基于数据挖掘和网络药理学的中成药治疗胸痹配伍规律及潜在机制研究

姚昆鹏，刘起立，张道平，石 静，蔡子杰，蔡虎志，陈新宇，*

(1.湖南中医药大学，湖南 长沙 410208；2.湖南中医药大学第一附属医院，湖南 长沙 410007)

胸痹是指以胸部闷痛，甚则胸痛彻背，不得平卧为主要表现的一类病证。中医学对胸痹的记载始见于《灵枢·五邪》，曰：“邪在心，则病心痛。”[1]历代医家对胸痹分别加以论述，并提出“猝心痛”“厥心痛”“真心痛”等病名，直至仲景《金匮要略》方才提出“胸痹”之名称，并将其病机归纳为“阳微阴弦”[2]。由于轻者表现为胸部闷痛，呼吸不畅，重则胸痛剧烈，冷汗淋漓，现代医学多将其归属于冠心病范畴[3-4]。截至2020年，流行病学统计显示，中国心血管疾病患病人数3.3亿，其中冠心病患者高达1 100万人[5]。冠心病全称动脉粥样硬化性心脏病，现代医学将其分为慢性冠脉病与急性冠状动脉综合征。冠心病具有高发生率、高病死率的特点，且不稳定型心绞痛及急性心肌梗死的患病人数逐年上升[6]。由于心肌细胞损伤的不可逆性，冠心病患者的预后较差，生活质量下降。若出现急性心肌梗死，甚则危及患者生命。

目前现代医学多予以药物、冠脉支架植入术、冠状动脉搭桥术等方法进行干预，但大量研究表明，仍有患者不能耐受上述治疗，或存在复发等不良后果[7]。中医药具有低毒副作用、效佳价廉的特点。随着近年来对传统医药研究的深入，多种中成药制剂也投入到冠心病的临床治疗中。2020年版《中华人民共和国药典》(以下简称《中国药典》)是国家药品监督管理局国家药典委员会颁布的法典，旨在提升药物治疗、保障用药安全。通过文献检索发现，已有对药典所收录的中药饮片的归类及组方配伍的相关研究，或对其收录的成方制剂或单味制剂进行数据挖掘[8-11]，鲜少见到针对胸痹这一中医病证名的中成药数据挖掘，并探析其潜在作用机制。本研究以2020年版《中国药典》(一部)中治疗胸痹的中成药的成方名称、中药成分、性味归经、功能与主治为研究对象，采用数据挖掘及网络药理学方法，探索《中国药典》收录的治疗胸痹的中成药制剂的用药特点，并分析其潜在分子机制，为中医药治疗胸痹及新药研发提供新思路。

1 资料与方法

1.1 数据来源

根据2020年版《中国药典》(一部)中“成方制剂和单位制剂”部分的药物索引，依次在逐个药物的功能与主治中选取关键词为：“胸痹”“猝心痛”“厥心痛”“胸闷”“胸痛”“胸痹心痛”“冠状动脉粥样硬化性心脏病”“冠心病”“心绞痛”“心肌梗死”等用于治疗胸痹的中成药。对于剂型不同但药方及药量一致的方剂，如：稳心片、稳心颗粒、稳心胶囊计为1个中成药。

1.2 数据筛选与处理

采取双人输入，第三人校对审核的方式。将符合“1.1”项下条件的中成药方中的方剂名称、功能与主治及中药成分录入Microsoft Excel 2016，建立胸痹中成药数据库；参考2020年版《中国药典》(一部)对纳入的中药名称进行统一规范，如“九节菖蒲”“菖蒲”规范为“石菖蒲”，“炒乳香”规范为“乳香”，“炒没药”规范为“没药”，并依据2020年版《中国药典》(一部)及“十二五”规划的《中药学》教材进行性味归经、药物分类等。

1.3 数据处理与分析

1.3.1 用药规律的分析与预测 对“1.2”中录入的数据进行统计，运用Microsoft Excel 2016、IBM SPSS Modeler 15.0及IBM SPSS Statistics 25进行如下处理。

(1)频数统计。采用Excel表格对纳入数据进行频数分析，统计各中成药的频数、性味归经及功效分类，并提取高频药物，初步归纳出中成药治疗胸痹的用药规律及高频药物群。

