中藥治療股骨頭壞死與骨質(zhì)疏松數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建及“異病同治”機(jī)理

王 丹，劉一城，盧 鋒，湯丹丹，何 林，彭 偉

1.成都中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院（成都 611137）；2.內(nèi)江市中醫(yī)院 重癥醫(yī)學(xué)科（內(nèi)江 641000）

股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ON?FH）又稱“不死的癌癥”，其發(fā)病率呈明顯上升趨勢,現(xiàn)已成為骨傷科常見疾病之一[1-2]。中醫(yī)理論中，股骨頭壞死隸屬“骨痹”和“骨蝕”的范疇。醫(yī)書古籍《素問》有述：“病在骨，骨重不可舉，骨髓酸痛，寒氣至，名曰骨蝕”[3]?！鹅`樞》中記載：“虛邪之賊傷人也……其深入，肉搏于骨則為骨痹?！惫琴|(zhì)疏松（osteoporosis，OP）是一種以骨量低下,骨微結(jié)構(gòu)損壞,骨脆性增加,易發(fā)生骨折為特征的全身性骨病[4]。于中醫(yī)理論中，又與古籍文獻(xiàn)中所載“骨枯”、“骨痿”、“骨痹”和“骨蝕”等極為相似。且已有多項研究表明股骨頭壞死常伴隨骨質(zhì)疏松一同發(fā)生[5-6]。通過分析臨床研究發(fā)現(xiàn)，股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的治療原則都以補(bǔ)腎健脾，活血通絡(luò)為主[7-8]。因此，有必要對股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的用藥規(guī)律進(jìn)行探索，以期為這兩類疾病的臨床治療提供參考。

由于中醫(yī)醫(yī)家臨證經(jīng)驗和隨方用藥規(guī)律各具特色，加之中藥復(fù)方化學(xué)成分較為復(fù)雜，其作用機(jī)制并不明確，因此大大限制了中藥的臨床應(yīng)用。數(shù)據(jù)挖掘可從大量的數(shù)據(jù)中利用不同的算法搜索并通過統(tǒng)計、在線分析處理等過程實現(xiàn)對信息的整合，極大地提高了工作效率[9]。目前，數(shù)據(jù)挖掘在對中藥用藥規(guī)律以及潛在機(jī)制的探索方面展現(xiàn)了極高的應(yīng)用價值[10-12]。本文采用數(shù)據(jù)挖掘構(gòu)建股骨頭壞死與骨質(zhì)疏松的用藥規(guī)律、藥對配伍規(guī)律，為兩種疾病“異病同治”的治法提供循證科學(xué)依據(jù)。

1 資料和方法

1.1 資料來源

檢索以下數(shù)據(jù)庫自建庫起至2021 年1 月，中國知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）、方劑現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)據(jù)庫、中國方劑數(shù)據(jù)庫等公開發(fā)表的有關(guān)股骨頭缺血性壞死的中醫(yī)臨床研究性文獻(xiàn)。以“股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松AND 中藥/復(fù)方”為主題檢索詞。檢索語言不限，進(jìn)行初級檢索。而后，以關(guān)鍵詞“中藥”、“臨床”、“療效”等進(jìn)行二級檢索，同時根據(jù)文獻(xiàn)納入和排除標(biāo)準(zhǔn)逐一進(jìn)行篩選，完成第3次檢索。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)

①以股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松為研究對象的中醫(yī)臨床性研究，其中以病例數(shù)≥30且療效≥60%為宜；②明確診斷為股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松；③以口服中藥為唯一給藥形式的文獻(xiàn)，且中醫(yī)辨證、治療方的藥物組成明確。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)

①以西藥或中藥貼敷、針灸等治法為主的研究；②涉及動物實驗或體外細(xì)胞實驗的研究；③會議論文、綜述文獻(xiàn)；④同一方劑發(fā)表的不同文獻(xiàn)，以其研究較為全面者納入標(biāo)準(zhǔn)，反之，則排除。

1.4 方法

1.4.1 數(shù)據(jù)規(guī)范化 依據(jù)《中華人民共和國藥典》（2020年版）將收集到的處方中的所有中藥名稱進(jìn)行規(guī)范[13]。另外，由于中藥炮制后性味和功效發(fā)生改變，故不同炮制品應(yīng)分開統(tǒng)計。如“川斷”規(guī)范為“川續(xù)斷”，“炒山藥”規(guī)范為“麩炒山藥”。

