中药治疗慢性心力衰竭用药规律及可能机制的研究

鞠春晓，李逸雯，赵俊男，翁家俊，梅俊，王碧晴，刘玥，2，徐凤芹，3（.中国中医科学院西苑医院，北京 0009；2.国家中医心血管病临床医学研究中心，北京 0009；3.中国中医科学院老年医学研究所，北京 0009）

心力衰竭（heart failure，HF）是由心脏结构性或功能性损害引起的心室充盈或射血功能受损所导致的复杂的临床综合征[1]。慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）是心血管疾病的终末期阶段和最主要死因[2]。国内调查[3]发现，在≥35岁的成年人中，加权后HF的患病率为1.3%，较2000年增加了44%。现代医学在CHF 的药物治疗方面取得了一定突破，但住院率和生存率的改善仍不理想。中医药在防治CHF 方面，从气血出发，病证结合，调整阴阳，在提高心功能的同时，可改善患者的生活质量，取得了一定的临床疗效，值得深入研究。近年来，中国中医科学院西苑医院在中药治疗CHF 的临床研究方面取得了一定的成果。心衰1号方能够提高气虚血瘀证CHF患者的左室射血分数[4]；益气活血利水方能显著延长气虚血瘀水停证CHF患者的6 min步行距离及改善心功能[5]。本研究采用数据挖掘的方法对中药治疗CHF的用药规律进行分析归纳，对得到的核心药物组合进行网络药理学分析，初步探讨其治疗CHF 可能的作用机制，以期为今后的临床用药、基础研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 临床数据挖掘

1.1.1病例来源 全部病例均来源于2014 年1 月至2021年6月中国中医科学院西苑医院第一诊断为CHF的住院患者。

1.1.2诊断标准 心力衰竭诊断参照中华医学会心血管病学分会制定的《中国心力衰竭诊断和治疗指南2018》[6]。①病史：冠心病、高血压病、心力衰竭高危因素、使用利尿剂、端坐呼吸/夜间阵发性呼吸困难；②体格检查：肺部啰音、双下肢水肿、心脏杂音、颈静脉充盈、心尖搏动侧移或弥散；③心电图：任意异常；④胸片：肺淤血、肺水肿、心脏扩大；⑤利钠肽水平：N 末端B 型利钠肽原（Nterminal pro-BNP，NT-proBNP）≥125 ng·L-1或B型利钠肽（B-type natriuretic peptide，BNP）≥5 ng·L-1；⑥超声心动图检查：心脏结构和/或功能异常。

1.1.3纳入标准 ①医院信息系统（HIS）中第一诊断为CHF 且使用过中药治疗的住院患者；②病例治疗时间为2014 年1 月至2021 年6 月；③患者的一般情况、诊断信息、医嘱记录完整。

1.1.4排除标准 ①病例资料中包含的一般情况、诊断信息、医嘱记录不完整者；②同时合并血液系统疾病、恶性肿瘤、严重肝肾功能不全及精神类疾病等不以CHF 为治疗重点的患者；③病例资料信息不符合数据标准化要求的患者。

1.1.5数据采集与提取 由医院信息科人员和临床专业人员负责HIS 数据库的数据采集，数据采集时重点核查患者的一般信息、诊断信息和中药医嘱信息的完整性。由专业数据处理人员对原始数据进行清洗和整理，并将处理好的数据导入“中国中医循证中心心血管项目组”数据平台。利用平台导出功能，将CHF 患者的一般信息、所有中西医诊断及中药处方以Excel表的形式导出备用。

1.1.6中药名称规范化 参照《中华人民共和国药典》[7]统一处方中的中药名称，如醋香附统一为香附，蜜桑白皮统一为桑白皮，盐车前子统一为车前子，黑顺片统一为附子，醋五味子统一为五味子，醋龟甲统一为龟甲，生龙骨统一为龙骨等。

1.1.7数据录入 根据纳入和排除标准，最终纳入625 例患者、787 张中药处方。将患者的姓名、性别、西医诊断、中医病名及证候诊断、中药处方等参照“ 中医传承计算平台（Traditional Chinese Medicine Inheritance Computer System，TCMICS）V3.0”提供的导入数据Excel 模板进行整理汇总。将整理完毕的Excel表格直接上传至TCMICS。

