基于数据挖掘的利水功效中药药性与有效成分关联规律研究

刘景亮　裴丽　李杨　史磊

摘要：目的呈现利水功效中药药性与有效成分的作用规律，揭示其间关联内涵。方法选取90味常见利水功效中药，以古今文献资料为基础数据建立数据集，利用数据挖掘技术，对这些中药的药性与有效成分的内在联系进行关联规则分析。结果归上焦利水功效中药以性温、味辛为主，其有效成分以黄酮类居多，萜类其次；归中焦利水功效中药以性平、味甘为主，其有效成分以萜类居多，甾体类其次；归下焦利水功效中药以性寒、味苦为主，其有效成分以萜类居多，黄酮类其次。结论通过对利水功效中药药性与有效成分的整理与关联规则分析，为利水中药理论研究与科学诠释提供借鉴。

关键词：中药药性；利水功效；有效成分；数据挖掘

中药药性理论是中药学理论体系的重要组成部分，是关于性、味、归经等特殊内在联系的复杂理论。而此理论又以中药性味理论为中心，中医性味理论则以物质为基础。因此，本文通过收集、整理、统计分析不同归经利水中药药性及有效成分的数据，研究药性与有效成分的关系，揭示中药药性与有效成分之间存在的规律与科学内涵。

1、资料与方法

1.1 数据来源

首先，通过《中华人民共和国药典（2010年）》《现代中药学大辞典》《中华本草》《中药志》等文献，并请教中药专家，确定了常用具有利水功效中药122味；然后，利用《中药原植物化学成分集》（2009年）对122味利水功效中药的化学成分信息进行检索，去除动物药、矿物药以及尚未明确有效成分的植物药以后，得到植物药90味；最后，参考《中华医典》《中华人民共和国药典（2010年）》《中华本草》，对具有利水功效的90味中药性味归经、功效主治和有效成分信息进行系统收集整理。

1.2 方法

将90味利水功效中药的名称、科属、性味归经、功效主治、有效成分资料信息输入计算机，建立基础信息数据库。采用NetDraw与SAS 9.1.3软件对中药基本信息进行统计分析与数据挖掘。

1.3 有效成分分类标准

参考《中药原植物化学成分集》（2009年），确定中药的有效成分，然后根据成分“母核”的特征确定其归属的成分大类，具体分为萜、黄酮、甾体、生物碱、苯丙素、挥发油、脂肪酸、酚酸、糖、醌、有机含硫化合物等类。

2、结果与分析

2.1 药性分析

基于90味利水功效中药数据库，对性（寒、热、温、凉、平），味（辛、甘、酸、苦、咸、淡），归经（肺、心、脾、肝、肾、大肠、小肠、胃、胆、膀胱、三焦、心包）三个数据集进行统计分析，见表1至表3。

对90味利水功效中药的“四性”进行分析，结果显示，寒、热药性数据量分布差异较大，属于寒性药物59味，如京大戟、泽漆、苦参、芦根等，占总数的65.56%；热性药物4味，为巴豆、猪苓、莱菔子、牵牛子，占总数的4.44%；平性药物53味，如路路通、佩兰、郁李仁、川牛膝等，占总数的58.89%；温性药物41味，如干金子、刘寄奴、旋覆花、白术等，占总数的45.56%；凉性药物26味，如金钱草、番泻叶、丝瓜络、罗布麻等，占总数的28.89%。

对90味利水功效中药的“五味”进行分析，结果显示，苦、甘、辛味属性的中药数量较多。属于苦味药77味，如苦参、川楝子、关木通、栀子等，占总数的85.56%；甘味药69味，如丝瓜络、薏苡仁、玉米须、白茅根等，占总数的76.67%；辛味药54味，如千金子、葱白、淫羊藿、佩兰等，占总数的60.00%。而淡、酸、咸味属性的中药数量较少，属于淡味药21味，如淡竹叶、通草、海金沙、鸭跖草等，占总数的23.33%；属于酸味药19味，如马齿苋、浮萍、昆布、虎杖等，占总数的21.11%；属于咸味药14味，如昆布、白薇、决明子、枳实等，占总数的15.56%。

对90味利水功效中药的归经进行分析，结果显示，归肝、肺经的中药数量较多，其中归肝经中药64味，占总数的71.11%；归肺经中药61味，占总数的67.78%；归脾、‘肾、心、胃、膀胱、大肠、小肠经中药分别为48、47、45、42、37、33、28味；归胆、三焦、心包经的数量分别为11、8、6味，分别占总数的12.22%、8.89%、6.67%。

2.2 有效成分分析

90味利水功效中药有效成分归属的大类主要有：萜、黄酮、甾体、生物碱、苯丙素、挥发油、脂肪酸、酚酸，分别为47、40、31、29、21、17、13、12味。见表4。

