基于数据挖掘和网络药理学探讨心脏X 综合征的用药规律及核心药物作用机制

马 茜,杨志华,陈浩佳,黄芷环,刘 宇,王贤良

心脏X 综合征(CSX)是指具有典型心绞痛症状,心电图和(或)运动平板试验阳性,而冠状动脉造影正常,同时可排除冠状动脉痉挛的一类临床综合征,又称为微血管性心绞痛。现代医学对心脏X 综合征的发病机制尚未完全明确,研究认为可能与冠状动脉微血管内皮细胞功能障碍、冠状动脉血流储备能力下降、心内膜下心肌缺血与心功能损伤、心脏疼痛敏感性异常、自主神经功能紊乱、炎症反应、雌激素缺乏、胰岛素抵抗等有关[1]。目前西医治疗心脏X 综合征,多以心绞痛论治,对症予以硝酸酯类、β-受体阻滞剂、钙通道拮抗剂等药物,但单纯西药治疗缺乏针对性药物,疗效不甚理想。中医学并没有关于心脏X 综合征病名的记载,按照其临床表现,归属于“胸痹”“心痛”等范畴,应用中医药治疗在改善病人临床症状、提高病人生活质量方面显示出了一定的优势。本研究通过检索中国知网、维普、万方数据库中收录的关于中药治疗心脏X 综合征的临床文献,以挖掘中医药治疗心脏X 综合征的用药规律并分析核心药物可能的作用机制,以期为心脏X 综合征的临床治疗及新药研发提供参考。

1 资料与方法

1.1 文献检索策略 分别以“心脏X 综合征”合并“中医”;“心脏X 综合征”合并“中药”;“微血管性心绞痛”合并“中医”;“微血管性心绞痛”合并“中药”为关键词,在中国知网、维普、万方数据库中进行全文检索,通过人工手动筛选出符合纳入标准的文献,共84 篇。

1.2 文献纳入和排除标准

1.2.1 纳入标准 ①临床研究报道[包括随机对照试验(RCT)和临床验案报道];②明确诊断为心脏X 综合征;③采用中药(包括方剂和中成药)治疗;④方药记载完整。

1.2.2 排除标准 ①动物实验研究文献;②重复发表的文献(纳入发表时间最早的一篇);③重复使用同一方剂的文献(仅纳入一篇);④中药配合其他中医疗法(如针灸、推拿、按摩等)治疗心脏X 综合征的文献。

1.3 中药规范 处方中出现的以产地、炮制方法命名的中药以及使用别名的中药,参照全国高等中医药院校规划教材《中药学》进行规范[2]。统计时对药名进行统一,例如:“仙灵脾”统一为“淫羊藿”,“云苓”统一为“茯苓”,“瓜蒌皮”统一为“瓜蒌”等。

1.4 数据分析与处理 将筛选后的处方录入到由中国中医科学院中药研究所提供的中医传承辅助平台软件(2.5 版),为确保数据录入的准确性,在录入过程中,由两名研究者对每个方剂中的中药进行逐个核对。运用中医传承辅助平台首先对录入的中药进行频次统计;其次,根据所纳入的处方数目,将支持度个数设置为20,置信度设置为0.6,进行组方规律分析,挖掘中医药治疗心脏X 综合征的核心药物。将治疗心脏X综合征的核心药物输入到中药作用机制在线分析体系BATMAN-TCM[3],探讨核心药物治疗心脏X 综合征的可能作用机制。

2 结 果

2.1 用药频次分析 共纳入符合条件的处方84 首,对纳入的方剂进行中药用药频次统计,共得到140 味中药,使用频次＞10 次的中药有22 味。详见表1。

表1 140 味中药用药频次＞10 次的中药分布 单位:次

2.2 药物基本信息分析 对140 味中药的四气、五味和归经进行统计分析。药性分析显示,温性药使用最多,药用频次369 次,频率为47.80%;五味中苦味药使用最多,药用频次385 次,频率31.84%;药物归经占前3 位的依次是肝、心、脾。详见表2～表4。

表2 140 味中药四气频次分布(n =773)