(2)药物关联度分析。运用IBM SPSS Modeler 15.0中Apriori算法对使用频次排名前20的中药进行关联规则分析，设置条件：最小支持度为10%，最小置信度为65%，最大前项数为5。核心药对18个。全部药物组合的提升度都大于1，表明上述药物组合在统计学上均有意义，按照置信度从大到小排序。

(3)聚类分析。将数据导入IBM SPSS Statistics 25软件中，对高频药物进行系统聚类分析，选择聚类方法为组间联合、皮尔逊相关性，最小聚类数5，最大聚类数10，得到中药聚类组合及聚类分析谱系图。

1.3.2 网络药理学对药物的深度分析 将“1.3.1”中所得的核心药物，在中医药系统药理学平台(TCMSP，http：//tcmspw.com/tcmsp.php)先后进行有效成分筛选，同时在GeneCards、OMIM、PharmGkb、TTD、DrugBank数据库，使用“Coronary heart disease”作为检索词获取冠心病的相关靶标，再绘制韦恩图构建中药-疾病交集靶点，在Cytoscape 3.7.1中构建药物-疾病-靶基因网络图，并将基因提交至STRING网站绘制蛋白质相互作用关系图，再利用R3.6.1软件进行GO富集分析和KEGG通路富集分析，预测2020年版《中国药典》(一部)中治疗胸痹的最高频药物的可能作用机制。

2 结果

2.1 药频统计

经过数据搜集、筛选与整理，在2020年版《中国药典》(一部)中共选取到135个中成药制剂，其中65个为剂型不同但药方一致，予以合并，共计81个有效中成药处方。对符合纳入标准的81个有效中成药处方的135味中药进行频数统计、性味归经及药物功效分类统计，结果如下。

2.1.1 纳入药物使用频次分析 经过筛选，最终纳入中成药制剂81个，涉及135味中药，药物总频次511次。使用频次大于10次的中药命名为高频药物，共计11味，由多到少排列依次为丹参、川芎、三七、冰片、黄芪、人参、赤芍、红花、葛根、麦冬、山楂，见表1。

表1 《中国药典》治疗胸痹中成药的高频药物统计

2.2.2 纳入药物性味归经频次分析 将纳入药物的四气、五味、归经数据进行频次分析。药物在四气中所占比重从大到小依次为温(47次)>寒(42次)>平(36次)>凉(6次)>热(4次)，见图1A。药物在五味中所占比重从大到小分别为苦(65次)>辛(55次)>甘(48次)>酸(14次)>咸(11次)>涩(7次)>淡(3次)，见图1B。药物归经按频次从多至少依次为肝经(73次)>心经(61次)>脾经(49次)>肺经(45次)>肾经(44次)>胃经(33次)>大肠经(15次)>胆经(10次)>膀胱经(8次)>心包经(4次)>三焦经(2次)>小肠经(1次)，见图1C。

图1 《中国药典》治疗胸痹中成药药物的四气、五味、归经统计

2.2.3 纳入药物功效分类 符合纳入标准的药物，按照作用分类，可以分为17类，其中补虚药频次居首位，药味达30味，频次达130次，频率为25.44%，余下依次为活血化瘀药、开窍药、清热药、理气药、解表药、止血药、平肝熄风药、消食药、收涩药、安神药、化痰止咳平喘药、利水渗湿药、温里药、攻毒杀虫止痒药、祛风湿药、涌吐药，具体见表2。

2.2 关联分析与聚类分析

2.2.1 《中国药典》中治疗胸痹常用药的关联分析 运用IBM SPSS Modeler 15.0 对所有药物用Apriori算法进行关联规则分析，设置最小支持度为10%，最小置信度为65%，最大前向项数为5，置信度由高到低排序，共核心药对18个,见表3。

表2 《中国药典》中成药治疗胸痹药物的分类统计分析

表3 《中国药典》中成药治疗胸痹药物组合的关联规则分析

2.2.2 《中国药典》中治疗胸痹常用药的聚类分析 将频数>10的药物列为高频药物，共计11种，导入IBM SPSS Statistics 25中，对高频进行聚类分析，选择聚类方法为组间联合、皮尔逊相关性，最小聚类数5，最大聚类数10，结合中医学相关理论，得到4个中药聚类组合，见表4、图2。