2.3 利水功效中药数据的关联分析

2.3.1 利水功效中药的分类对90味利水功效中药的药性与有效成分大类数据集进行数据挖掘，所得相关数据信息分散，没有呈现出规律。因此，为寻找利水中药的性味、归经等与有效成分的关系，将90味中药按照三焦归经理论进行分类。

①上焦（26味）：葱白、地锦草、巴豆、干金子、泽漆、浮萍、牛蒡子、刘寄奴、秦艽、旋复花、紫菀、佩兰、麻黄、马齿苋、郁李仁、五加皮、蒲黄、淫羊藿、芫花、鱼腥草、桑白皮、葶苈子、香橼、桂枝、矮地茶、莱菔子。

②中焦（25味）：海金沙、芦根、淡竹叶、薏苡仁、玉米须、白茅根、丝瓜络、车前子、番泻叶、黄芪、杜仲、茯苓、猪苓、罗布麻、垂盆草、半边莲、白术、泽泻、女贞子、鸭跖草、木贼、通草、玄参、生地黄、川牛膝。

③下焦（39味）：知母、金钱草、黄芩、益母草、泽兰、甘遂、京大戟、决明子、苦参、儿茶、防己、昆布、刺蒺藜、路路通、茵陈蒿、川楝子、拳参、蔚蓄、虎杖、羊蹄、白薇、香加皮、汉防己、关木通、赤芍、连翘、栀子、白花蛇舌草、桑寄生、桑枝、商陆、王不留行、草薜、石韦、牛膝、牵牛子、黄柏、枳实、槟榔。

2.3.2 中药药性-有效成分关联分析 中药药性与有效成分关联分析采用数据挖掘技术中的关联规则算法，支持度（support）与置信度（confidence）是此算法两个重要属性。支持度：P（xuY），表示x和Y这两个项集在事务集D中同时出现的概率；置信度：P（Y|x），表示在出现项集x的事务集D中，项集Y也同时出现的概率。两者分别代表关联规则的有用性与确定性。本研究对上焦、中焦、下焦利水功效中药的性、味与有效成分数据集进行数据挖掘，呈现中药药性有效成分的关联规律。现以归属上焦中药（26味）为例，详细表述中药药性有效成分的关联关系，并分析关联规律。中焦、下焦利水功效的关联关系与分析亦同。

利用SAS 9.1.3的Enterprise Miner模块对归属上焦的利水功效中药的药性与有效成分之间的关联规则进行分析。为了保证药性与有效成分分析具有一定的重复性，并对药性分类准确预测，设置支持度不小于6%，置信度不小于30%。分析结果显示，药性温与有效成分黄酮、萜关联最为密切，支持度均为11.11%，置信度均为50%。其他关联较为密切的是温苯丙素、平黄酮、寒-黄酮、温-生物碱、平-生物碱、平-挥发油等频繁集。见表5。

用同样的方法对归属上焦的利水功效中药的药味与有效成分之间的关联规则进行分析，药性辛与有效成分黄酮关联最为密切。苦-黄酮、辛-萜、辛-苯丙素、辛-生物碱、苦-萜、甘-黄酮、甘-萜、甘-生物碱等频繁集的关联密切程度依次递减。见表6。

为更好地呈现归属上焦中药的四性、五味与有效成分三者之间的关联规则，以NetDraw软件为工具，基于不同归经中药的性、味与有效成分数据信息，构建归属上焦利水功效中药的药性、药味与有效成分关联网络图谱。其中，药性用圆形代表，药味用方框代表，有效成分用三角代表。圆形、方框、三角的形状越大（小），代表出现的频次越高（低）。由图1所示，并结合表5、6可知，归上焦利水中药以性温、味辛为主，有效成分以黄酮类居多，萜类其次。

与上焦26味中药药性有效成分关联分析过程一样，对中焦、下焦中药数据集进行处理。结果显示，归中焦利水功效中药以性平、味甘为主，其有效成分以萜类居多，甾体类其次；归下焦利水功效中药以性寒、味苦为主，其有效成分以萜类居多，黄酮类其次。

3、讨论

基于关联规则的数据挖掘技术是发现隐藏在海量数据中知识关联的重要方法，广泛应用在中医药研究各个领域。它将传统文献规范化、系统化，揭示其内在关联关系，对促进中医药现代化研究具有重要的现实意义。但是传统中医药文献所载的中药性味、归经等有诸多意向判断内容，具有自身特殊性。针对中药药性等一些不确定性因素，数据挖掘技术在中医药领域应用仍需进一步研究与探索。

本项研究以相关中医古籍、中医现代文献为基础，通过资料检索收集、整理与统计，以不同归经的90味常见利水中药药性有效成分为核心，利用关联规则的数据挖掘技术，系统揭示两者的关联性。此方法基于事实，科学可行，对研究中药药性与有效成分的作用规律提供了新的思路和借鉴。