表3 140 味中药五味频次分布(n =1 209)

表4 140 味中药的药物归经频次分布(n =2 049)

2.3 关联规则分析 根据中药处方的数目并结合中药数量及药物组合频次,将支持度设为20,置信度设为0.6,点击中医传承辅助平台的“药物模式”,得到药物组合7 对,包含中药6 味,将药物组合按照出现频次由高到低排序(见表5)。点击中医传承辅助平台的“规则分析”,得到6 条药物组合规则(见表6),核心药物包括丹参、川芎、瓜蒌、红花、当归5 味中药。

表5 处方中使用频次≥20 次的药物组合 单位:次

表6 处方中使用频次≥20 次药物组合的关联规则(置信度≥0.6)

2.4 基于BATMAN-TCM 分析核心药物治疗心脏X综合征的潜在作用机制[3]

2.4.1 分析核心药物的疾病富集 将“Score cutoff”设为100,“AdjustP-value”设为0.01,发现核心药物富集的疾病共有193 种,其中与心脏X 综合征有关的有8 种。详见表7。

表7 核心药物富集的与心脏X 综合征有关的疾病

2.4.2 分析核心药物治疗心脏X 综合征潜在的信号通路 在潜在靶点的生物信息学分析结果中,核心药物富集的KEGG 信号通路有126 条,其中潜在参与心脏X 综合征的通路13 条(见表8),最有可能发挥作用的通路包括:血管内皮生长因子信号通路(VEGF signaling pathway)、酪氨酸激酶受体信号通路(ErbB signaling pathway)、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶信号通路(PI3K-Akt signaling pathway)、钙离子信号通路(calcium signaling pathway)、环鸟苷酸依赖的蛋白激酶信号通路(cGMP-PKG signaling pathway)、雌激素信号通路(estrogen signaling athway)。核心药物的部分靶点-通路-疾病网络可视图详见图1。

表8 核心药物潜在参与心脏X 综合征的信号通路

图1 靶点-通路-疾病网络可视图

3 讨 论

当前流行病学对于心脏X 综合征尚无大样本调查,且现代医学对该病发病机制的认识尚不十分清楚。依据其临床表现,中医学将其归为“胸痹”“心痛”范畴,也有学者将其归为“络病”的范畴,认为冠状动脉微循环系统与“孙络”在生理、病理、解剖学与功能学上可能具有相关性[4-5]。心脏X 综合征的中医辨证分型尚未明确规范统一,有研究表明,微血管性心绞痛中医证候要素有血瘀、气滞、气虚、痰浊等[6],且中医证候要素的分布在年龄、性别上存在差别[7]。中医证候类型有痰瘀互结证、心血瘀阻证、气滞血瘀证、气虚血瘀证等[6]。有学者认为气滞、痰阻、血瘀是心脏X 综合征的基本病机,且贯穿整个病程[8]。尽管不同的医家对心脏X综合征的辨证分型和遣方用药不同,但对病因病机的总体认识上以“本虚标实”为主,治疗上体现以“通”为要,活血化瘀、理气化痰为治疗心脏X 综合征的基本原则。通过对84 首处方的用药规律分析得出,使用频次＞10 次的中药23 味,其中丹参、当归、红花、三七、赤芍、桃仁、白芍具有活血养血的功效,川芎、枳壳、柴胡、薤白、郁金、陈皮具有理气功效,茯苓、半夏、瓜蒌、白术具有化痰之效,黄芪、人参、桂枝、党参、甘草具有益气温阳之功。这些常用的中药具有理气、活血、化痰之功效,符合中医治疗心脏X 综合征以“通”为要的治疗原则,配伍益气温阳药,补气以行血。药物性味分析得出,药性以温性药为主,频率为47.80%;药味以苦、甘味药为主,频率分别为31.84%、31.27%;理气药、活血药性味多辛、苦、温,味辛能散、能行,行气行血;味苦能泄,入血分,行血活血;性温能通行,可行气、散结、活血。甘味药物可以缓急止痛。药用频次最高的是丹参,《本草便读》记载:“丹参,功同四物……活血之力有余,为调理血分之首药。”丹参性辛、苦、微寒,具有活血、祛瘀、止痛的功效,现代药理研究表明,丹参具有保护血管内皮细胞、抗心肌缺血、改善冠状动脉血流及微循环、抑制炎症细胞因子分泌等作用[9-10],这为丹参治疗心脏X 综合征提供了现代理论依据。

