基于數據挖掘和網絡藥理探討國家專利中藥治療中風的作用機制

盧曉佩 劉 君

中風是神經內科的常見疾病,一直是現代醫學研究的重點,根據其病理性質的不同可分為腦梗死、腦出血兩類。現代醫學對于腦梗死的治療多選擇在時間窗內采取溶栓、取栓等介入治療,取得較好的臨床療效,但也存在介入后出血、灌注損傷的不良后果。近年中風發病率不斷提高,極大地影響了人們的日常生活。國家專利庫中包含全國多方治療中風數據申請,以此為數據庫進行數據挖掘,揭示用藥規律以及核心處方的作用機制,以此為臨床治療提供診療思路。

1 資料與方法

1.1 專利數據平臺資料的收集利用國家專利數據庫(http://epub.sipo.gov.cn)作為藥物數據來源。以“中風 and 中藥”“中風 and 草藥”“腦梗死 and 中藥”“腦出血 and 草藥”“腦梗死 and 中藥”“腦出血 and 草藥”為關鍵詞檢索。檢索時間為2010年1月1日—2022年11月1日。納入標準為國家專利數據庫中治療中風的中藥復方專利,使用方式為口服,如湯藥、顆粒劑等各內服劑型。排除外用敷貼、膏藥、灌腸類藥。

1.2 數據庫的建立與數據分析藥物名稱以《中華人民共和國藥典》[1]與《中華本草》[2]為標準進行規范。使用 Excel表格對專利藥物性味歸經以頻次分析,使用IBM SPSS Modeler 18.0軟件進行關聯規則分析,SPSS Statistic 26.0軟件進行聚類分析。

1.3 網絡藥理靶點收集及處理通過檢索中草藥系統藥理學平臺[3](TCMSP)獲取核心藥物的主要成分及靶點信息并利用UniProt數據庫[4]規范,預測核心藥物靶點。借助GeneCards[5]、DrugBank[6]等數據庫,收集中風靶點信息。將藥物-疾病交集靶點提交至STRING 數據庫(https://cn.string-db.org/)進行PPI網絡構建,獲取核心靶點。再利用 David 數據庫[7]進行 GO 及 KEGG 富集分析得出結果。

2 結果

2.1 數據挖掘結果

2.1.1 數據挖掘高頻藥物及療效納入專利共529項,共涉及1118味藥物,藥物總頻次7797次。根據其頻數高低進行排序,高頻藥物多為活血化瘀類,頻次位于前10味中藥見表1。對高頻中藥進行功效分析見表2。

表1 專利復方高頻藥物頻數表

表2 專利復方高頻中藥功效分析

2.1.2 藥物四氣五味及歸經分析四氣五味歸經以《中華人民共和國藥典》[1]為基本標準,以中國醫藥信息查詢平臺、中醫世家等為輔進行規范。其中藥性頻數累計1096次,前3位為溫、平、寒;藥味累計頻數1717次,前3位為苦、甘、辛;歸經累計頻數2378次,前3位為肝、肺、脾。見表3。

表3 藥物四氣五味及歸經

2.1.3 關聯規則及聚類分析對頻數大于2的藥物以關聯規則分析,得到具體藥對見表4。具體藥對中,川芎-紅花-當歸、川芎-紅花-黃芪為核心配伍,其中川芎行氣活血,紅花活血通經,黃芪升陽益氣,此類藥對可達補氣活血之妙。

表4 關聯規則具體藥對(取前10)

對前35味藥物(頻數大于51次)以聚類分析,得到圖1。得到7類藥物,分別為第1類:紅花、桃仁、川芎、地龍、赤芍、當歸、黃芪、丹參、全蝎、蜈蚣、僵蠶、水蛭、雞血藤; 第2類:桂枝、黨參; 第3類:三七、葛根; 第4類:生地黃、枸杞子; 第5類:白芍、黃芩、茯苓、白術、人參; 第6類:牛膝、鉤藤、天麻、防風、羌活、甘草、熟地黃; 第7類:石菖蒲、郁金、膽南星。可見藥物功效以益氣活血、健脾化痰、滋陰潛陽、化痰開竅為主。

圖1 聚類分析

2.2 網絡藥理數據及結果

2.2.1 藥物靶點及疾病靶點收集篩選根據數據挖掘結果,在TCMSP平臺分別以“川芎、當歸、黃芪、丹參、紅花、赤芍”為關鍵詞進行檢索,以(OB)≥30%,(DL)≥0.18進行活性成分篩選,利用uniprot數據庫進行相應基因規范,得到231個惟一值。因臨床中多見缺血性腦梗死,占據所有中風病例的近70%[8],選用“Ischemic Stroke”為關鍵詞,取藥物靶點和疾病靶點交集,得到藥物-疾病共有靶點126個。

