基于数据挖掘和网络药理探讨国家专利中药治疗中风的作用机制

卢晓佩 刘 君

中风是神经内科的常见疾病,一直是现代医学研究的重点,根据其病理性质的不同可分为脑梗死、脑出血两类。现代医学对于脑梗死的治疗多选择在时间窗内采取溶栓、取栓等介入治疗,取得较好的临床疗效,但也存在介入后出血、灌注损伤的不良后果。近年中风发病率不断提高,极大地影响了人们的日常生活。国家专利库中包含全国多方治疗中风数据申请,以此为数据库进行数据挖掘,揭示用药规律以及核心处方的作用机制,以此为临床治疗提供诊疗思路。

1 资料与方法

1.1 专利数据平台资料的收集利用国家专利数据库(http://epub.sipo.gov.cn)作为药物数据来源。以“中风 and 中药”“中风 and 草药”“脑梗死 and 中药”“脑出血 and 草药”“脑梗死 and 中药”“脑出血 and 草药”为关键词检索。检索时间为2010年1月1日—2022年11月1日。纳入标准为国家专利数据库中治疗中风的中药复方专利,使用方式为口服,如汤药、颗粒剂等各内服剂型。排除外用敷贴、膏药、灌肠类药。

1.2 数据库的建立与数据分析药物名称以《中华人民共和国药典》[1]与《中华本草》[2]为标准进行规范。使用 Excel表格对专利药物性味归经以频次分析,使用IBM SPSS Modeler 18.0软件进行关联规则分析,SPSS Statistic 26.0软件进行聚类分析。

1.3 网络药理靶点收集及处理通过检索中草药系统药理学平台[3](TCMSP)获取核心药物的主要成分及靶点信息并利用UniProt数据库[4]规范,预测核心药物靶点。借助GeneCards[5]、DrugBank[6]等数据库,收集中风靶点信息。将药物-疾病交集靶点提交至STRING 数据库(https://cn.string-db.org/)进行PPI网络构建,获取核心靶点。再利用 David 数据库[7]进行 GO 及 KEGG 富集分析得出结果。

2 结果

2.1 数据挖掘结果

2.1.1 数据挖掘高频药物及疗效纳入专利共529项,共涉及1118味药物,药物总频次7797次。根据其频数高低进行排序,高频药物多为活血化瘀类,频次位于前10味中药见表1。对高频中药进行功效分析见表2。

表1 专利复方高频药物频数表

表2 专利复方高频中药功效分析

2.1.2 药物四气五味及归经分析四气五味归经以《中华人民共和国药典》[1]为基本标准,以中国医药信息查询平台、中医世家等为辅进行规范。其中药性频数累计1096次,前3位为温、平、寒;药味累计频数1717次,前3位为苦、甘、辛;归经累计频数2378次,前3位为肝、肺、脾。见表3。

表3 药物四气五味及归经

2.1.3 关联规则及聚类分析对频数大于2的药物以关联规则分析,得到具体药对见表4。具体药对中,川芎-红花-当归、川芎-红花-黄芪为核心配伍,其中川芎行气活血,红花活血通经,黄芪升阳益气,此类药对可达补气活血之妙。

表4 关联规则具体药对(取前10)

对前35味药物(频数大于51次)以聚类分析,得到图1。得到7类药物,分别为第1类:红花、桃仁、川芎、地龙、赤芍、当归、黄芪、丹参、全蝎、蜈蚣、僵蚕、水蛭、鸡血藤; 第2类:桂枝、党参; 第3类:三七、葛根; 第4类:生地黄、枸杞子; 第5类:白芍、黄芩、茯苓、白术、人参; 第6类:牛膝、钩藤、天麻、防风、羌活、甘草、熟地黄; 第7类:石菖蒲、郁金、胆南星。可见药物功效以益气活血、健脾化痰、滋阴潜阳、化痰开窍为主。

图1 聚类分析

2.2 网络药理数据及结果

2.2.1 药物靶点及疾病靶点收集筛选根据数据挖掘结果,在TCMSP平台分别以“川芎、当归、黄芪、丹参、红花、赤芍”为关键词进行检索,以(OB)≥30%,(DL)≥0.18进行活性成分筛选,利用uniprot数据库进行相应基因规范,得到231个惟一值。因临床中多见缺血性脑梗死,占据所有中风病例的近70%[8],选用“Ischemic Stroke”为关键词,取药物靶点和疾病靶点交集,得到药物-疾病共有靶点126个。

