基于数据挖掘及网络药理学探究枳壳治疗功能性消化不良的研究.pdf

收稿日期:2023-03-27;修订日期:2023-06-05作者简介:易玉柳(1998),女,硕士研究生,研究方向:中药学。基金项目:江西省药品监督管理局项目(2020JS20)。通信作者:黎 红(1975),女,本科,副主任中药师,研究方向:中药学。E-mail:596017624 。第 41 卷 第 4 期2023 年 8 月江 西 科 学JIANGXI SCIENCEVol.41 No.4Aug.2023 doi:10.13990/j.issn1001-3679.2023.04.006基于数据挖掘及网络药理学探究枳壳治疗功能性消化不良的研究易玉柳1,陈 浩1,2,陈 瑶1,曾庆财1,王晶晶1,蓝远道1,谢 薇1,易 菲1,李 蕊1,黎 红3(1.江西中医药大学,330004,南昌;2.江西中医药大学附属医院,330006,南昌;3.抚州市中医医院,344000,江西,抚州)摘要:目的:以“功能性消化不良”和“枳壳”为关键词,在医院收集到使用频次较高的数味药物,并对其治疗功能性消化不良疾病进行分析,研究枳壳治疗功能性消化不良的作用机制。方法:收集临床功能性消化不良疾病相关数据,运用中医传承计算平台 3.0 对其进行数据分析。并以枳壳为关键词,利用中药系统药理学(TC-MSP)数据库挖掘枳壳潜在活性成分,预测相关作用靶点,进行相关通路的分析。结果:枳壳以及功能性消化不良两者的数据在四气、五味、归经的雷达图高度一致。接着利用网络药理学筛选出枳壳活性成分 5 个,相关作用靶点 40 个;功能性消化不良相关疾病靶点 5 358 个;利用韦恩图筛选出枳壳的成分靶点与疾病靶点,得到 29 个相交靶点;GO 富集分析得到条目 50 个;KEGG 通路分析得到 56 条相关通路。结论:枳壳中的活性成分是通过与关键靶点相结合,从而起到了改善其功能性消化不良的治疗作用,且分析中枳壳具有多成分与多靶点及多通路的特点,可为未来枳壳进一步的实验验证、临床性应用研究提供科学理论及参考依据。关键词:功能性消化不良;枳壳;数据挖掘;网络药理学中图分类号:R285 文献标识码:A 文章编号:1001-3679(2023)04-649-07Based on Data Mining and Network Pharmacology Exploring Hovenia Dulcis Research for the Treatment of Functional DyspepsiaYI Yuliu1,CHEN Hao1,2,CHEN Yao1,ZENG Qingcai1,WANG Jingjing1,LAN Yuandao1,XIE Wei1,YI Fei1,LI Rui1,LI Hong3(1.Jiangxi University of Chinese Medicine,330004,Nanchang,PRC;2.The Affiliated Hospital of Jiangxi University of Chinese Medicine,330006,Nanchang,PRC;3.Fuzhou Hospital of Traditional Chinese Medicine,344000,Fuzhou,Jiangxi,PRC)Abstract:Objective:Taking“functional dyspepsia”and“Aurantii Fructus”as key words,several drugs with high frequency of use were collected in the hospital,and their treatment of functional dys-pepsia diseases was analyzed to study the mechanism of Aurantii Fructus in treating functional dys-pepsia.Methods:Data related to clinical functional dyspepsia were collected,and the data were an-alyzed by using TCM inheritance computing platform 3.0.With Aurantii Fructus as the key word,the potential active components of Fructus Aurantii were mined by TCM systematic pharmacology(TCMSP)database,and the related targets were predicted,and the related pathways were ana-lyzed.Results:The data of Aurantii Fructus and functional dyspepsia were highly consistent in the radar images of four qi,five flavors and meridian tropism.Then,5 active components and 40 related targets were screened out by network pharmacology.5 358 disease