中药治疗肺结核的用药规律及作用机制预测

李婷婷 刘欢庆 杜巧盈

随着医药技术的不断发展进步，我国结核病发病率有所控制。目前，肺结核的治疗主要以化学药品为主，但长期应用西药治疗会产生较大的药物不良反应，同时也容易出现多重耐药的现象。中医药辅助治疗肺结核能明显改善患者临床症状[1-2]，提高痰菌阴转率[3]。我国传统医学经过上千年的积累，已经保留了不少治疗肺结核的经典方剂，如肺腑汤、保真汤等，李志明等[4]自拟的柴竹石膏汤治疗反复发热结核病并发其他感染患者具有较好临床疗效，可见，中药汤剂治疗结核病有着重要的作用。文本挖掘(text ming)能够整合海量的中医药文献，从文本数据中发现并提取用户所需的关键信息。在多种多样的分析工具中，Rapidminer是最有潜力进行可伸缩大数据分析的平台[5]。因此，笔者采用Rapidminer 分析技术对中药治疗肺结核的文献进行分析，探索肺结核的中医临床用药规律，同时通过中药分子机制生物信息学在线分析工具(bioinformatics analysis tool for molecular mechanism of traditional Chinese medicine，BATMAN-TCM)[6]、TTD、DisGeNET 和Genecards数据库预测和筛选核心中药治疗肺结核的作用靶点，并用DAVID数据库对潜在靶点进行GO生物功能及KEGG通路分析。

资料和方法

1.文献检索：通过中国知网数据库和万方医学网检索中文文献，检索词为“肺结核”“中药”；通过PubMed数据库检索外文文献，检索词为“tuberculosis”“traditional Chinese medicine”； 检索时间限定为1998年1月1日至2018年12月31日。共检索到相关文献512篇(中文文献405篇，外文文献107篇)，最终纳入363篇(中文文献352篇，外文文献11篇)。

2.纳入排除标准：(1)纳入标准：中药复方治疗肺结核的临床研究文献。(2)排除标准：①仅以摘要形式发表的文献；②综述性文献；③只有诊断或鉴别诊断的文献；④动物实验研究文献。

3.中药名词术语：参照《中药学》[7]，中药根据功效分为解表药、清热药、泻下药、祛风湿药、化湿药、利水渗湿药、温里药、理气药、消食药、驱虫药、止血药、活血化瘀药、化痰止咳平喘药、安神药、平肝息风药、开窍药、补虚药、收涩药、涌吐药、攻毒杀虫止痒药、拔毒化腐生肌药等共21类。同时，根据《中药学》规范文献中药物名称，如元胡、玄胡归为延胡索。

4.文本挖掘分析：将下载的文献转化为“.txt格式”并以ANSI格式保存。应用Rapidminer软件对下载的文献对照关键词库进行信息提取，并按统一格式保存为便于Access数据库和SQL大型数据库处理的格式，基于频繁模式树(FP-growth)算法，对治疗肺结核的中药进行一维频次的分析和二维关系分析。利用Cytoscape 3.7软件对采集的数据进行可视化处理，形成二维关系的网络图。 应用BATMAN-TCM对高频中药进行生物信息学分析。运用治疗靶点数据库[TTD数据库、DisGeNET数据库(http://www.disgenet.org/web/DisGeNET/menu/home)、 GeneCards数据库(https://www.genecards.org/)]搜索获得结核相关靶点。将核心中药抗结核的关键靶点基因输入DAVID数据库功能注释工具中(https://david. ncifcrf.gov/，Version 6.8)进行GO(gene ontology)分析和京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)分析。

结 果

1.各类中药使用情况：对363篇文献中所涉及到的出现频次≥10的中药进行分类统计，治疗肺结核使用频次最高的是补虚药(663次)，其次为活血化瘀药(403次)、清热药(325次)及化痰止咳平喘药(282次)。

2.药物使用情况： 363篇文献中包含122味中药，使用总频次为2470次；使用频次≥10的中药共72味，使用频次排名前5位的中药为甘草(122次)、当归(102次)、生地(99次)、白芍(74次)、百部(72次)。

3.药对使用情况：将363篇文献进行药物两两联用组合的分析，将最小支持度设置为0.028，即A药与B药在分析文献中同时出现的概率≥2.8%。结果显示，两两药对出现频次最高的是甘草-当归(70次)，其次为甘草-生地(52次)，当归-生地(49次)，当归-白芍(49次)。

进一步分析中药联用情况，3味药组合出现频次较高的有甘草-当归-生地(37次)、甘草-当归-柴胡(31次)及甘草-当归-党参(31次)，4味药组合出现频次最高的是甘草-当归-生地-白芍(24次)。

4.用药规律：将最小置信度设置为0.6，即A药出现后B药出现的概率≥60%。生地、白芍配伍时当归也出现的概率为95.0%；党参、白芍配伍时当归也出现的概率为94.7%，丹参、白芍配伍时当归也出现的概率为94.7%(表1)。

