基于数据挖掘及网络药理学的绝经后骨质疏松症辨治规律研究

来源 :山东中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenweifan
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目的:(1)运用“中医传承计算平台v3.0”软件,对各大数据库中中医临床治疗绝经后骨质疏松症(postmenopausal osteoporosis,PMOP)相关文献进行分析,总结PMOP的四诊信息、证型分布特点以及中医药治疗PMOP的配伍规律,选取治疗效果较为显著的核心药物进行组方规律研究。(2)通过网络药理学方式,分析核心药物治疗PMOP的主要靶点及相关通路,明确药物起效机制,以期为中医临床治疗PMOP提供方向及数据支持。方法:(1)检索中国学术期刊全文数据库(CNKI)、万方数据库(WF)、维普数据库(VIP)、中国生物医学文献服务系统(Sinomed)数据库以及Pub Med数据库,筛选建库以来至2021年12月期间与PMOP相关临床研究文献。遵循纳入、排除标准进行文献筛选,提取符合标准的文献内容,经“Excel 2010”软件进行数据规范后,上传至“中医传承计算平台v3.0”软件。分析选取文献中症状、舌象、脉象出现频次及规律,结合中药关联规则,通过聚类方法提取核心药物。(2)检索TCMSP数据库以及TCMID数据库,筛选核心药物的活性成分及作用靶点,同时查阅已发表文献进行活性成分及靶点补充。根据Uniprot蛋白质数据库中已验证的“Homo sapiens”基因信息,进行靶点对应。去除重复靶点后,通过CytoScape3.7.1软件绘制中药-活性成分-靶点网络图。选取Genecards、OMIM、DisGeNET、DrugBank、TTD等数据库中PMOP疾病相关靶点,在BioVenn在线网站上与核心药物靶点取交集。通过CytoScape3.7.1软件绘制中药-活性成分-交集靶点-PMOP网络图,并利用CytoScape3.7.1软件中Network Analyzer功能进行网络结构拓扑分析。将药物活性成分-PMOP交集靶点导入MetaScape在线网站,通过分子复合物检测(MCODE)算法进行PPI网络构建,并将网络构建结果导入CytoScape3.7.1进行Network Analyzer拓扑分析。将药物活性成分-PMOP交集靶点导入微生信在线网站,进行KEGG、GO富集分析可视化展示。结果:(1)本研究在CNKI数据库中检索到774篇相关文献,在VIP数据库中检索到372篇相关文献,在WF数据库中检索得到785篇相关文献,在中国生物医学文献服务系统中检索到570篇相关文献,共计2501篇文献。在Pub Med数据库中筛选外文相关文献211篇。经Endnote去除重复文献2303篇,对剩余409篇文献进行初步筛选,通过阅读文献题目、摘要及内容进行二次筛选,结合纳入、排除标准,最终纳入130篇文献进行数据分析。本研究中PMOP证型分布频次由高到低依次为肾虚证、肝肾阴虚证、脾肾阳虚证、气滞血瘀证,出现频次较高的症状依次为腰背疼痛、全身疼痛、眩晕耳鸣、腰膝乏力,舌淡、舌红、舌胖大是PMOP患者的常见舌象,苔白、苔少、苔薄白是PMOP患者的常见苔象,脉沉、脉迟、脉细弱是PMOP患者的常见脉象。130篇文献共涉及186味药物,出现频次排名靠前的药物包括淫羊藿、熟地黄、杜仲、骨碎补、当归、补骨脂、黄芪等。药性出现次数从高到低依次为温性(700,60.24%)、平性(258,22.20%)、寒性(154,13.25%)、热性(26,2.24%)、凉性(24,2.07%);药味出现频次由高到低依次为甘味(778,43.83%)、苦味(449,25.30%)、辛味(335,18.87%)、酸味(108,6.08%)及咸味(105,5.92%)。通过“中医传承计算平台v3.0”软件对核心药物功效进行分析。