基于數據挖掘和網絡藥理學探討心臟X 綜合征的用藥規(guī)律及核心藥物作用機制

馬 茜,楊志華,陳浩佳,黃芷環(huán),劉 宇,王賢良

心臟X 綜合征(CSX)是指具有典型心絞痛癥狀,心電圖和(或)運動平板試驗陽性,而冠狀動脈造影正常,同時可排除冠狀動脈痙攣的一類臨床綜合征,又稱為微血管性心絞痛?，F代醫(yī)學對心臟X 綜合征的發(fā)病機制尚未完全明確,研究認為可能與冠狀動脈微血管內皮細胞功能障礙、冠狀動脈血流儲備能力下降、心內膜下心肌缺血與心功能損傷、心臟疼痛敏感性異常、自主神經功能紊亂、炎癥反應、雌激素缺乏、胰島素抵抗等有關[1]。目前西醫(yī)治療心臟X 綜合征,多以心絞痛論治,對癥予以硝酸酯類、β-受體阻滯劑、鈣通道拮抗劑等藥物,但單純西藥治療缺乏針對性藥物,療效不甚理想。中醫(yī)學并沒有關于心臟X 綜合征病名的記載,按照其臨床表現,歸屬于“胸痹”“心痛”等范疇,應用中醫(yī)藥治療在改善病人臨床癥狀、提高病人生活質量方面顯示出了一定的優(yōu)勢。本研究通過檢索中國知網、維普、萬方數據庫中收錄的關于中藥治療心臟X 綜合征的臨床文獻,以挖掘中醫(yī)藥治療心臟X 綜合征的用藥規(guī)律并分析核心藥物可能的作用機制,以期為心臟X 綜合征的臨床治療及新藥研發(fā)提供參考。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索策略 分別以“心臟X 綜合征”合并“中醫(yī)”;“心臟X 綜合征”合并“中藥”;“微血管性心絞痛”合并“中醫(yī)”;“微血管性心絞痛”合并“中藥”為關鍵詞,在中國知網、維普、萬方數據庫中進行全文檢索,通過人工手動篩選出符合納入標準的文獻,共84 篇。

1.2 文獻納入和排除標準

1.2.1 納入標準 ①臨床研究報道[包括隨機對照試驗(RCT)和臨床驗案報道];②明確診斷為心臟X 綜合征;③采用中藥(包括方劑和中成藥)治療;④方藥記載完整。

1.2.2 排除標準 ①動物實驗研究文獻;②重復發(fā)表的文獻(納入發(fā)表時間最早的一篇);③重復使用同一方劑的文獻(僅納入一篇);④中藥配合其他中醫(yī)療法(如針灸、推拿、按摩等)治療心臟X 綜合征的文獻。

1.3 中藥規(guī)范 處方中出現的以產地、炮制方法命名的中藥以及使用別名的中藥,參照全國高等中醫(yī)藥院校規(guī)劃教材《中藥學》進行規(guī)范[2]。統(tǒng)計時對藥名進行統(tǒng)一,例如:“仙靈脾”統(tǒng)一為“淫羊藿”,“云苓”統(tǒng)一為“茯苓”,“瓜蔞皮”統(tǒng)一為“瓜蔞”等。

1.4 數據分析與處理 將篩選后的處方錄入到由中國中醫(yī)科學院中藥研究所提供的中醫(yī)傳承輔助平臺軟件(2.5 版),為確保數據錄入的準確性,在錄入過程中,由兩名研究者對每個方劑中的中藥進行逐個核對。運用中醫(yī)傳承輔助平臺首先對錄入的中藥進行頻次統(tǒng)計;其次,根據所納入的處方數目,將支持度個數設置為20,置信度設置為0.6,進行組方規(guī)律分析,挖掘中醫(yī)藥治療心臟X 綜合征的核心藥物。將治療心臟X綜合征的核心藥物輸入到中藥作用機制在線分析體系BATMAN-TCM[3],探討核心藥物治療心臟X 綜合征的可能作用機制。

2 結 果

2.1 用藥頻次分析 共納入符合條件的處方84 首,對納入的方劑進行中藥用藥頻次統(tǒng)計,共得到140 味中藥,使用頻次＞10 次的中藥有22 味。詳見表1。

表1 140 味中藥用藥頻次＞10 次的中藥分布 單位:次

2.2 藥物基本信息分析 對140 味中藥的四氣、五味和歸經進行統(tǒng)計分析。藥性分析顯示,溫性藥使用最多,藥用頻次369 次,頻率為47.80%;五味中苦味藥使用最多,藥用頻次385 次,頻率31.84%;藥物歸經占前3 位的依次是肝、心、脾。詳見表2～表4。

