运用数据挖掘总结中药外治治疗化疗相关手足综合征及其网络药理学分析

邵文博，李韬芝，于 然，孙适然，袁淳晟，程志强

（1. 北京中医药大学，北京 100029；2. 中日友好医院 中西医结合肿瘤科，北京 100029）

手足综合征（hand-food syndrome，HFS）是一种由化疗药物引起的手足部皮肤不良反应，临床表现为手足皮肤颜色暗沉、水泡、皮肤开裂、脱皮、肿胀等，严重者甚至指甲脱落[1，2]。目前HFS 发病机制尚不清楚，可能与COX 炎症受体、卡培他滨药物累积、酶和转运体代谢有关[3，4]。由于发病机制尚未明确，故而没有有效的干预措施。对于发生严重HFS 的患者只能予以减药、停药，极大影响了患者治疗进展。中药外用泡洗手足在临床运用中发挥了一定疗效，不仅缓解HFS患者症状，使其治疗过程得以连贯，同时生活质量也得到较大提升[5]。中药外用治疗HFS分子机制尚不明晰，现代医家组方均借鉴典籍经方或临证经验。通过数据挖掘我们可以在纷繁的中药组方中揭示核心处方，对于新药的开发具有指导意义；网络药理学分析可以揭示相关外用中药发挥作用背后的分子机制。

1 资料与方法

1.1 中药外治数据挖掘与关联分析

以“手足综合征”“手足皮肤反应”及“中药治疗”“中医”为关键词，检索中国知网（cnki）、万方数据库（Wan-Fang）、维普（VIP）三个数据库，将用于治疗因化疗引起HFS 的相关中药外洗方录入Excel，并根据《中国药典》统一药名。对使用频次大于10 次的中药采用SPSS clementin11进行关联规则分析，筛选出关联度最强的中药组合。

1.2 中药外治潜在靶点预测

对关联强度最强的中药组合进行靶点预测。使用中药系统药理学数据库和分析平台（TCMSP）[6]对所有高关联性中药进行成分检索，由于本研究中药为外治使用，故设定限制条件：①成药性（Drug-likeness，＞0.18）；②-2＜AlogP＜5（Lipinski 五规则），对所收集到的化学成分进行筛选。同时使用Chemmapper 数据库对中药成分进行分子对接。

1.3 HPS相关靶点获取

在药物不良反应靶点分类系统（adverse drug reaction classification system-target profile，ADReCS-Target）以 引 起HFS 药 物（“5-fluorouracil”、“Doxorubicin”、“capecitabine”、“Cytarabine”、“Docetaxel”）为关键词，检索引起皮疹、红斑、神经毒、皮肤毒、感觉异常、皮肤表皮异常等靶点。

1.4 中药外治与HFS 相关靶点蛋白相互作用网络构建（PPI）

使用STRING数据库对中药外治与HFS共同靶点进行蛋白互相作用分析。

1.5 关键靶标分析及通路富集

使用R 3.6.1“cluster profilter”包进行基因本体数据GO 和KEGG 富集分析，以P＜0.05 为筛选条件，筛选出中药外洗干预HFS的可能生物学过程及通路。

2 结果

2.1 检索结果

共检索出中药外洗治疗HFS 相关文献115 篇，经筛选得出75个中药外治组方（图1），其中频数大于10次的中药共15 种，经关联规则分析，关联强度最强的中药分别为黄芪、红花、当归、桂枝（图2）。

图1 检索文献流程图

图2 中药网络关系图

2.2 中药外治对应靶点

分别以“黄芪”、“红花”、“当归”、“桂枝”为检索词，在TCMSP数据库中检索药物相关靶点，汇总并去重后共获得90个化合物，其中黄芪为40个化合物，当归为5个化合物，桂枝为5个化合物，红花为30个化合物。将每个化合物的smiles结构或立体结构输入Chemmapper进行分子对接，得到对应靶点。