表4 《中国药典》中成药治疗胸痹药物的聚类组合

图2 《中国药典》中成药治疗胸痹药物的聚类分析谱系图

2.3 网络药理学分析——核心药物治疗胸痹的潜在作用机制分析

2.3.1 核心药物的靶标预测结果 通过数据挖掘分析，丹参、川芎、三七的使用频率最高，且在关联规则分析中丹参、川芎、三七也均出现在药味组合中，因此将上述三味药物定义为核心药物。在中药系统药理学数据库分析平台(TCMSP，http：//tcmspw.com/tcmsp.php)检索核心药物的活性成分和作用靶点，并根据口服生物利用度≥30%以及类药性≥0.18，除去重复项和未存在的映射关系，筛选出77个有效成分、242个作用靶点。通过GeneCards、OMIM、PharmGkb、TTD、DrugBank数据库，使用“Coronary heart disease”作为检索词获取冠心病的相关靶标，得到作用靶点，见表5。除去重复靶点，最终获得疾病靶点数7 337个。

表5 冠心病相关靶标

2.3.2 核心药物治疗冠心病的蛋白、基因分析 通过Venn图得到核心药物的活性成分与疾病的交集靶点180个，利用STRING(https：//string-db.org/)数据库获取蛋白互作关系，得到PPI网络，最后利用Cytoscape软件构建疾病-药物-活性成分-靶点网络，外圈代表药物的成分，内圈代表作用靶点，靶点越大表明药物对应靶点越多，见图3。PPI网络图中靶蛋白之间作用关系的强弱与靶蛋白对应的颜色深浅以及蛋白之间连线的粗细、颜色深浅呈正相关。

图3 核心药物-有效成分-靶点网络

2.3.3 核心药物治疗冠心病的GO及KEGG富集分析 通过数据库Bioconductor(http：//bioconductor.org/)对核心药物治疗胸痹作用的靶标进行基因Symbol的ID转换，运用R 语言的 ClusterProfiler、org.Hs.eg.db、enrichplot、ggplot2包进行GO和 KEGG富集分析，GO分析共获得涉及BP(生物过程)2 509个，CC(细胞组分)112个，MF(分子功能)238个，取前10绘制GO富集分析气泡图，见图4A。其中点越大则富集基因越多，P值越小颜色越深，代表与核心药物组合治疗冠心病关系越密切。主要涉及药物反应、氧化应激反应、细胞化学应激反应、金属离子反应等生物过程。KEGG通路富集获得172条信号通路(P<0.05)，取前30条绘制气泡图，见图4B，主要涉及PI3K-Akt、IL-I7、HIF-1等通路。

图4 核心药物潜在靶点的GO、KEGG分析

3 讨论

张仲景在东汉时期已提出胸痹之病机为“阳微阴弦”，即胸中阳气虚衰，下焦阴寒内盛。根据频数分析，在2020年版《中国药典》(一部)中成药制剂中，用于治疗胸痹的药物多归肝经、心经，且其性味多呈温性、寒性、苦味、辛味，核心药物中以补虚药、活血化瘀药居多。自古以来医家多认为胸痹虽病位在心，而与肝脏关系密切，肝主条达，气机不睦则心血不行，或生痰热，或滋寒湿，故用药不离寒温两端，或以温心肺阳气，或以清火化痰。苦味降心火，辛味破阴结。从病机而言，胸痹之罹患，初以痰浊、水饮、瘀血等为因，为邪实，故以攻法；迁延日久，则见正气亏虚，气血阴阳俱损，宜施补法。由此观之，中成药治疗胸痹多以扶正补虚为基本治法，兼顾活血、理气、清热，在此基础上针对瘀血、痰浊等病理产物加以干预。《圣济总录》在“治胸痹诸方”“治猝心痛方”中运用通气汤、桂姜丸、木香丸等来治疗胸痹，观其方具有芳香理气、活血通窍之功[12]。通过对数据进行关联分析，发现丹参、川芎、三七、红花、赤芍、黄芪等为核心配伍，由此可知2020年版《中国药典》(一部)治疗胸痹的中成药制剂多以益气活血清热为立方之法。聚类分析得到4个药物组合，即川芎-红花-赤芍、丹参-黄芪-葛根-山楂、人参-麦冬、三七-冰片。从结果来看，活血、益气、清热、滋阴为胸痹之经典治法，在此基础上配合调脂、开窍、行气。胸痹患者多为青老年人，嗜食肥甘厚味，疏于养护摄生，厚味肥甘易生痰浊，阻滞脾胃气机，形成恶性循环，痰浊、瘀血为阴邪，性守地而不行，壅塞之处，经络不通，四肢九窍，无不入者[13]。人多清窍，其气虚、血虚、阴虚、阳虚之态，常易酿生瘀血、痰浊，人之欲念繁多，最易肝气不得疏泄，气机失于条达，诸多病理产物不运，清窍不利，故常须佐以调脂、开窍、行气之品[14]。相关研究表明，现代医家治疗胸痹心痛多运用活血养血、补益心气、化浊祛痰之品[15]。通过药物对病机进行推演，胸痹的病机以正气虚衰为主，兼以瘀、热、痰、毒。现代研究表明，冠心病的发病机制与脂质沉积、血栓形成、炎症-纤维增生性反应以及内皮细胞功能障碍有关[16-19]。本文研究的核心药物丹参、川芎、三七均为活血止血之品，而又各有侧重，丹参、川芎主活血化瘀，三七化瘀止血，兼有补虚之功，恰与脂质沉积、血栓形成的机制相合。