表2 140 味中藥四氣頻次分布(n =773)

表3 140 味中藥五味頻次分布(n =1 209)

表4 140 味中藥的藥物歸經頻次分布(n =2 049)

2.3 關聯規(guī)則分析 根據中藥處方的數目并結合中藥數量及藥物組合頻次,將支持度設為20,置信度設為0.6,點擊中醫(yī)傳承輔助平臺的“藥物模式”,得到藥物組合7 對,包含中藥6 味,將藥物組合按照出現頻次由高到低排序(見表5)。點擊中醫(yī)傳承輔助平臺的“規(guī)則分析”,得到6 條藥物組合規(guī)則(見表6),核心藥物包括丹參、川芎、瓜蔞、紅花、當歸5 味中藥。

表5 處方中使用頻次≥20 次的藥物組合 單位:次

表6 處方中使用頻次≥20 次藥物組合的關聯規(guī)則(置信度≥0.6)

2.4 基于BATMAN-TCM 分析核心藥物治療心臟X綜合征的潛在作用機制[3]

2.4.1 分析核心藥物的疾病富集 將“Score cutoff”設為100,“AdjustP-value”設為0.01,發(fā)現核心藥物富集的疾病共有193 種,其中與心臟X 綜合征有關的有8 種。詳見表7。

表7 核心藥物富集的與心臟X 綜合征有關的疾病

2.4.2 分析核心藥物治療心臟X 綜合征潛在的信號通路 在潛在靶點的生物信息學分析結果中,核心藥物富集的KEGG 信號通路有126 條,其中潛在參與心臟X 綜合征的通路13 條(見表8),最有可能發(fā)揮作用的通路包括:血管內皮生長因子信號通路(VEGF signaling pathway)、酪氨酸激酶受體信號通路(ErbB signaling pathway)、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白質絲氨酸蘇氨酸激酶信號通路(PI3K-Akt signaling pathway)、鈣離子信號通路(calcium signaling pathway)、環(huán)鳥苷酸依賴的蛋白激酶信號通路(cGMP-PKG signaling pathway)、雌激素信號通路(estrogen signaling athway)。核心藥物的部分靶點-通路-疾病網絡可視圖詳見圖1。

表8 核心藥物潛在參與心臟X 綜合征的信號通路

圖1 靶點-通路-疾病網絡可視圖

3 討 論

當前流行病學對于心臟X 綜合征尚無大樣本調查,且現代醫(yī)學對該病發(fā)病機制的認識尚不十分清楚。依據其臨床表現,中醫(yī)學將其歸為“胸痹”“心痛”范疇,也有學者將其歸為“絡病”的范疇,認為冠狀動脈微循環(huán)系統(tǒng)與“孫絡”在生理、病理、解剖學與功能學上可能具有相關性[4-5]。心臟X 綜合征的中醫(yī)辨證分型尚未明確規(guī)范統(tǒng)一,有研究表明,微血管性心絞痛中醫(yī)證候要素有血瘀、氣滯、氣虛、痰濁等[6],且中醫(yī)證候要素的分布在年齡、性別上存在差別[7]。中醫(yī)證候類型有痰瘀互結證、心血瘀阻證、氣滯血瘀證、氣虛血瘀證等[6]。有學者認為氣滯、痰阻、血瘀是心臟X 綜合征的基本病機,且貫穿整個病程[8]。盡管不同的醫(yī)家對心臟X綜合征的辨證分型和遣方用藥不同,但對病因病機的總體認識上以“本虛標實”為主,治療上體現以“通”為要,活血化瘀、理氣化痰為治療心臟X 綜合征的基本原則。通過對84 首處方的用藥規(guī)律分析得出,使用頻次＞10 次的中藥23 味,其中丹參、當歸、紅花、三七、赤芍、桃仁、白芍具有活血養(yǎng)血的功效,川芎、枳殼、柴胡、薤白、郁金、陳皮具有理氣功效,茯苓、半夏、瓜蔞、白術具有化痰之效,黃芪、人參、桂枝、黨參、甘草具有益氣溫陽之功。這些常用的中藥具有理氣、活血、化痰之功效,符合中醫(yī)治療心臟X 綜合征以“通”為要的治療原則,配伍益氣溫陽藥,補氣以行血。藥物性味分析得出,藥性以溫性藥為主,頻率為47.80%;藥味以苦、甘味藥為主,頻率分別為31.84%、31.27%;理氣藥、活血藥性味多辛、苦、溫,味辛能散、能行,行氣行血;味苦能泄,入血分,行血活血;性溫能通行,可行氣、散結、活血。甘味藥物可以緩急止痛。藥用頻次最高的是丹參,《本草便讀》記載:“丹參,功同四物……活血之力有余,為調理血分之首藥。”丹參性辛、苦、微寒,具有活血、祛瘀、止痛的功效,現代藥理研究表明,丹參具有保護血管內皮細胞、抗心肌缺血、改善冠狀動脈血流及微循環(huán)、抑制炎癥細胞因子分泌等作用[9-10],這為丹參治療心臟X 綜合征提供了現代理論依據。