2.2.2 网络图形可视化分析及富集分析将药物-疾病交集基因数据进行分析,得到核心靶点为白细胞介素-6(IL-6)、蛋白激酶(AKT1)、肿瘤坏死因子(TNF)等。研究发现炎症反应影响中风的发病过程,陈博威等[9]在实验中发现中风急性期炎症指标逐渐上升,通过药物治疗可使TNF-α和IL-1β的蛋白质表达降低,以此改善中风大鼠病情。生物富集结果见图2、图3。分析过程中发现本研究包含药物主要通过糖尿病并发症中的AGE-RAGE信号通路、脂质与动脉粥样硬化、流体剪切应力等通路,对缺血性脑中风产生作用,涉及要点主要包含基因表达的正向调节、对药物的反应、细胞凋亡过程的负调控、对外源刺激的反应、缺氧反应等。

图2 KEGG分析气泡图

3 讨论

中风作为目前致残率最高的神经性疾病,临床多表现为猝然昏仆、半身不遂、言语不利等症状,目前对于其病因病机的阐述多集中于肝肾阴虚或气血亏虚为根本,风、火、痰、瘀为发病之标。通过数据挖掘可以看出,虽然治疗缺血性中风的中药所用药物范围广,但仍集中于活血化瘀药、补虚药、平肝息风药等多种药物类别。活血化瘀药的应用贯穿缺血性中风病全程,在中风的不同时期活血化瘀药的具体选用及分量不同。破血逐瘀药祛瘀作用强烈,多用于急性期;恢复期或后遗症期时,正虚为主,选择扶正补益药与活血化瘀药的联合应用[10]。在治血之时,同时要注意治气。经数据挖掘得出,补益药中当归、黄芪的使用频数较高,徐颖绮等[11]认为在活血药中配伍补虚扶阳之药,可加强温阳活血通络的作用,并发现补虚药尤以当归、黄芪为最,补虚配合扶阳药扶助阳气,更好地推动血行,从而治疗急性缺血性中风。其中解表药的使用频率也较高,富作平[12]在治疗中风时配以祛风解表药,既可疏散风邪,畅达血脉,又能引导活血化瘀药物上行,以解表药治疗缺血性中风,开辟了治疗缺血性中风新路径。在清热、化湿药物的使用方面,温雅等[13]认为湿热是中风发生发展过程中的重要因素,在治疗中风湿热证脑部症状的同时,应重视改善脾胃、大肠脏腑气机,通过升降补泻,力求保持腑气通畅。

在归经方面,主要从肝脾肺方面进行考量,石静资等[14]从肝分期辨治脑卒中,提出选用疏肝类药干预中风先兆期;超早期和急性期以柔肝平肝;恢复期和后遗症期滋肝养肝,以此达到更好的疗效。张良等[15]提到脾胃如人身中气之轴,中焦通上连下,对于全身气机的升降起枢纽动力作用,肝肺有如气血升降之轮,肝升肺降,气机升降以协调身体气机。于少泓等[16]认为脾胃可通过化湿作用疏通脑络,同时健脾输送精微物质于脑,补其缺损。而脑卒中急性期气机逆乱致腑实不通,可根据胃主通降理论,确立通腑治则给邪以出路,予星蒌承气汤加减治疗[17]。杨士成等[18]认为从肺论治中风,可祛除外邪,协调气机恢复,亦可平息内风,消除痰瘀。临床中发现通过调补肺气治疗中风,可改善脑部缺氧缺血的问题,在治疗中风病时运用合理的治肺方法可获得更好的临床疗效[19]。

关联规则提示川芎-红花-当归、川芎-红花-黄芪为常用配伍,此类药对常见于血府逐瘀汤、补阳还五汤、桃红四物汤等方药中。徐正龙[20]通过研究发现,中风常规西医治疗联合血府逐瘀汤有效降低血浆黏度,其机制可能与改善血液流变学、抑制血小板黏附有关。杨璐平等[21]经实验发现补阳还五汤治疗中风能通过改善脂质代谢状态,调整脑血流,从而改善大脑供血。表明以上药对在治疗中风方面具有良好的临床疗效。

药理结果表明,高频药物对于缺血性中风具有多通路多靶点作用的效果,后续可结合分子对接、实验验证进一步深化网络药理研究,为今后的研究开阔新的思路。

综上所述,本研究通过数据挖掘和网络药理学技术,基于国家专利数据库进行专利汇总,分析其中治疗中风专利的用药规律,发现治疗多从活血化瘀、益气补肾方面思考,并对高频药物进行网络药理学的研究,初步探讨可能的作用靶点、通路等,为今后的基础研究及临床应用提供思路。