targets related to functional dys-pepsia;Wayne diagram screened out the component targets and disease targets of Aurantii Fructus,and got 29 intersecting targets.GO enrichment analysis obtained 50 entries;KEGG pathway analysis obtained 56 related pathways.Conclusion:According to clinical data,“Aurantii Fructus”is select-ed as the traditional Chinese medicine for treating functional dyspepsia and diseases related to func-tional dyspepsia.The data of Aurantii Fructus and functional dyspepsia were highly consistent in the radar images of four qi,five flavors and meridian tropism.Then,5 active components and 40 related targets were screened out by network pharmacology.5 358 disease targets related to functional dys-pepsia;Wayne diagram was used to screen out the component targets and disease targets of Aurantii Fructus,and 29 intersecting targets were obtained.GO enrichment analysis obtained 50 entries;KEGG pathway analysis obtained 56 related pathways.Key words:functional dyspepsia;aurantii Fructus;data mining;network pharmacology0 引言功能性消化不良(Functional dyspepsia,FD)是一种常见的疾病,主要表现为消化不良,除了常见的一些胃肠疾病不良反应之外,最常发生的还有恶心、食欲不振、呕吐等1-2。FD 的全球总患病率人数比较庞大,大约 10%30%的人群饱受功能性消化不良的折磨3,其中亚洲人占据多数。有研究表明4,亚洲人约有 43%的人群诊断为 FD,其中又以中国人群发病率较高5。由此可见,FD 疾病在临床上比较常见,然而目前暂无特异、有效的治疗手段。目前治疗该疾病主要是西药药物,诸如促动力药物、益生菌或抗生素等。但以上治疗方式均有一定的弊端,首先是疗效欠佳,其次是副作用较大6。例如临床上常见的应用质子泵抑制剂奥美拉唑治疗 FD,该方法虽然已有一定的研究进展,并在临床上获得了较好的治疗效果,但其产生的副作用也不小,在大量的数据挖掘分析中仍发现存在部分病人经治疗后存在头疼、恶心、呕吐等副作用。因此,开发挖掘出一种临床疗效更好、副作用更小的治疗功能性消化不良的药物成了当务之急,而枳壳是江西的道地药材之一,治疗 FD 的频数较多,但目前对于其治疗FD 的药理作用机制相关报道较少7。前期实验研究及大量临床数据表明,枳壳是常用的理气药,在临床上也是常见的行气消胀药,常用于胃肠疾病的治疗,近年来,使用枳壳治疗功能性消化不良疾病有了一定的进展。现代药理学研究显示,枳壳具有调节胃肠道的功效8-9,因此枳壳对于治疗功能性消化不良疾病能产生一定的临床研究价值,在未来有很大的研究前景。1 材料与方法1.1 资料来源全面检索江西中医药大学附属医院(2020 年1 月12 月)治疗功能性消化不良疾病的中药处方,及涉及枳壳的中药处方(2021 年 1 月12月)。1.2 纳入标准1.2.1 功能性消化不良疾病筛选 1)与功能性消化不良相关的药物;2)治疗功能性消化不良的中药处方。1.2.2 中药枳壳相关数据筛选 1)与枳壳相关的中医疾病;2)应用枳壳治疗的功能性消化不良类的疾病。1.3 排除标准1)年份过于久远的案例;2)与枳壳、功能性消化不良无关的处方。1.4 数据标准化用 Excel 2019 软件对纳入功能性消化不良的全部中药分别进行频数分析,将全部中药规范后的数据分别录入中医传承计算平台进行关联规则分析和聚类分析,统计与功能性消化不良关联强度较高的中药。1.5 基于网络药理学分析枳壳治疗功能性消化不良的机制1.5.1 枳壳活性成分确定通过传统中药数据库(traditional Chinese medicinesystems pharmacolo-gy,TCMSP)数据库(http:/ 西 科 学2023 年第 41 卷生物利用度(oral bioavailability,OB)选用大于等于 40%以及类药性(drug-likeness,DL)需选择大于等于 0.18 的化学成分。