关联规则显示:处方中使用频次≥20 次的药物组合分别为:川芎-丹参,丹参-当归,川芎-当归,红花-丹参,红花-川芎,川芎-甘草,丹参-瓜蒌,可以看出这些高频次的药物组合是理气活血、活血化痰类方剂的常用药对,提示理气活血、活血化痰为心脏X 综合征的基本治法。通过药物组合的关联规则分析得出治疗心脏X综合征的核心药物为丹参、川芎、当归、瓜蒌、红花。

通过网络药理学方法分析核心药物丹参、川芎、当归、瓜蒌、红花治疗心脏X 综合征潜在的作用机制,结果发现在核心药物所富集的13 条与心脏X 综合征相关的信号通路中,最有可能发挥作用的是血管内皮生长因子、酪氨酸激酶受体、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶、钙离子、环鸟苷酸依赖的蛋白激酶、雌激素信号通路。冠状动脉微血管内皮功能障碍关系着心脏X 综合征的发生与发展[11]。研究发现,血管内皮生长因子(VEGF)能够促进增加血管通透性,刺激细胞外基质变性,促进血管内皮细胞迁移、增殖,促使血管形成[12]。被认为是生理血管、病理血管生成中关键信号转导的VEGFR-2,同时也是内皮细胞中VEGF 驱动反应的主要介质,当VEGF 与VEGFR-2 结合,其所介导的信号级联通路可以上调血管通透性的基因,改变血管内皮细胞的通透性,调控血管内皮细胞的增殖、迁移、存活,进而促进血管新生[13]。基于此,推测核心药物可能通过促进VEGF 与VEGFR-2 的结合,保护冠状动脉微血管内皮细胞,进而改善微循环障碍。ErbB 包 括 4 种 亚 型:ErbB1、ErbB2、ErbB3、ErbB4,被归为表皮生长因子受体家族,神经调节蛋白-1(NRG-1)与ErbB4/ ErbB4 同型二聚体结合,诱导PI3K/Akt 活化[14],PI3K/Akt 信号通路通过抑制线粒体通透性转换孔(mPTP)开放[15],调节细胞分化、增殖、凋亡等[16-17],抑制氧化应激作用[18],保护心肌细胞免受氧化负荷过大而引起的细胞凋亡[19-20]。核心药物可能通过调节NRG-1/ErbB 信号通路,活化下游信号PI3K/Akt,抑制线粒体内mPTP 开放,抑制氧化应激反应,防止心肌细胞损伤,进而有效治疗心脏X 综合征。此外,有研究证实,钙离子信号通路与VEGF 信号通路关系密切,这可能为钙离子稳态在微循环障碍中的作用机制研究提供新的思路[21]。cGMP-PKG 信号通路在调节血压、抑制动脉粥样硬化和抗再狭窄、抗血管损伤等方面发挥重要作用[22]。雌激素可通过增加前列环素、一氧化氮的释放,抑制内皮素-1 合成,从而扩张血管;此外,还可以促进内皮细胞增殖,抑制氧化等有害刺激引起的内皮细胞凋亡[23]。由此可以推测,核心药物通过cGMP-PKG、estrogen 信号通路,保护血管内膜、内皮细胞和心肌细胞,有效对抗心脏X 综合征。

综上所述,本研究通过运用中医传承辅助平台挖掘中药治疗心脏X 综合征的用药规律及核心药物,发现心脏X 综合征的治疗以应用具有理气、化痰、活血作用的药物为主,兼用补气之药,由此认为,心脏X 综合征以气滞、痰阻、血瘀为主要证候要素,兼有气虚,尤以血瘀最为常见,并运用网络药理学预测核心药物治疗心脏X 综合征可能的作用机制,旨在为临床应用中药治疗心脏X 综合征和基础研究提供用药参考。