若熱傷陰液,則養陰生津。實則泄之,常用祛濕化痰或清熱降濁之法,并結合消積導滯、活血行氣、化瘀涼血等,以消除膏濁、痰濕、氣滯、郁熱、瘀血。
頻數分析發現,使用次數較多的藥物為半夏、茯苓、黃芪、澤瀉,四氣以溫、平居多,五味以甘味、苦味為主,歸經主歸脾、肝兩經。溫性藥物有溫里散寒、溫經通絡等作用,寒性藥物具有清熱瀉火、涼血解毒等作用,甘具有補、和、緩特性,有補虛、和中、調和藥性的特點,苦具有泄、燥特性,有降泄、通泄、清泄、燥濕的特點。使用最多的藥物類別為利水滲濕與燥濕化痰藥,如茯苓為利水消腫之要藥,現代藥理學研究發現茯苓皮三萜可以有效改善由高脂血癥所導致的血脂代謝異常,并能控制血糖[14]。半夏長于燥脾濕而化痰濁,研究發現,半夏的水煎液能降低高脂血癥狀態下血管內皮通透性,控制亞硝酸鹽的生成量,保護血管內皮細胞一氧化氮合成酶(Nitric oxide synthase,NOS)活性的作用,從而改善高脂血癥和預防動脈粥樣硬化的形成[15]。綜合分析表明,臨床上的MS患者以痰濕證偏多,可與熱瘀虛相兼為病,臨床用藥應注重甘平藥物如茯苓、甘溫藥物如黃芪,溫藥如半夏等組合使用,也可兼顧隨證配伍清熱、補虛、行氣化瘀等藥物,符合中醫補虛泄實的基本治法。
關聯規則分析發現,關聯強度強的藥物組合,以茯苓、白術、陳皮、半夏為主,為六君子湯的核心藥物組成。六君子湯出于《醫學正傳》,其藥物以四君子湯為基礎,重用白術,加陳皮、半夏以增強燥濕化痰和胃之功。《醫方考》曰: “是方也,人參、白術、茯苓、甘草,前之四君子也,所以補氣;乃半夏則燥濕以制痰,陳皮則利氣以行痰耳。名之曰六君子者,表半夏之無毒,陳皮之弗悍,可以與參、苓、術、草比德云爾!” 方中茯苓利水滲濕健脾,重用白術與茯苓配伍,加強健脾助運、燥濕化痰之力,以杜生痰之源。半夏辛溫而燥,為化濕痰之要藥,陳皮亦辛溫苦燥之品,既可調理氣機以助脾之運化,還能燥濕化痰以消濕聚之痰,其行氣之功亦有助于化痰,所謂 “氣順則痰消” 是也。四藥合用,益氣健脾之品配伍燥濕化痰之藥,補瀉兼施,標本兼治,故相須以除痰阻之標,補脾虛之本。
其中關鍵核心藥對陳皮-半夏亦是《太平惠民和劑局方》中二陳湯的君臣之藥,半夏燥濕化痰、降逆和胃、消痞除滿,《本草從新》言其為 “治濕痰之主藥” ;陳皮正如之前所說,仍體現 “治痰先治氣” 的治療原則。陳皮、半夏都歸脾、肺經,兩者配伍,相互促進,散降有序,使脾氣運而痰自化,適用于以痰濕為本的MS。檢索TCMSP數據庫查詢陳皮、半夏的主要化學成分,發現柚皮苷、川陳皮素及黃芩素在MS的治療中發揮良好的作用。相關機制研究表明,柚皮苷的苷元柚皮素可影響磷酸腺苷活化蛋白激酶、PGC1α/PPARα介導的脂肪細胞利用和保護線粒體功能,抑制TNF-a介導的炎癥反應和血管組織損傷,從而起到改善MS的作用[16]。Baokun等在小鼠實驗中發現川陳皮素可以通過晝夜節律基因網絡,增強晝夜節律以對抗MS[17]。黃芩素可能通過抑制炎癥信號通路中樞NF-κB途徑,減少了炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6等產生和釋放,并能清除機體ROS、自由基及抑制游離脂肪酸釋放,改善胰島素抵抗[18]。