2.3 HFS相关靶点

检索ADReCS-Target 数据库，获得HFS 相关靶点630个。将中药有效成分靶点与HFS相关靶点匹配后，得到中药活性成分与部分HFS靶点（表1）。

表1 中药-成分-靶点总结

2.4 PPI蛋白互作网络构建与网络拓扑分析

通过ADReCS-Target 数据库得到HFS 相关靶点630个，中药与HFS 共同靶点8 个，将HFS 与中药共同的靶点录入STRING 平台，分析其构建的PPI 网络，并进行Cytoscape3.7.1 网络拓扑结果分析，得出核心靶点6 个：分别是PRSS1（丝氨酸蛋白酶1）、DPYD（二氢嘧啶脱氢酶）、HTR1B（5-羟色胺受体1B）、CALY、ADRB1（β1肾上腺素受体）、GRIK2（红藻氨酸离子能谷氨酸受体2），其中ADRB1为最重要靶点。通过PPI蛋白互作分析，得到10个中药治疗化疗致HFS 相关靶点，分别是PRKACA（蛋白激酶A 催化亚基抗体）、UQCRH（泛醌细胞色素C还原酶铰链蛋白）、DRD2（多巴胺受体D2）、PNPO（吡哆胺-5'-磷酸氧化酶）、ADRA2A（α-2A 肾上腺素能受体）、DRD3（多巴胺受体D3）、DRD5（多巴胺受体D5）、DRD1（多巴胺受体D1）、DRD4（多巴胺受体D4）、MTNR1B（褪黑素受体1B）。

2.5 GO富集分析和KEGG通路分析

对中药外治治疗HFS 进行GO 富集分析，靶点主要富集在神经传导、神经递质相关的功能信号，以及一系列G蛋白相关的信号功能，将富集结果前20 保留并作图显示。结果如下：富集最多的3 个信号功能为儿茶酚胺信号转导（catecholamine binding）、神经传导受体活性（neurotransmitter receptor activity）、G 蛋白偶联胺受体活性（G protein-coupled amine receptor activity）（图3）。

图3 靶点功能富集

图4 所示KEGG 通路富集分析结果：中药可能通过作用于以下通路发挥治疗HFS的作用，分别是神经刺激配体受体作用通路（neuroactive ligand-receptor interaction）及cAMP信号通路（cAMP signaling pathway）。

图4 KEGG通路富集分析

3 讨论

《素问·至真要大论》载“内者内治，外者外治”，该理论为中医外治法框架的形成奠定了基础。HFS 属外部皮肤反应，而中医认为HFS 属“血痹”范畴，《黄帝内经》曰：“血凝于肤者为痹”，“邪入于阴，则为血痹”。本虚标实为痹证的主要病机特点，临床治疗仍需结合他症辨证论治，故中药外治当以益气养血、温经通络为主，同时兼以凉血解毒[7，8]。中医外治法可经体表给药就近透邪，直达病所，迅速解决患者病痛。《理瀹骈文》中云：“外治之理，即内治之理，外治之药即内治之药，所异者法耳”，阐述了外治法与内治法的一致性，并且中医外治法可减少口服药物对消化道的刺激，提高患者用药的依从性。

本研究通过对既往使用中药外治治疗HFS 文献进行数据挖掘及分析，得出治疗HFS 最常用的外治中药为黄芪、当归、桂枝、红花，此四味药均起益气温经，和血通痹之效。其中黄芪、桂枝为黄芪桂枝五物汤的核心用药，并且多篇文献也有提示黄芪桂枝五物汤外用可增强机体抵抗力，减少HFS 不良反应，同时营养神经，改善微循环，对于HFS有较明显的临床疗效[9～11]。

通过中药靶点预测，当归未发现与HFS 重合靶点，其余三味中药黄芪、红花、桂枝中存在多种成分用于治疗皮疹、黏膜炎及改善神经功能，这提示除当归未见明显通路富集，红花、桂枝主要富集在胺相关G 蛋白偶联受体通路上，起到G 蛋白偶联的胺相关活性，桂枝、红花及黄芪有明显温通的作用，结合HFS 疼痛、色素沉着、皮肤破溃、炎症的临床表现，温通可能是其最重要的治疗原则。

通过PPI 分析得出ADRB1（β1 肾上腺素受体基因）是治疗HFS 最重要的靶点，多项研究显示ADRB1 多态性与心血管相关，但与局部微血管的关系尚不明确，仍需进一步实验。该靶点对应成分为桂枝中的表儿茶素，表儿茶素属儿茶类化合物中一种，具有明显抗炎、抗感染[13]及神经保护的作用。

基于上述机制分析及讨论，得出结论中药-桂枝-表儿茶素-ADRB1 基因靶点-胺相关G 蛋白偶联受体通路可能是中药干预HFS 的中药机制链，可有效改善HFS 疼痛、神经障碍、皮肤破溃、炎症等症状。

本研究通过文献挖掘结合网络药理学的研究思路，归纳总结中药外治化疗相关性HFS的常用药物，并对这些核心药物的分子机制进行预测分析。核心药物的筛选主要基于数据挖掘类研究的结果，由于纳入的文献数量有限，可能对结果存在一定影响。本研究得出HFS 潜在治疗通路仅为计算机富集得到，且只探索该疾病主要通路机制之一，还有很多靶点及通路未富集到，但并不代表其没有作用，通过网络药理学预测得到的靶点及其潜在的分子机制，有待通过试验进行科学的验证。