1.4.2 數(shù)據(jù)分析 采用Spss Modeler 18.0 中的Apriori算法對規(guī)范的處方數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則分析，而后采SPSS Statistics 19.0進(jìn)行聚類分析并繪制冰柱圖和樹狀圖。

1.5 作用機(jī)制分析

1.5.1 活性成分-潛在靶點及生物信息學(xué)分析 將得到的高頻藥對中的藥物于TCMSP（https://tcmsp-e.com/）網(wǎng)站中收集活性成分和相應(yīng)的靶點，建立藥物成分-靶點數(shù)據(jù)庫[14]。并于Genecards（https://www.genecards.org/）數(shù)據(jù)庫分別查詢股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松疾病靶點[15]。將藥物靶點和疾病靶點取交集，于Metascape（http://metascape.org/gp/#/main/step1）數(shù)據(jù)庫行生物信息學(xué)分析[16]。

1.5.2 “藥物成分-靶點-通路”網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建 將以上得到的活性成分、靶點及通路信息導(dǎo)入Cytoscape（3.7.0），連線能可視化呈現(xiàn)節(jié)點間的關(guān)系，構(gòu)建高頻藥對的“藥物成分-潛在靶點-信號通路”網(wǎng)絡(luò)[17]。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)分布情況

最終納入65篇有關(guān)股骨頭壞死的臨床研究，其中包括55首經(jīng)典方、8個中成藥以及1個自擬方。另外，最終納入69篇骨質(zhì)疏松相關(guān)的臨床研究，包括55首經(jīng)典方、6首中成藥、8首自擬方。

2.2 藥物使用頻次

在治療股骨頭壞死的研究中，共涉及藥味180個，藥物總使用頻次達(dá)799 次，其中使用頻次大于15 次的藥物有14 個。而治療骨質(zhì)疏松的研究中，共涉及藥味185 個，藥物總使用頻次達(dá)866 次，其中使用頻次大于15次的藥物有17個，如下表1所示。

表1 治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松使用頻數(shù)大于15次的藥物Table 1 Drugs used more than 15 times for the treatment of ONFH and OP

2.3 關(guān)聯(lián)規(guī)則分析

采用Apriori 算法分別對股骨頭壞死相關(guān)的64 首處方、骨質(zhì)疏松相關(guān)69首處方進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，分別篩選出17 條股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的關(guān)聯(lián)規(guī)則藥物（置信度＞90%），見表2、圖1。

圖1 關(guān)聯(lián)規(guī)則網(wǎng)狀圖Figure 1 Association rule drug network diagram for the treatment of ONFH and OP

表2 治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的關(guān)聯(lián)規(guī)則藥物（以置信度排序）Table 2 Association rule drugs for the treatment of ONFH and OP（ranked by confidence）

2.4 聚類分析

采用SPSS Statistics 19.0分別對治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的高頻藥味進(jìn)行聚類分析，可作為藥物集合相關(guān)性的評定依據(jù)[10,18]。分別對上述股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松治療高頻藥物行聚類分析，并繪制樹狀圖，冰狀圖可視化，如下圖2，表3所示，分別得到4種聚類結(jié)果。通過歸納、分析表現(xiàn)臨床中治療股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松的中藥均以補(bǔ)益類、活血化瘀及通經(jīng)類為主。

圖2 治療股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松的高頻藥物聚類樹狀圖Figure 2 High-frequency drug clustering dendrogram for the treatment of ONFH and OP

表3 股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松處方系統(tǒng)聚類分析Table 3 Cluster analysis results of TCM prescription for treating ONFH and OP

2.5 基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的高頻藥對治療股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松的作用機(jī)制分析

基于（表2）數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果可知，“當(dāng)歸-白芍”藥對在治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松兩種疾病中出現(xiàn)頻率最高。因此，選取此兩味藥做進(jìn)一步的機(jī)制分析。通過篩選，“當(dāng)歸-白芍”共含14 個有效成分，89 個潛在靶點。進(jìn)一步的KEGG通路分析結(jié)果顯示，“當(dāng)歸-白芍”-股骨頭壞死/骨質(zhì)疏松對應(yīng)的潛在靶點富集的生物通路分別有107、124 條。P 值較小的15 條通路被認(rèn)為是較重要的通路?！八幬锍煞?靶點-信號通路”網(wǎng)絡(luò)圖見圖3。

圖3 “藥物成分-靶點-通路”網(wǎng)絡(luò)圖及KEGG通路氣泡圖Figure 3 The network diagram of"Drug ingredient-target-pathway"and KEGG pathway bubble diagram