1.1.8数据分析 ①在TCMICS“统计分析”一栏中选择性别、证候、四气、五味及归经统计，将各项结果导出Excel 表格；②在“方剂分析”一栏中选择药物频次统计，将结果导出Excel 表格；③关联规则：在“方剂分析”一栏中选择关联规则，对上传的处方进行药物组合分析，支持度个数设置为120，置信度设置为0.75，将结果导出Excel 表格；④聚类分析：在“方剂分析”一栏中选择聚类分析，根据录入处方特点，将聚类个数（即k 值）设置为8，然后将核心药物组合的结果导出Excel表格。

1.2 网络药理学研究

1.2.1数据库及软件 ①中药成分和潜在靶点数据库：中药系统药理学数据库与分析平台（TCMSP）[8]、PubChem[9]、SwissTargetPrediction[10]、Similarity Ensemble Approach（SEA）[11]； ②疾病潜在靶点数据库：GeneCards[12]、DisGeNET[13]、人类孟德尔遗传数据库（OMIM）[14]；③靶点名称标准化数据库：Uniprot[15]；④GO 功能注释和KEGG 通路分析平台及在线作图软件：Metascape[16]、微生信（https://www.bioinformatics.com.cn/）；⑤网络构建软件及数据库：Cytoscape 3.7.1[17]、STRING 11.5[18]。

1.2.2核心药物组合活性成分及靶点的筛选 在TCMSP数据库中，对核心药物组合中包含的7味药分别进行活性成分的初步筛选，设置筛选条件为：口服生物利用度（oral bioavailabitity，OB）≥30%，类药性（drug-likeness，DL）≥0.18，将结果复制到Excel表格建立活性成分数据库。

根据初步筛选出药物活性成分的分子名称在PubChem 数据库中进行检索，将其2D 结构文件或SMILES 编码分别输入SwissTargetPrediction 数据库（Probability*值设置为0.7）和SEA数据库（MaxTC值设置为0.7），物种选择人类（homo sapiens/HUMAN），结果取两个数据库的并集。筛选完毕后，用Uniprot数据库对靶点名称进行统一规范化处理，Organism设置为“Homo sapiens（Human）”，最终得到中药活性成分的潜在靶点。

1.2.3CHF 潜在作用靶点的预测 以“Chronic heart failure”为关键词，分别检索GeneCards、DisGeNET和OMIM 数据库。GeneCards 数据库中的靶点按Relevance score 中位数的2 倍进行筛选。合并3 个数据库的结果，删除重复靶点，得到CHF 最终的潜在靶点。将中药成分靶点与疾病靶点取交集，对核心药物组合治疗CHF 的潜在作用靶点进行初步预测，并将结果绘制成Venn图。

目前，木兰溪在建设阶段，上游段以及城区部分堤段都在加快建设的速度，但是各个施工项目之间缺乏一定的沟通与交流，在建设以及管理等方面，各自管理各自的项目，缺乏统一协调性。木兰溪全线总长105km，在对其进行建设管理的过程中，尚未达成一直的共识，对建设速度造成了一定的影响。

1.2.4相关网络构建 ①将“1.2.2”中的结果输入到Cytoscape 3.7.1 软件中，构建核心药物组合中各味中药的“中药-活性成分-靶点”网络图。②为明确中药与CHF 靶点之间的相互作用关系，将二者取交集的结果输入到STRING 11.5 数据库中并构建蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络图。

1.2.5GO 功能注释和KEGG 富集分析 将中药治疗CHF 的潜在靶点输入Metascape 分析平台，进行GO功能注释下的生物过程（biological process，BP）、细胞组成（cellular component，CC）、分子功能（molecular funtion，MF）和KEGG 通路富集分析，对靶点基因的生物学功能进行进一步的挖掘。

2 结果

2.1 临床数据挖掘

2.1.1药物频次统计 在787 张中药处方中，涉及到中药326 味，总使用频次为11 498 次，使用频次≥50 次的有56味中药。见表1。

表1 中药治疗慢性心力衰竭（CHF）文献中使用频次统计Table 1 Statistics of use frequency of TCM for chronic heart failure（CHF）