1.5.2 化合物作用靶点预测和疾病靶点筛选通过 Pharmgkb、Uniprot、GeneCard、OMIM 及 Drug-Bank 几个数据库中收集到功能性消化不良疾病的相关靶点,在此基础上,对该靶点进一步进行高分筛选整合,通过与枳壳活性成分比较分析,可得到共同的成分靶点,最后通过韦恩图筛选相交部分,即为枳壳的成分靶点与功能性消化不良疾病靶点,得到枳壳改善功能性消化不良的靶点。1.5.3活性成分-疾病靶点网络构建将功能性消化不良的靶点与枳壳成分的靶点导入 Cyto-scape 3.9.0 软件中,利用软件构建“枳壳化学成分-功能性消化不良作用靶点”的相互作用网络。并筛选出其中网络关系中度值大于等于 30 的活性成分,得到可能是枳壳中治疗功能性消化不良的主要物质基础化合物。1.5.4蛋白质-蛋白质相互作用网络的构建利用 String 数据库(https:/string-db.org/)进行分析,将上述分析得到的枳壳改善功能性消化不良的几个潜在作用靶点导入数据库。将置信度设置为0.40,分析结果可得到蛋白互作关系。进一步使用 Cytoscape 3.9.0 软件,绘制得到蛋白质-蛋白质互作(PPI)网络图。1.5.5 靶点的 GO 和 KEGG 富集分析接下来利用 DAVID 数据库(http:/david.ncifcrf.gov/)进行 GO 富集分析和 KEGG 通路分析,先将上述得到的数个枳壳化学成分潜在作用靶点基因导入数据库。选择 OFFICIAL_GENE_SYMBOL,Homo saplens,Gene List 等参数,通过数据库的 Gene Functional Classification 功能进行 GO 富集分析和 KEGG 通路分析,得到分析结果后将 P2,共有 10 种,结果见表 1,其中胃痞病、不寐病、乳癖病等中医疾病用药次数居于前列。收集到枳壳治疗疾病归属类别 19 种,结果见表 2。表 1 枳壳治疗中医疾病频次最高的前 10 种疾病序号中医疾病频次1胃痞病202不寐病103乳癖84消渴类病65风眩56喉痹57食管瘅58胆石病49胃胀病410 带下类病 32.2.2四气、五味、药物归经统计共纳入涉及枳壳中药 574 个处方,进一步对所有处方中的药物四气、五味及药物归经频次进行雷达统计。从图 3 中四气的统计可知,涉及枳壳的中药处方中,四气主要在温性和寒性集中,占比最大的为温性药物;五味的统计结果显示,最为集中的是辛、苦、甘味药物,占比最大的为苦味药物;而归经占半表 2 枳壳治疗疾病归属类别序号疾病归属类别1补虚类2清热类3化痰止咳平喘类4活血化瘀类5解表类6利水渗湿类7理气类8收涩类9祛风湿类10化湿类11安神类12止血类13温里类14消食类15平肝息风类16泻下类17驱虫类18开窍类19攻毒杀虫止痒类数以上的药物在肺、胃、脾经,与上述功能性消化不良中药处方分析相符。(a)(b)(c)寒热凉平温0566113 2226 4169 8283 00712142 4213 6284 8356 0辛酸苦甘咸0784156 8235 2392 0313 6大肠心小肠心包三焦脾胃肝肺膀胱肾注:(a)四气统计雷达图;(b)五味统计雷达图;(c)归经统计雷达图图 3 涉及枳壳处方中的药物四气、五味、归经雷达图2.3 网络药理学分析2.3.1 枳壳活性成分、作用靶点及消化不良靶点信息收集在传统中药数据库 TCMSP 中收录枳壳活性化合物基础上,按照 1.5.1 项下的选取条件,选择 5 个化学成分作为候选活性成分,结果见表 3。表 3 枳壳中符合 ADMET 条件的化合物MOL IDMolecule NameOBDLMOL013381Marmin38.230.31MOL002341Hesperetin70.310.27MOL000358beta-sitosterol36.910.75MOL004328naringenin59.290.21MOL005828nobiletin61.670.52256江 西 科 学2023 年第 41 卷通过多个数据库中收集到的 Functional dys-pepsia(FD)疾病靶点,将该靶点进一步的高分整合,通过筛选可以得到 5 358 个核心靶点。筛选出的枳壳活性成分中得到药物成分靶点一共有40 个。将 2 个靶点成分群进行韦恩图筛选,得到枳壳的成分靶点与功能性消化不良疾病靶点相交部分,结果显示,一共有 29 个相交靶点,如图 4 所示。diseans5 358drug29图 4 枳壳与疾病靶点韦恩图2.3.2活性成分-疾病靶点网络利用 Cyto-scape 3.9.0 软件,构建枳壳活性成分-功能性消化不良靶点相互作用网络,将功能性消化不良的靶点与枳壳成分的靶点导入软件,得到结果见图5。筛选出网络关系中度值30 的活性成分,见表 4。其中度值排名靠前的的有效成分包括橙皮FDzhike注:黄色 疾病;蓝色 作用靶基因;红色 活性成分;绿色 药物图 5 枳壳活性成分-疾病靶点相互作用网络表 4 枳壳中主要的活性成分序号化合物名称度值1Hesperetin322beta-sitosterol303naringenin304nobiletin28素 Hesperetin、-谷甾醇 beta-sitosterol、柚皮素naringenin、川橙皮素 nobiletin,说明这些活性化合物可能是枳壳治疗功能性消化不良的主要物质基础。2.3.3 PPI 网络构建与分析将置信度设置为0.40,结果见图 6,分析结果得到了 PPI 网络图(34 个节点和 62 条边),平均度值为 3.65。采用Cytoscape 3.9.0 软件,将 PPI 网络图导入其中,运用 CytoNCA 插件中的 Degree Centrality,将度中心值设置为2,通过筛选结果一共有枳壳治疗功能性消化不良核心靶点 29 个。