因此，于股骨頭壞死的治療中，糖尿病并發(fā)癥中的AGE-RAGE 信號通路、癌癥的途徑、腫瘤壞死因子信號通路、流體切應(yīng)力、白細(xì)胞介素-17信號通路、瘧疾、非洲錐蟲病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、HTLV-1 感染、核因子-κB 信號通路、細(xì)胞粘附分子、愛潑斯坦-巴爾病毒感染、癌癥中的微小核糖核酸和PI3K-Akt信號通路占據(jù)了重要的地位。于骨質(zhì)疏松的治療中，糖尿病并發(fā)癥中的AGE-RAGE 信號通路、腫瘤壞死因子信號通路、流體切應(yīng)力與動脈粥樣硬化、癌癥的途徑、非酒精性脂肪性肝病、破骨細(xì)胞分化、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、乙型肝炎、白細(xì)胞介素-17信號通路、肺結(jié)核、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、肺結(jié)核、瘧疾、HTLV-1 感染和炎癥性腸?。↖BD）占據(jù)了較為重要的地位。

3 討論

3.1 藥物頻數(shù)分析

中藥頻次分析結(jié)果顯示，臨床治療股骨頭壞死使用頻率較高的中藥有當(dāng)歸、牛膝、川芎、紅花、續(xù)斷、黃芪、熟地黃、丹參、杜仲、骨碎補(bǔ)等；而治療骨質(zhì)疏松使用頻率較高的中藥當(dāng)歸、熟地黃、杜仲、淫羊藿、甘草、骨碎補(bǔ)、黃芪、茯苓、牛膝、補(bǔ)骨脂等。二者使用頻率最高的中藥都為當(dāng)歸，分別為45 和42 次。當(dāng)歸長于補(bǔ)血活血，調(diào)經(jīng)止痛，能夠緩解股骨頭壞死病程中的血運(yùn)受阻現(xiàn)象，又能改善骨質(zhì)疏松病程中的瘀血阻滯、經(jīng)行不暢[19-21]。

3.2 關(guān)聯(lián)性分析

關(guān)聯(lián)規(guī)則即從給定的數(shù)據(jù)中，運(yùn)用一定的算法挖掘出事物特征之間滿足一定支持度和置信度的關(guān)聯(lián)現(xiàn)象[22-23]。一般來說，關(guān)聯(lián)規(guī)則的確定可以通過支持度和置信度來衡量[24]。其中支持度被定義為某個數(shù)據(jù)庫中同時包括A 和B 的兩個事物占總事物數(shù)的最小百分比。置信度定義為同時包括A和B兩個事物占只包括A事物的百分比[25]。若某些藥對出現(xiàn)的頻率高，則其支持度就相應(yīng)的高。通過對關(guān)聯(lián)規(guī)則分析分別篩選出治療股骨頭壞死、骨質(zhì)疏松的17條關(guān)聯(lián)規(guī)則藥物（置信度＞90%）。就股骨頭壞死而言，關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)的藥物為：當(dāng)歸、川芎、牛膝、紅花、續(xù)斷；就骨質(zhì)疏松而言，關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)的藥物為：當(dāng)歸、熟地黃、杜仲、淫羊藿、牛膝。結(jié)果提示，于臨床中，治療股骨頭壞死的藥物中關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的中藥多屬于活血化瘀類，而治療骨質(zhì)疏松的藥物中關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的中藥屬于補(bǔ)虛類，二者關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的中藥雖有所差異，但各自符合相應(yīng)的病機(jī)。

3.3 聚類分析

聚類分析（cluster analysis）又稱集群分析,可依據(jù)某些特征將一些觀察對象歸類,在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)分類問題中有著廣泛的應(yīng)用[26-27]。研究表明，中藥組合、中醫(yī)證候的分類、疾病癥狀的組合都可以通過聚類分析所實現(xiàn)[28-29]。通過分析樹狀圖可知，中醫(yī)治療股骨頭壞死的藥物以活血化瘀通絡(luò)（當(dāng)歸、紅花、桃仁、甘草、川芎），補(bǔ)益肝腎、調(diào)補(bǔ)陰陽（骨碎補(bǔ)、黃芪、牛膝、續(xù)斷、杜仲）為主，體現(xiàn)了股骨頭壞死腎氣虧虛、血瘀阻絡(luò)的病機(jī)，與其補(bǔ)腎健脾、活血通絡(luò)的治則相符。而臨床治療骨質(zhì)疏松的藥物以補(bǔ)腎壯陽類（杜仲、淫羊藿、菟絲子）、活血化瘀通經(jīng)類（當(dāng)歸、川芎、白芍），益氣養(yǎng)陰類（熟地黃、黃芪、山藥）為主，體現(xiàn)了骨質(zhì)疏松腎虛血瘀的病機(jī)，符合補(bǔ)腎壯陽、活血化瘀、柔肝健脾的治則。