表1 中药治疗肺结核的用药规律文本分析结果

5.药物联用情况：选取支持度≥0.028的药物联用数据导入Cytoscape 3.7可视化软件，显示治疗肺结核的药物联用情况如图1所示。图中节点代表中药，节点的大小代表该药物与其他药物联用得出的药物权重，权重越大节点越大；两个节点之间的连线代表中药之间的联用情况。由图1可见，与其他药物联用时甘草的用药权重最高(3.32%)，其次为当归(3.25%)、生地(1.94%)、白芍(1.88%)，可作为中医治疗肺结核的核心药物，与其他多种药物具有广泛的联用关系。

6.核心治疗中药分子靶点预测：选取核心药物甘草、当归、生地和白芍，应用BATMAM-TCM在线分析工具，将“cut-off”值设为80，“AdjustPvalue(校正P值)”设为0.05。结果显示，4味药物共包括385种已知化合物，将277种结构明确、靶点已知的化合物纳入分析，剔除各化合物重复靶点后获得作用靶点共430个。通过TTD、DisGeNET、GeneCards 数据库关键词检索，共收集到2482个结核相关靶点，然后将整理的结核疾病靶标与核心药物有效成分靶点映射筛选出共同靶点92个，见表2。对共同靶点基因进行GO富集分析(图2)，结果显示核心中药治疗肺结核的关键靶点主要富集的生物学过程为：氧化还原(21个基因)、细胞死亡(20个基因)、细胞程序性死亡(20个基因)、细胞凋亡(20个基因)。KEGG通路富集分析见图3，结果显示4味核心中药抗结核的关键靶点主要富集的通路为：癌症通路(14个基因)、白细胞跨内皮迁移(13个基因)、自然杀伤细胞介导的细胞毒性(10个基因)、ErbB信号通路(10个基因)等。表明4味核心中药活性成分的关键靶点分布于不同的通路，可通过各通路协调发挥抗结核作用。这些通路可作为未来研究核心中药抗结核机制的重要方向。

讨 论

文本挖掘已经在多个行业领域如教育、商业、生物技术等中发挥重要的作用[8]。医学领域的文章数量呈现指数级的增长，但是人们对信息的处理及分析远滞后于医学信息的增长，因此，医学领域文本挖掘的开展刻不容缓。中医药有着几千年的实践经验，已经积累了大量的信息数据。近几年，文本挖掘技术在医学领域尤其是中医药领域已经得到了广泛的应用，为分析中医证候、配伍规律提供了有力的信息技术支撑[9-10]。笔者利用Rapidminer分析软件对大量的关于中医药治疗肺结核文献数据进行分析，发现治疗肺结核的药物主要为补虚药、活血化瘀药和清热药。王胜圣等[11]调查发现肺结核的症候主要为肺阴亏虚、阴虚火旺、气阴两虚，因此，用清热药除蒸，用补虚药补气治本，而使用化痰止咳平喘药属对症治疗，与本文的分析结果一致。补虚药又分为补气药、补血药、补阴药和补阳药。补气药可补脾益气，补阴药可补充因长期消耗和虚热减为匮乏的阴液，而补血药则可填补精血，补益肺肾。而肺结核发病部位在肺部，且为慢性疾病，患者多为肾阴不足，精血不充，因此，需以补虚药治疗肺结核的阴血亏虚。有学者认为肺结核兼有血瘀的症状，通过滋阴杀虫，活血化瘀治疗肺结核血瘀阴虚型患者取得了较好的疗效[12]。伍明俊[13]应用人参、黄芪、麦冬、丹参、川芎等配伍的扶正汤对肺结核患者肝功能异常、末梢神经炎有较好的疗效。笔者通过文本挖掘分析发现，丹参为治疗肺结核常用的活血化瘀药，也证实了活血化瘀药在治疗肺结核中的作用。使用频次居第三者为清热药，肺结核的主要症状之一的骨蒸潮热便是由肺肾阴虚引起，阴虚则阳偏亢。明代龚居中编著的《红炉点雪》[14]中有云：夫痨者劳也，以劳伤精气血液，遂致阳盛阴亏，火炎痰聚。因此配伍清热药泻火退潮热，以治疗肺结核的骨蒸潮热。结核病患者脾肺气虚，津液运化不利，易生痰湿，犯于肺则咳嗽咳痰；因此，治疗肺结核时也常配伍止咳化痰药。

图中节点代表中药，节点的大小代表该药物与其他药物联用得出的药物权重，权重越大节点越大；两个节点之间的连线代表中药之间的联用情况图1 中药治疗肺结核的药物二维网络关系图