在枳壳防治功能性消化不良网络图中,度中心值排列较前的 5 个蛋白靶点有半胱氨酸-天冬氨酸蛋白酶(CASP3)、肝配 蛋 白 受 体 B2(EPHB2)、糖 蛋 白 受 体(CD163)、基质金属蛋白酶抑制剂-1(TIMP1)、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK8),见图 6、表 5。其中,PTGS1、PPARG、BCL2、ESR1 度值最大,在其PPI 网络中具有重要生物学意义,这几个靶点可能成为枳壳治疗功能性消化不良的关键点。PRGBCL2CASP3CASP9CASP8CHEK1RELAPRKCATP63CD163TIMP1GSK3BPTGS1PPARGARMAPK8ESR2ESR1ABCC1GSTP1NCOA1SREBF1FASNLDLRMTTPAPOBPON1图 6 枳壳治疗功能性消化不良靶点的 PPI 网络表 5 枳壳治疗功能性消化不良核心靶点(度中心值2)序号靶点度中心值接近中心性网络中心性1PTGS150.687.132PPARG40.611.553BCL240.572.034ESR130.550.985CASP330.551.246CASP930.521.207EPHB220.520.388CD16320.510.389TIMP120.520.3810MAPK820.520.38356第 4 期 易玉柳等:基于数据挖掘及网络药理学探究枳壳治疗功能性消化不良的研究2.3.4 GO 功能富集 GO 富集分析共 50 项,Q值排序后对排名前 20 位的数据进行分析,见图7、图 8。分析结果显示,枳壳的活性成分治疗功能性消化不良的分子通路主要涉及核受体活性、配体激活的转录因子活性、转录核心调节器结合、参与凋亡信号通路的半胱氨酸型内肽酶活性、转录辅助因子结合、蛋白酶结合、核类固醇受体活性等生物过程,以上酶或受体活性改变会影响相应通路的功能表达。nuclear receptor activityligand-activatedtranscription factor activitytranscription coactivatorBindingcysteine-type endopeptidaseactivity involved inapoptotic signaling pathwaycysteine-type endopeptidaseactivity involved inapoptotic processprotease bindingDNA-binding transcriptionfactor bindingRNA polymerase Il-specificDNA-binding transcriptionfactor bindingtranscription coregulatorBindingsteroid hormone receptorActivitysteroid bindinggeneral transcriptioninitiation factor bindingDNA-binding transcriptionactivator activity,RNApolymerase I-specificDNA-binding transcriptionactivator activityhistone kinase activitybeta-catenin bindingretinoid X receptor bindingATPase bindingamide bindingRNA polymerase II generaltranscription initiationfactor binding0.0010.0020.0030.004p.adjustCount0246图 7 GO 富集分析柱状图DNA-binding transcriptionfactor bindingnuclear receptor activityligand-activatedtranscription factor activityRNA polymerase Il-specificDNA-binding transcriptionfactor bindingDNA-binding transcriptionactivator activity,RNApolymerase lspecificDNA-binding transcriptionactivator activityprotease bindingamide bindingtranscription coactivatorbindingsteroid bindingcysteine-type endopeptidaseactivity involved inapoptotic signaling pathwaycysteine-type endopeptidaseactivity involved inapoptotic processsteroid hormone receptoractivitygeneral transcriptioninitiation factor bindingbeta-catenin bindingATPase bindinghistone kinase activityretinoid X receptor bindingRNA polymerase II generaltranscription initiationfactor bindingGeneRatioCount0.0040.0030.0020.001p.adjusttranscription coactivatorbinding0.100.150.200.25234567图 8 GO 富集分析气泡图2.3.5KEGG 通路分析通过 KEGG 信号通路的富集分析,结果见图 9,一共有 56 条信号通路,主要涉及的信号通路有炎症因子、病毒感染等。