2.1.2药物种类、性味及归经统计 中药种类统计：共有11 类中药，排前5 位的药物种类分别是：补虚类、利水渗湿类、活血化瘀类、清热类和解表类。见图1。四气五味统计：在787 张处方中，四气以寒、温、平性药物使用较多；而五味以甘、苦、辛味药物使用较多。见图2-A 和图2-B。归经统计：归肺经、脾经和心经药物使用较多。见图2-C。

图1 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药类别统计Figure 1 Statistics of categories of TCM in the treatment of CHF

图2 治疗慢性心力衰竭（CHF）中药四气（A）、五味（B）和归经（C）的雷达图（频次/次）Figure 2 Radar chart of four-qi（A），five-flavor（B）and meridion tropism（C）of TCM for the treatment of CHF（Frequnency/time）

2.1.3关联规则分析 ①用药模式：根据数据特点将支持度个数设置为120，置信度设置为0.75，得到用药模式72条，包含中药16味。见表2；②药物关联：将支持度个数设置为120，置信度设置为0.75，得到药物关联规则31条。见表3。药物关联网络见图3。

图3 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药关联网络Figure 3 Association network of TCM in the treatment of CHF

表2 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药用药模式Table 2 Medication mode of TCM in the treatment of CHF

表3 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药关联规则Table 3 Association rules of TCM in the treatment of CHF

2.1.4聚类分析 根据数据特点将k 值设置为8，对787 张处方进行聚类分析，得到8 组常用处方。见表4。

表4 治疗慢性心力衰竭（CHF）的常用处方Table 4 Common prescriptions of TCM in the treatment of CHF

2.2 网络药理学研究

2.2.1中药活性成分及靶点筛选结果 共得到核心药物组合的活性成分107个，包括槲皮素、山奈酚、苦参碱和谷甾醇等主要活性成分，去重后得到活性成分95个。将95个活性成分分别导入SwissTargetPrediction数据库和SEA 数据库中，初步筛选出活性成分可作用的疾病靶点579个，去除重复后得到可作用的疾病靶点170 个，并构建“中药-活性成分-靶点”网络。见图4。

2.2.2核心药物组合治疗CHF 的潜在靶点 在GeneCards 数据库中得到CHF 靶点13 645 个，设置Relevance score 为7.74（2 倍中位数）对靶点进行筛选，得到靶点1 706 个；在DisGeNET 数据库中得到靶点223个，OMIM数据库中得到靶点470个。将3个数据库中筛选出的靶点进行合并、去重后，得到最终CHF靶点2 157个。

取中药活性成分作用靶点与CHF 靶点的交集，得到治疗CHF 的潜在靶点51 个。见图5 和表5。将51个交集靶点反向映射回活性成分和7味中药中，发现核心药物组合中主要为槲皮素、山奈酚、异鼠李素等28个活性成分作用于51个CHF潜在靶点，利用Cytoscape 软件建立中药-活性成分-疾病靶点网络。见图6。

图5 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药-疾病交集靶点韦恩（Venn）图Figure 5 Venn diagram of TCM-disease intersection targets for the treatment of CHF

图6 治疗慢性心力衰竭（CHF）的“中药-活性成分-疾病靶点”网络图Figure 6 “herbs-active components-disease targets” network diagram for the treatment of CHF

表5 中药治疗慢性心力衰竭（CHF）的潜在靶点Table 5 Potential targets of TCM in the treatment of CHF

核心药物组合治疗CHF的潜在活性成分有28个，将关键网络拓扑参数连接度（Degree，该值越大，说明此节点在网络中越重要）设置为≥5，筛选出核心药物组合治疗CHF的核心成分10个。见表6。