關聯規(guī)則顯示:處方中使用頻次≥20 次的藥物組合分別為:川芎-丹參,丹參-當歸,川芎-當歸,紅花-丹參,紅花-川芎,川芎-甘草,丹參-瓜蔞,可以看出這些高頻次的藥物組合是理氣活血、活血化痰類方劑的常用藥對,提示理氣活血、活血化痰為心臟X 綜合征的基本治法。通過藥物組合的關聯規(guī)則分析得出治療心臟X綜合征的核心藥物為丹參、川芎、當歸、瓜蔞、紅花。

通過網絡藥理學方法分析核心藥物丹參、川芎、當歸、瓜蔞、紅花治療心臟X 綜合征潛在的作用機制,結果發(fā)現在核心藥物所富集的13 條與心臟X 綜合征相關的信號通路中,最有可能發(fā)揮作用的是血管內皮生長因子、酪氨酸激酶受體、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白質絲氨酸蘇氨酸激酶、鈣離子、環(huán)鳥苷酸依賴的蛋白激酶、雌激素信號通路。冠狀動脈微血管內皮功能障礙關系著心臟X 綜合征的發(fā)生與發(fā)展[11]。研究發(fā)現,血管內皮生長因子(VEGF)能夠促進增加血管通透性,刺激細胞外基質變性,促進血管內皮細胞遷移、增殖,促使血管形成[12]。被認為是生理血管、病理血管生成中關鍵信號轉導的VEGFR-2,同時也是內皮細胞中VEGF 驅動反應的主要介質,當VEGF 與VEGFR-2 結合,其所介導的信號級聯通路可以上調血管通透性的基因,改變血管內皮細胞的通透性,調控血管內皮細胞的增殖、遷移、存活,進而促進血管新生[13]?；诖?推測核心藥物可能通過促進VEGF 與VEGFR-2 的結合,保護冠狀動脈微血管內皮細胞,進而改善微循環(huán)障礙。ErbB 包 括 4 種 亞 型:ErbB1、ErbB2、ErbB3、ErbB4,被歸為表皮生長因子受體家族,神經調節(jié)蛋白-1(NRG-1)與ErbB4/ ErbB4 同型二聚體結合,誘導PI3K/Akt 活化[14],PI3K/Akt 信號通路通過抑制線粒體通透性轉換孔(mPTP)開放[15],調節(jié)細胞分化、增殖、凋亡等[16-17],抑制氧化應激作用[18],保護心肌細胞免受氧化負荷過大而引起的細胞凋亡[19-20]。核心藥物可能通過調節(jié)NRG-1/ErbB 信號通路,活化下游信號PI3K/Akt,抑制線粒體內mPTP 開放,抑制氧化應激反應,防止心肌細胞損傷,進而有效治療心臟X 綜合征。此外,有研究證實,鈣離子信號通路與VEGF 信號通路關系密切,這可能為鈣離子穩(wěn)態(tài)在微循環(huán)障礙中的作用機制研究提供新的思路[21]。cGMP-PKG 信號通路在調節(jié)血壓、抑制動脈粥樣硬化和抗再狹窄、抗血管損傷等方面發(fā)揮重要作用[22]。雌激素可通過增加前列環(huán)素、一氧化氮的釋放,抑制內皮素-1 合成,從而擴張血管;此外,還可以促進內皮細胞增殖,抑制氧化等有害刺激引起的內皮細胞凋亡[23]。由此可以推測,核心藥物通過cGMP-PKG、estrogen 信號通路,保護血管內膜、內皮細胞和心肌細胞,有效對抗心臟X 綜合征。

綜上所述,本研究通過運用中醫(yī)傳承輔助平臺挖掘中藥治療心臟X 綜合征的用藥規(guī)律及核心藥物,發(fā)現心臟X 綜合征的治療以應用具有理氣、化痰、活血作用的藥物為主,兼用補氣之藥,由此認為,心臟X 綜合征以氣滯、痰阻、血瘀為主要證候要素,兼有氣虛,尤以血瘀最為常見,并運用網絡藥理學預測核心藥物治療心臟X 綜合征可能的作用機制,旨在為臨床應用中藥治療心臟X 綜合征和基礎研究提供用藥參考。