系統聚類分析共得到10類聚類藥物組合。第一類,茯苓、半夏、甘草、白術、陳皮、蒼術、薏苡仁、黨參、山藥,為六君子湯加蒼術、山藥、薏苡仁,增強健脾化濕之功。以黨參替代人參,雖其補益之力較人參緩和,但更善健肺脾之氣。諸藥相配,益氣健脾,燥濕化痰,用于MS脾虛痰濕內蘊之證。第二類,澤瀉、山楂、決明子、葛根、茵陳、黃芪、丹參,以山楂、澤瀉、決明子泄濁降脂,茵陳、葛根清熱生津,黃芪、丹參行氣活血,諸藥相配,共治MS膏濁、郁熱、瘀血、氣滯之標實。第三類,黃連,有清熱燥濕之功,是黃連溫膽湯的君藥,治療MS濕濁郁而化熱。現代藥理學研究發現,黃連改善胰島素抵抗、降低膽固醇和甘油三酯,抗膽堿脂酶促周圍血管擴張,發揮降糖、降脂、降血壓的作用[19]。第四類,大黃、柴胡、黃芩、枳實、白芍,此為大柴胡湯加減。方中以黃苓、柴胡疏泄肝膽郁熱;枳實、大黃疏泄胃腸,清瀉陽明邪熱,諸藥配伍有疏肝解郁、清胃降火、通腑導滯之功,針對MS肝胃郁熱之證,使邪熱不灼人體氣陰,消除引起代謝綜合征的基本病理因素。現代研究發現,大柴胡湯抑制脂肪的吸收,能明顯降低膽固醇、低密度脂蛋白、甘油三酯的含量[20]。第五類,川芎、赤芍、當歸、桃仁,為血府逐瘀湯、補陽還五湯等活血化瘀方的重要組成部分。其中桃仁破血行滯而潤燥,赤芍、川芎助桃仁活血化瘀,當歸養血活血,祛瘀生新,治療MS久病入絡,絡脈瘀阻。李金桂等人在臨床研究中發現,血府逐瘀湯治療MS血瘀證能改善患者癥狀[21];范培蕊等人將50名MS患者分為兩組,觀察血府逐瘀湯對MS患者胰島素抵抗的影響,得到血府逐瘀湯能增加MS患者組織或靶細胞對胰島素敏感性的結論[22]。第六類,生地黃、牡丹皮,生地黃性苦甘寒,既入肝經清泄肝熱,又養陰潤燥生津,牡丹皮清肝熱活瘀血,MS患者常肝氣郁結化熱,久熱傷陰,入絡成瘀,生地黃與牡丹皮二者同用,清肝熱之功效彰,還養陰生津,活血化瘀。現代研究發現,從生地黃中分離出的過氧化氫酚可通過作用AMPK/NOX4/PI3K/AKT通路改善糖尿病患者胰島素抵抗[23]。牡丹皮的有效成分丹皮酚,一方面能夠促進胰腺組織內PPARγ的表達,抑制JNK1凋亡信號通路,減少胰島B細胞的進一步損傷,另一方面能增強胰腺組織內GLP-1的表達,促進胰島B細胞增殖分化,從而改善血糖血脂代謝紊亂[24]。第七類,郁金、枳殼,郁金活血行氣解郁,可用于肝郁氣滯血瘀者,枳殼理氣寬中,行氣消脹,用于脾胃氣滯,腹脘脹滿,食積不化者,二者同用,行氣解郁,消積導滯,治療MS患者肝郁氣滯,脾虛不運證。第八類,三七、荷葉,三七活血散瘀,荷葉利濕消腫,提示MS患者易瘀與濕結,治療當注重化瘀祛濕。第九類,桂枝,MS患者素體陽虛,或久病及腎,致腎蒸騰氣化功能失司,加重痰濕蘊結,桂枝溫陽散寒,蒸騰氣化,助腎主水,調節水液代謝,改善MS患者的核心病理因素。第十類,天麻、牛膝,MS與心腦血管疾病關系密切,MS患者心腦血管事件的患病率及死亡風險約為非MS者的2-3倍,易引起動脈粥樣硬化,導滯高血壓、冠心病、腦卒中等心腦血管疾病[25]。其中醫病機為久病留瘀,阻滯脈絡。當瘀阻腦竅時,引起腦府失養,發為眩暈、中風等病。天麻與牛膝相配,共奏息風止痙、逐瘀通經之效,治療MS瘀血內阻之證。