表6 中药治疗慢性心力衰竭（CHF）的核心成分Table 6 Core components of TCM in the treatment of CHF

2.2.3PPI 网络构建 将核心药物组合治疗CHF 的51 个靶点输入STRING 11.5数据库，按照中等置信度（medium confidence）对靶点蛋白间的相互作用进行分析。共得到51个节点，249条边。然后将导出的TSV文件导入到Cytoscape 3.7.1 软件中，绘制PPI 网络图（见图7）。并将Degree值设置为≥10，筛选出20个核心靶点，其前10 位分别是AKT1、EGFR、MMP9、MMP2、PPARG、ERBB2、CCND1、ESR1、IL2 和SMAD3。见表7。

图7 中药治疗慢性心力衰竭（CHF）的靶点PPI 网络Figure 7 PPI network of targets of TCM in the treatment of CHF

2.2.4GO 功能注释和KEGG 富集分析 ①GO 功能注释：核心药物组合活性成分作用的潜在基因靶点主要富集在60 个细胞组成（cellular component，CC）、89种分子功能（molecular function，MF）和402个生物过程（biological process，BP）。Metascape 分析平台最终得到显著性较高的11 个CC、17 种MF 及20 个BP，细胞组成主要涉及细胞的受体复合物、细胞前沿等；分子功能主要为脂结合、蛋白质同源二聚体活性和激酶结合等；生物过程主要包括激酶活性的正调控、酶联受体蛋白信号通路和对激素的反应等。见图8。②KEGG 富集分析共得到113 条通路，查阅文献后排除与心衰无关的通路，最终得到27 条信号通路，如MAPK、PI3K-Akt、HIF-1等信号通路。见图9。

图8 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药活性成分潜在基因靶点的GO 功能富集分析Figure 8 GO functional enrichment analysis of potential gene targets of active components in TCM for the treatment of CHF

图9 治疗慢性心力衰竭（CHF）的中药活性成分潜在基因靶点的KGEE 通路富集分析Figure 9 KGEE pathway enrichment analysis of potential gene targets of active components in TCM for the treatment of CHF

3 讨论

慢性心力衰竭（CHF）的发生发展过程复杂，目前尚未完全阐明其机制。其发病与交感神经兴奋性增强、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（reninangiotensin-aldosterone system，RAAS）激活、心肌肥厚及体液因子改变等因素有关[2]。古代中医典籍中没有专门关于心衰病的记载，其相关内容可归属为喘证、心悸、肺胀等。陈可冀院士认为，HF 的本质病机是内虚，虚、瘀、水总领病机[19]。早期为心气、心阳虚损，或肺气亏虚，导致运血无力，瘀血阻滞；中期脾阳受到损伤，肺水道失调，水湿内停；后期肾阳亏虚，膀胱气化不利，水湿泛滥。因此，中药治疗HF 常以补益心脾，活血化瘀及利水消肿为法。

本研究采用数据挖掘方法得到中药治疗CHF 的核心药物组合（黄芪、党参、茯苓、桂枝、益母草、川芎和赤芍）。其中黄芪为使用频率最高的中药，归脾肺两经，为补益脾肺气之良药，同时能够利水消肿；党参味甘性平，归脾肺两经，补而不燥，补益脾肺之气；茯苓甘补淡渗，为利水消肿之要药，《本草经解》[20]记载其可“利小便”。益母草苦、辛，微寒，既能利水消肿，又能活血化瘀；桂枝辛、甘，温，归心、肺、膀胱经，用以温补心阳，与茯苓同用又可利水消肿；川芎味辛性温，活血行气，为“血中气药”；《滇南本草》[21]记载赤芍可“降气行血，破淤血，散血块”，川芎与赤芍配伍，可行气活血祛瘀。全方共奏益气活血利水之功，正切CHF 虚、瘀、水的核心病机，可为临床用药提供一定的参考。