将阈值设置为 Q 值0.05,将得到的结果依次排序后取前 20 名进行分析。KEGG 富集与功能性消化不良有关的通路分别是脂质和动脉硬化(Lipid and atherosclerosis)、细胞凋亡-多个物种(Apoptosis-multiple species)、细胞凋亡(Apopto-sis)、铂金抗药性(Platinum drug resistance)、p53信号传导途径(p53 signaling pathway)、IL-17 信号通路(IL-17 signaling pathway)等。结果提示枳壳具有调节免疫活性,抑制炎性反应,抗癌,抗病毒,调节各信号通路的作用。Lipid and atherosclerosisApoptosis-multiple speciesToxoplasmosisMeaslesHuman immunodeficiency virus1 infectionAlcoholic liver diseaseNon-alcoholic fatty liverdiseaseProstate cancerHepatitis BProlactin signaling pathwayPlatinum drug resistancep53 signaling pathwayChemical carcinogenesis-receptor activationApoptosisColorectal cancerHepatitis CIL-17 signaling pathwayAGE RAGE signaling pathwayin diabetic complicationsKaposi sarcoma-associatedherpesvirus infectionCountp.adjust1e-042e-04Tuberculosis0369图 9 KEGG 信号途径的富集分析3 讨论从中医学理论来看,功能性消化不良属于“胃痞”及“胃脘痛”疾病范畴,病位主要在胃,并且与脾、肝等脏器关系密切10-11。枳壳是常用的理气中药,临床上常用于食积不化等疾病12,且在大量的现代药理研究中,枳壳具有促胃肠动力的功效已被证实13-15。本研究在长期的临床实践及数据收集中得到结论,枳壳在治疗功能性消化不良疾病中起到有效作用。李永新16采用枳壳、白术等中药治疗功能性消化不良,在采集到的46 例数据分析中可得到结论,枳壳可利用其行气助运之效,对功能性消化不良疾病起到治愈的效果。本研究发现,功能性消化不良治疗方剂中的四气五味归经与枳壳的方剂分析相符,其中四气均集中在温性和寒性;五味均集中辛、苦、甘味;归经均集中在肺、脾经。在中医理论上,应用枳壳治疗功能性消化不良疾病是完全符合中医机理的。而在医院大量的数据收集中发现,枳壳治疗胃痞病的使用频率较为靠前,这表明在实际的临床应用中,枳壳是作为治疗功能性消化不良的首选药物。有文献指出利用枳壳治疗胃痞疾病能有效改善患者一系列的症状,与本文所收集到的数据分析结果是相一致的。同时有研究表明,中医药可通过改变胃肠激素从而达到治疗功能性消化不良疾病的目的,从古至今的研究结果均表明,枳壳具有温和的破气消积作用17。枳壳的促进胃肠蠕动的作用是治疗功能性消化不良的主要机制,而其起到主要作456江 西 科 学2023 年第 41 卷用的成分为黄酮类化合物。动物研究表明18,枳壳中的黄酮类成分可对功能性消化不良的大鼠起到促进胃肠动力的作用。本研究通过网络药理学的分析,得到柚皮素 naringenin、陈皮素 Hespere-tin、川陈皮素 nobiletin 等几个黄酮类化合物是枳壳治疗功能性消化不良的主要成分,与过往文献报道一致。综上所述,本研究运用数据挖掘进行聚类分析,同时通过网络药理学分析对枳壳治疗功能性消化不良的疾病相关作用机制进行了探讨,进而发现枳壳是治疗功能性消化不良疾病的一种有效药物,而进一步的研究发现枳壳能促进胃肠道运动,同时其总黄酮部位和挥发油部位是枳壳的主要活性部位且能够产生药效。传统的中医外治法如贴敷疗法,因其安全、有效、简便、无创伤等优点,易于患者接受,近年来在临床上已被广泛运用于治疗功能性消化不良19。因此,枳壳和贴剂相结合是治疗功能性消化不良的一个重要切入点,具有临床研究价值,在未来有很大的应用前景,可作为治疗功能性消化不良疾病的下一步研究热点。参考文献:1 中华医学会消化病学分会胃肠动力学组,中华医学会消化病学分会胃肠功能性疾病协作组.中国功能性消化不良专家共识意见J.中华消化杂志,2016,36(4):217-229.2李芳,鱼涛,郭亚男,等.柴枳和胃胶囊治疗功能性消化不良餐后不适综合征肝郁脾虚证疗效研究J.陕西中医,2022,43(9):1222-1225.3MAHADEVA S,GOH K 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