3.4 機(jī)制分析

在“藥物成分-靶點-通路”網(wǎng)絡(luò)圖中，“度值”（De?gree）的大小為衡量一個節(jié)點重要性的屬性值之一，通過分析本研究發(fā)現(xiàn)所有納入分析的“當(dāng)歸-白芍”的有效成分中，其中4 個成分（kaempferol，β-sitosterol，pae?oniflorin，（3S,5R,8R,9R,10S,14S）-3，17-dihydroxy-4，4,8,10,14-pentamethyl-2,3,5,6,7,9-hexahydro-1H-cyclo?penta[a]phenanthrene-15,16-dione）在股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松兩種疾病的治療中都顯示了較強(qiáng)的潛在作用。另外，在兩種疾病的前10 個關(guān)鍵靶點中，7 個靶點（ICAM1，IL6，TNF，JUN，CASP3,TGFB1，PTGS2）重合，相應(yīng)的KEGG 通路有糖尿病并發(fā)癥中的AGE-RAGE信號通路、癌癥的途徑、腫瘤壞死因子信號通路、流體切應(yīng)力與動脈粥樣硬化、白細(xì)胞介素-17信號通路、瘧疾、非洲錐蟲病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、非洲錐蟲病和HTLV-1 感染這10 條通路重合。這體現(xiàn)了股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松在病機(jī)上的相似性。而除以上7個靶點外，“當(dāng)歸-白芍”治療股骨頭壞死的關(guān)鍵靶點還有VCAM1、MAPK8、SELE、富集到核因子-κB 信號通路、細(xì)胞粘附分子、愛潑斯坦-巴爾病毒感染、癌癥中的微小核糖核酸和PI3K-Akt信號通路。而此藥對治療骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵靶點還有AKT1、STAT1 和MMP1，多富集到非酒精性脂肪性肝病、破骨細(xì)胞分化、乙型肝炎和炎癥性腸?。↖BD）。由此說明兩種疾病的病機(jī)既存在相同之處又具有自身特有的部分。

股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松均為骨科的難治性疾病，陽虛血瘀在此兩種患者中均較常見，而通過關(guān)聯(lián)規(guī)則和聚類分析發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的臨床常用中藥均以補(bǔ)腎壯陽、活血化瘀類中藥為主，這體現(xiàn)了“異病同治”的客觀規(guī)律。另外，股骨頭壞死常用的藥物以補(bǔ)腎壯陽、活血化瘀通經(jīng)為主，輔以健脾行氣以祛痰除濕。骨質(zhì)疏松常用的藥物以補(bǔ)腎壯陽、活血化瘀通經(jīng)為主，輔以健脾行氣，體現(xiàn)了補(bǔ)腎壯陽、活血化瘀、益氣養(yǎng)陰的治則。另外，兩種疾病的機(jī)制分析顯示，“當(dāng)歸-白芍”藥對的四種成分在兩種疾病的治療上貢獻(xiàn)較大，且關(guān)鍵靶點和富集到的通路存在相同的部分，為股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的“異病同治”提供了一定程度的支持。

4 結(jié)論

本文采用數(shù)據(jù)挖掘方法構(gòu)建了治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松的中藥數(shù)據(jù)庫，結(jié)果顯示在臨床治療股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松常用中藥類型都為活血化瘀類和補(bǔ)虛類；且二者都存在陽虛血瘀的病機(jī)，這可由富集的潛在通路的相同部分所反映，這一結(jié)果為股骨頭壞死和骨質(zhì)疏松“異病同治”提供了支持。另外，除上述兩類中藥外，股骨頭壞死的治療中也常應(yīng)用骨碎補(bǔ)、牛膝以調(diào)補(bǔ)陰陽，而骨質(zhì)疏松則應(yīng)用熟地黃、黃芪和山藥以益氣養(yǎng)陰，體現(xiàn)了二者病機(jī)的不同之處，在一定程度上為二者的臨床治療提供了新的思路。

（利益沖突：無）