基于网络药理学的研究方法，对核心药物组合的活性成分进行了筛选，对应CHF 基因靶点较多的成分有槲皮素、山奈酚、异鼠李素、鞣花酸、木犀草素等。动物实验[22]表明，槲皮素可以降低小鼠心脏Ⅰ型和Ⅲ型胶原的mRNA 水平，并且在体外可以抑制Ⅰ型和Ⅲ型胶原的表达，从而预防血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）诱导的心脏舒张期功能障碍、纤维化、炎症和氧化应激反应，抑制成纤维细胞的增殖和迁移，提示槲皮素可能是一种治疗心肌纤维化和心功能障碍的有效药物。有报道[23]暴露于AngⅡ的心脏成纤维细胞有利于胶原的生物合成，同时伴随着炎症和氧化应激水平的增加；心脏重塑小鼠的心脏组织病理学改变明显，并伴有间质纤维化和心功能不全。山奈酚可以通过抑制炎症和氧化应激来缓解Ang Ⅱ诱导的心脏成纤维细胞中胶原的积累，进而预防AngⅡ诱导的小鼠心脏纤维化和功能障碍[23]。异鼠李素可通过阻断磷脂酰肌醇3-激酶-AKT 信号通路（PI3KAKT signaling pathway）的激活来调节转化生长因子β（TGF-β）通路以抑制AngⅡ诱导的大鼠心肌肥厚和纤维化[24-25]。上述研究提示，核心药物组合可能通过多种中药活性成分的协同作用，发挥抗炎、抗氧化应激、抑制心肌纤维化和心肌肥厚等作用，达到治疗CHF的目的。

PPI 网络构建结果显示，核心药物组合作用于CHF 的潜在核心靶点为AKT1、EGFR、MMP9、MMP2 和PPARG 等。动物实验[26]表明，小鼠心脏中AKT1 短期激活（2 周）可导致完全可逆的肥厚并保持收缩能力；而AKT1 持续激活（6 周）会导致广泛的心肌肥大、间质纤维化和收缩功能障碍。大脑心血管调节区细胞外信号调节激酶1 和2（ERK1/2）可增加RAAS活性、神经炎症和内质网应激，参与心肌梗死所致HF的交感兴奋[27]。表皮生长因子受体（EGFR）可能参与了ERK1/2信号的增加及其下游效应，以增强HF 的交感兴奋。在这种情况下，RAAS 活性、炎症和氧化应激都在大脑的心血管调节区域增加，提示EGFR 具有心肌肥厚的正向调节作用[27-28]。基质金属蛋白酶-9（MMP9）是一种Zn2+依赖性内肽酶，具有降解弹性蛋白和胶原蛋白的能力。有研究[29]显示，CHF大鼠心脏MMP9水平和活性增加，体内MMP9抑制药物丹酚酸具有心脏保护作用，其机制可能是通过抑制NF-κB途径减轻AngⅡ诱导的心脏成纤维细胞的纤维化反应。

KEGG 富集通路分析得到核心药物组合作用于CHF的通路可能为MAPK、PI3K-Akt、HIF-1、Ra和cAMP等信号通路。AngⅡ引起的心肌重构在HF的病理发展过程中起着至关重要的作用，神经导向因子1（Netrin-1）是一种轴突引导信号。有研究[30]表明，抑制Netrin-1 的特异性siRNA，AngⅡ诱导的心肌重塑、纤维化和细胞凋亡的程度可以显著减轻；抑制Netrin-1可显著减弱蛋白激酶Cα、JNK和P38的磷酸化，从而抑制PKCα/MAPK（JNK 和P38）信号通路减轻AngⅡ诱导的心肌重构。PI3K/Akt信号通路通过调节细胞存活、细胞凋亡或生长、心肌收缩，以及相关基因的转录等一系列分子参与调控心肌纤维化的发生、发展和病理形成[31]。动物实验[32]显示，心肌收缩能力调节可预防HF时的心肌纤维化，其机制可能与PI3K/Akt 信号通路的改变有关。生脉注射液通过激活AMPK信号通路减轻AngⅡ诱导的心肌细胞肥大和细胞凋亡，而且对肥大心肌细胞的线粒体功能有保护作用[33]。上述研究表明，核心药物组合可能通过多条信号通路抑制心肌纤维化、减轻心肌重构以治疗CHF。

综上所述，本研究采用数据挖掘和网络药理学的方法，系统梳理了中国中医科学院西苑医院中药治疗CHF 的用药规律，并对核心药物组合可能的作用靶点和通路进行了初步预测，为临床中的遣方用药和今后的基础研究提供了一定的依据和参考。