通过数据挖掘分析，发现中成药治疗胸痹以扶正补虚为主，兼以活血、理气、清热，然而对其作用靶点与机制不甚清楚。进一步进行网络药理学分析，通过以“Coronary heart disease”作为关键词，共筛选出77个化学成分、242个作用靶点，得到核心药物的活性成分与疾病的交集靶点180个，核心药物组合的关键靶点主要是PTGS2、ADRB2、NCOA1、RXRA、CHRM3、SCN5A，主要涉及PI3K-Akt、TNF、IL-17、HIF-1等信号通路。在PI3K-Akt通路中，又与ERK、PKCs、eNOS、Bcl-2、Caspase9等靶点具有较大联系。研究表明，丹参含有多种生物活性成分，其中丹酚酸B、丹参酮IIA作为两个主要成分，在心肌梗塞小鼠模型中，通过调节一氧化氮(NO)及其合酶(Endothelial Nitric Oxide Synthases，eNOS)的途径发挥舒血管作用，并通过刺激MAPK/Akt磷酸化，抑制心脏肥大，减少梗死面积[20-21]。ERK、PKCs、Caspase9是PI3K通路的经典下游分子[22]。在缺氧条件下，细胞对外界做出创伤应激反应，在一定程度上加剧缺氧及器官损害，川芎嗪作为川芎的根茎提取物具有抑制该病理过程的作用[23]。进一步研究发现，川芎嗪通过激活HIF-1α/JNK/P38通路，显著提高了缺氧相关蛋白HIF-1α、BNIP3和IGFBP3的水平，上调了Caspase9、Caspase3的表达，从而达到保护缺氧心肌细胞的作用[24]。诸多学者对丹参和三七的中药单体及复方做出了探索，研究表明，三七总皂苷通过激活有丝分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-Activated Protein Kinases，MAPK)细胞内信号通路，调控GATA转录因子中多种蛋白激酶的表达，发挥促进细胞增殖与分化作用[25]。一项对三七与丹参的合方结果表明，其作用机制可能与调节体内脂代谢相关[26]。综上所述，中医药治疗胸痹，具有多方位、多靶点的特点，核心药物丹参、川芎、三七或可成为中医药治疗胸痹的下一阶段研究方向。

本研究初步探索了2020年版《中国药典》(一部)中成药制剂治疗胸痹的组方用药规律及相关疾病的作用靶点及通路，为新药开发及临床组方用药提供了一定的借鉴意义。在探究过程中，课题组总结出本研究存在以下不足：其一，由于疾病靶点数据库的收录缘故，无法以中医病证名“胸痹”作为关键词进行检索，仅能以西医病名“Coronary heart disease”获取疾病靶点。胸痹与冠心病之证候相似，二者却并不完全等同，胸痹以症状作为病名，范围更为宽泛，其疾病靶点理论上多于冠心病。限于目前对传统医学的相关研究不足，待后续数据库完善，可进行补充。其二，由于篇幅的有限性，在关联与聚类分析以及网络药理学研究部分，着重对高频药物以及核心药物进行了分析，由于中药具有多靶点、全方位作用的特点，后续亦可以对本文中非高频药物、非核心药物进行相关研究，以期更好地指导胸痹的临床治疗。