表2 核心中药治疗肺结核的部分分子靶点信息

图2 甘草、当归、生地、白芍等核心中药治疗肺结核关键靶点的GO富集分析

图3 甘草、当归、生地、白芍等核心中药治疗肺结核关键靶点的KEGG通路富集分析

通过文本挖掘发现，甘草使用频次最高，其次为当归、生地。黄洁和周建英[15]使用生甘草联合西医抗结核药品治疗继发性肺结核痰菌阳性患者发现，相较于仅用抗结核西药治疗的患者能明显改善患者的体质量指数和肺部病变吸收情况。综合分析，甘草之所以是最高频次使用药物，主要原因有三，一是甘草素有“国老”之称，能够缓和峻烈药物的毒性，二是入心肺脾经补心脾气，三是具有祛痰止咳的功效。当归性甘温，归肝心脾经，可补血亦可活血，在补血养阴的基础上行活血祛瘀之功。一般肺结核会伴有咯血的症状，使用当归补血的特性改善咯血的症状；对于血瘀阴虚行患者配伍当归则可使血瘀去，新血生。当归的有效成分当归多糖和阿魏酸是补血的主要有效成分。现代药理学研究表明，当归多糖和阿魏酸可增加血虚动物骨髓造血细胞的总量[16]。同时，也有研究显示当归可明显改善血瘀大鼠的血液流变学和凝血功能异常[17]。生地归心、肝、肾经，有清热凉血、养阴之功。《本草秘录》[18]中提到生地可凉血补血，凉中有补，遏制血的上炎之势。肺结核的主要症状之一就是反复潮热，因此，使用生地可清热凉血，去除阴虚骨蒸之热。

通过对治疗肺结核药对使用情况的分析发现，甘草-当归是最高频次的使用药对，二药同属补虚药，说明补虚培元，增强正气是治疗肺结核中最重要的治法。当归属补虚药中的补血药同时有活血的功效，肺结核的基本病机是元气亏虚、肝肾不足、精血亏耗，使用补虚药可益气生津、化阴生血，行气逐瘀、行津祛痰[19]。甘草-当归-生地3味药的高频次配伍模式及甘草-当归-生地-白芍4味药高频次配伍模式，体现了补虚药与清热药配伍治疗肺结核的配伍思路，可益气养阴、清热除蒸。分析治疗肺结核的用药规律，发现若使用生地和白芍时，配伍当归的概率为95%，基本可认为甘草-当归-生地-白芍为治疗肺结核的核心中药，同时也可根据病情适当配伍其他种类中药，如配伍清热凉血、止咳平喘、收敛止血及健脾利湿之品可肃清肺中痰瘀，防止肺气损耗；辅以解表药如柴胡、桂枝可加强宣肺止咳之效。

网络药理学是一门运用网络方法分析药物与疾病和靶点之间“多成分、多靶点、多途径”协同作用关系的药理学分支学科。中药复方制剂成分比较复杂，作用机制尚不明确，影响了中药复方制剂的临床推广和研发。凌彦博等[20]运用网络药理学的方法研究中药复方牛贝消核提取物可通过下调c-JUN末端激酶(JNK)信号通路发挥抗结核作用。笔者利用在线分析工具BATMAN-TCM获取了治疗肺结核的4味核心中药组合(甘草-当归-生地-白芍)的277种结构明确化合物的430个作用靶点，同时通过数据库收集到2482个结核相关靶点，然后将整理的结核疾病靶标与核心中药有效成分靶点映射筛选出共同靶点92个，该92个共同靶点认为是治疗结核病的4味核心中药抗结核的关键靶点。通过对这92个关键靶点进行GO富集分析，核心中药治疗结核病的关键靶点主要富集的生物学过程为：氧化还原、调节细胞死亡、细胞程序性死亡和凋亡，这些生物学过程在核心中药活性成分抗结核机制及靶点所涉及的通路都有所体现。KEGG通路富集表明，4味核心中药抗结核所涉及的通路主要包括癌症通路、白细胞跨内皮迁移、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、ErbB信号通路等，其中已有自然杀伤细胞抵抗结核分枝杆菌的报道，自然杀伤细胞具有杀灭感染细胞和清除细胞内病原体宿主的能力，在病毒和细胞内细菌的免疫应答中起着重要的作用[21]。γ干扰素(IFN-γ)能够通过激活巨噬细胞及增强杀菌活性从而抵抗结核分枝杆菌，而自然杀伤细胞是IFN-γ的重要来源[22]。Feng等[23]发现，在感染结核分枝杆菌的Rag敲除小鼠的自然杀伤细胞可通过分泌IFN-γ抵抗肺结核。对于ErbB信号通路与结核病的关系也有研究，ErbB属于EGFR家族成员，Sogi等[24]研究发现EGFR和ErbB2的小分子抑制剂吉非替尼可抑制巨噬细胞中结核分枝杆菌的生长。

综上所述，本研究中笔者使用Rapidminer技术分析得出中药治疗肺结核多以补虚药、活血化瘀药、清热药为主，且甘草、当归、生地、白芍这4味药最常配伍使用；同时运用网络药理学技术预测高频次药物甘草、当归、生地、白芍治疗肺结核的作用机制可能是通过癌症通路、白细胞跨内皮迁移、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、ErbB信号通路来实现。可见，基于文本挖掘技术及网络药理学筛选统计及预测的结果与现代医学研究相符。因此，我们可以尝试从此两种角度研究中药治疗疾病的用药规律和预测作用机制，为更深层次探索中药研究提供参考。