因子分析通過對原始數據進行簡化和綜合,可以客觀地確定各個指標的權重,使得我們對原始數據集有了更為深入的理解與把握,具有降維和聚類的作用。F1、F2、F6、F8、F13與C1相似,旨在益氣健脾,利濕化痰。F3與C5相似,旨在活血化瘀,清熱涼血。F4、F7、F12與C4相似,為大柴胡湯加減,旨在疏肝解郁、清胃降濁。F5、F10與C2相似,旨在化濁降脂,行氣活血。F14與C10相同,旨在逐瘀通經。F9與C6相似,旨在清熱涼血散瘀。總結因子分析結果,可見 “益氣健脾” 在治療MS發揮重要作用,臨床同時注重化痰、利濕、疏肝、清熱、降濁和化瘀藥物的配合使用。
通過BATMAN-TCM系統進行KEGG通路分析,得到核心藥對陳皮-半夏富集的生物學通路共有144條,與MS有關的疾病靶點為ADORA1、CPT1A、KCNB1、TNF、PPARG、NOS3、NR1H4。研 究 發 現,PPARG控制著脂肪酸的過氧化物酶體β氧化途徑,是脂肪細胞分化和葡萄糖穩態的關鍵調節因子,其表達量與2型糖尿病的風險有關[26]。血管內皮功能障礙以血管舒張功能和NO利用度的減退為特征,是糖尿病和肥胖癥的共同特點。Bressler等發現,NOS3基因與肥胖之間的相互作用是2型糖尿病并發癥的重要危險因素[27]。NR1H4影響膽汁酸的分泌,主要參與調控機體脂質代謝。研究發現,NR1H4缺乏的糖尿病小鼠顯示出葡萄糖耐量降低和胰島素敏感性降低,并且NR1H4的激活可改善糖尿病小鼠體內的高血糖和血脂異常,認為NR1H4可作為治療代謝綜合征和2型糖尿病的重要靶點[28]。
與上述7個靶點相關的信號通路有23條,如脂肪酸降解、胰島素分泌、PPAR信號通路、AMPK信號通路等。代謝綜合征包括肥胖、血糖異常、血脂異常,所以脂肪酸降解、胰島素分泌等通路在疾病發展過程起到重要作用。PPAR信號通路是代謝疾病的治療靶點[29]。PPAR信號通路確實參與調節多種生理過程,包括脂質穩態,脂肪形成,炎癥和傷口愈合。使用PPARα和PPARγ激動劑可分別治療血脂異常和具有胰島素抵抗的2型糖尿病。其中PPARγ是胰島素增敏和葡萄糖代謝的關鍵調節劑,因此被認為是抵抗糖尿病代謝疾病和胰島素抵抗的必要藥理學靶標[30]。當前臨床使用的降糖藥之一羅格列酮就屬于PPARγ完全激動劑。AMPK是具有α,β和γ亞基的異三聚體蛋白,AMPK激活增強了葡萄糖對細胞的吸收,并抑制了細胞內葡萄糖的產生,激活和調節AMPK的藥物可能是治療代謝綜合征和糖尿病的潛在候選藥物,此外,天然中藥成分小檗堿,槲皮素,白藜蘆醇等在調節和激活AMPK途徑方面顯示出巨大潛力,可用于管理糖尿病及其并發癥[31]。
本文通過分析中英文主流數據庫中近30年來中醫藥治療MS的臨床文獻,初步總結了現代中醫家治療MS的用藥規律,并分析了核心藥物的潛在作用機制。本研究數據挖掘所得的潛在藥對或單味藥,可為未來MS的中藥藥物臨床研究提供思路。本研究中網絡藥理學的結果能為機制研究提供依據,未來可將本研究結果中的靶點及涉及的相關通路作為基礎,做進一步的探索,為研究MS的診療方法提供新方向,以期獲得更大的臨床價值。