2.2.2 網絡圖形可視化分析及富集分析將藥物-疾病交集基因數據進行分析,得到核心靶點為白細胞介素-6(IL-6)、蛋白激酶(AKT1)、腫瘤壞死因子(TNF)等。研究發現炎癥反應影響中風的發病過程,陳博威等[9]在實驗中發現中風急性期炎癥指標逐漸上升,通過藥物治療可使TNF-α和IL-1β的蛋白質表達降低,以此改善中風大鼠病情。生物富集結果見圖2、圖3。分析過程中發現本研究包含藥物主要通過糖尿病并發癥中的AGE-RAGE信號通路、脂質與動脈粥樣硬化、流體剪切應力等通路,對缺血性腦中風產生作用,涉及要點主要包含基因表達的正向調節、對藥物的反應、細胞凋亡過程的負調控、對外源刺激的反應、缺氧反應等。

圖2 KEGG分析氣泡圖

3 討論

中風作為目前致殘率最高的神經性疾病,臨床多表現為猝然昏仆、半身不遂、言語不利等癥狀,目前對于其病因病機的闡述多集中于肝腎陰虛或氣血虧虛為根本,風、火、痰、瘀為發病之標。通過數據挖掘可以看出,雖然治療缺血性中風的中藥所用藥物范圍廣,但仍集中于活血化瘀藥、補虛藥、平肝息風藥等多種藥物類別。活血化瘀藥的應用貫穿缺血性中風病全程,在中風的不同時期活血化瘀藥的具體選用及分量不同。破血逐瘀藥祛瘀作用強烈,多用于急性期;恢復期或后遺癥期時,正虛為主,選擇扶正補益藥與活血化瘀藥的聯合應用[10]。在治血之時,同時要注意治氣。經數據挖掘得出,補益藥中當歸、黃芪的使用頻數較高,徐穎綺等[11]認為在活血藥中配伍補虛扶陽之藥,可加強溫陽活血通絡的作用,并發現補虛藥尤以當歸、黃芪為最,補虛配合扶陽藥扶助陽氣,更好地推動血行,從而治療急性缺血性中風。其中解表藥的使用頻率也較高,富作平[12]在治療中風時配以祛風解表藥,既可疏散風邪,暢達血脈,又能引導活血化瘀藥物上行,以解表藥治療缺血性中風,開辟了治療缺血性中風新路徑。在清熱、化濕藥物的使用方面,溫雅等[13]認為濕熱是中風發生發展過程中的重要因素,在治療中風濕熱證腦部癥狀的同時,應重視改善脾胃、大腸臟腑氣機,通過升降補瀉,力求保持腑氣通暢。

在歸經方面,主要從肝脾肺方面進行考量,石靜資等[14]從肝分期辨治腦卒中,提出選用疏肝類藥干預中風先兆期;超早期和急性期以柔肝平肝;恢復期和后遺癥期滋肝養肝,以此達到更好的療效。張良等[15]提到脾胃如人身中氣之軸,中焦通上連下,對于全身氣機的升降起樞紐動力作用,肝肺有如氣血升降之輪,肝升肺降,氣機升降以協調身體氣機。于少泓等[16]認為脾胃可通過化濕作用疏通腦絡,同時健脾輸送精微物質于腦,補其缺損。而腦卒中急性期氣機逆亂致腑實不通,可根據胃主通降理論,確立通腑治則給邪以出路,予星蔞承氣湯加減治療[17]。楊士成等[18]認為從肺論治中風,可祛除外邪,協調氣機恢復,亦可平息內風,消除痰瘀。臨床中發現通過調補肺氣治療中風,可改善腦部缺氧缺血的問題,在治療中風病時運用合理的治肺方法可獲得更好的臨床療效[19]。

關聯規則提示川芎-紅花-當歸、川芎-紅花-黃芪為常用配伍,此類藥對常見于血府逐瘀湯、補陽還五湯、桃紅四物湯等方藥中。徐正龍[20]通過研究發現,中風常規西醫治療聯合血府逐瘀湯有效降低血漿黏度,其機制可能與改善血液流變學、抑制血小板黏附有關。楊璐平等[21]經實驗發現補陽還五湯治療中風能通過改善脂質代謝狀態,調整腦血流,從而改善大腦供血。表明以上藥對在治療中風方面具有良好的臨床療效。

藥理結果表明,高頻藥物對于缺血性中風具有多通路多靶點作用的效果,后續可結合分子對接、實驗驗證進一步深化網絡藥理研究,為今后的研究開闊新的思路。

綜上所述,本研究通過數據挖掘和網絡藥理學技術,基于國家專利數據庫進行專利匯總,分析其中治療中風專利的用藥規律,發現治療多從活血化瘀、益氣補腎方面思考,并對高頻藥物進行網絡藥理學的研究,初步探討可能的作用靶點、通路等,為今后的基礎研究及臨床應用提供思路。