结果显示186味中药共计出现1162次,其中出现频次较高的前10种药物功效依次为补虚类药物(676,58.18%)、活血化瘀类药物(181,15.58%)、祛风湿类药物(58,4.99%)、利水渗湿类药物(52,4.48%)、收涩类药物(42,3.61%)、清热类药物(41,3.53%)、解表类药物(27,2.32%)、平肝熄风类药物(22,1.89%)、温里类药物(16,1.38%)、止血类药物(14,1.20%)。药物归属经络频次由高到低依次为肾经(799,28.89%)、肝经(796,28.78%)、脾经(411,14.86%)、心经(279,10.09%)、肺经(217,7.85%)、胃经(109,3.94%)、胆经(56,2.02%)、膀胱经(54,1.95%)、大肠经(35,1.27%)、三焦经(6,0.22%)、小肠经(3,0.11%)、心包经(1,0.04%)。通过“中医传承计算平台v3.0”软件,基于药物关联规则进行中药组方规律分析,出现频次较高的前10组药物关联组合分别为熟地黄—杜仲、淫羊藿—熟地黄、杜仲—骨碎补、熟地黄—山茱萸、淫羊藿—骨碎补、淫羊藿—补骨脂、淫羊藿—黄芪、淫羊藿—杜仲、熟地黄—当归、杜仲—当归。基于无监督聚类算法,将130个处方聚为3类,得出3个核心药物组合,药物组成及处方数量分别为淫羊藿—熟地黄—骨碎补—补骨脂—杜仲(58)、杜仲—熟地黄—淫羊藿—当归—黄芪(50)、山药—熟地黄—山茱萸—茯苓—杜仲(22)。结合K-means算法与回归模型展示结果,淫羊藿—熟地黄—骨碎补—补骨脂—杜仲分类较为清晰,且数据重叠度低,因此选取淫羊藿、熟地黄、骨碎补、补骨脂、杜仲作为核心药物进行网络药理学分析,寻求新方治疗PMOP的关键靶点及起效机制。(2)检索TCMSP并查阅相关已发表文献进行活性成分及靶点补充,结果显示补骨脂活性成分包括39种,作用靶点为182个;杜仲活性成分包括28种,作用靶点为168个;骨碎补活性成分包括18种,作用靶点为118个;熟地黄活性成分包括2种,作用靶点为20个;淫羊藿活性成分包括20种,作用靶点为169个。去除重复靶点后,共计得到346个核心组成药物靶点。将核心组成药物靶点导入CytoScape3.7.1软件进行药物—活性成分可视化展示,并进行网络结构拓扑分析。通过检索Genecards、OMIM、DisGeNET、DrugBank、TTD等数据库,得到PMOP疾病相关靶点,去除疾病靶点重复项后,共计722个PMOP相关靶点。将新方组成药物靶点与疾病数据库中PMOP相关靶点导入BioVenn在线网站,得到交集靶点为49个,包括ESR2、CYP3A4、VDR、CYP1A1、AR、KLK3、NR1I2、CYP1A2、CYP1B1、CYP2C9、NCOA2、ESRRG、PGR、NR3C1、HSD3B2、FOS、UGT2B4、CYP2A6、ESR1、RUNX2、IL6、APOE、TNF、IGFBP3、SLPI、IL1B、CRP、PRKACA、NOS3、PPARG、STAT1、SERPINE1。将疾病、药物活性成分、交集靶点网络关系图导入CytoScape3.7.1软件,构建网络关系图并进行网络结构拓扑分析,得出治疗PMOP的主要药物成分可能为环青蒿酮、黄毒素、β—谷甾醇、山奈酚、槲皮素等。通过分子复合物检测(MCODE)算法进行蛋白质互作网络分析,并在CytoScape3.7.1软件中对蛋白质互作网络数据进行拓扑分析,认为FOS、TNF、TP53、IFNG、IL6、NR3C1、ESR1、CTNNB1、PPARG、STAT1靶点可能是核心药物治疗PMOP的主要靶点。通过微生信在线网站对交集靶点进行GO富集分析,其中生物过程(biological process,BP)、细胞组成(cell composition,CC)、分子功能(molecular function)依次存在3711、255、386种条目,共计4352种条目。KEGG通路富集分析核心药物可能通过调控癌症途径、IL-17信号通路、化学致癌、癌症中的蛋白多糖、MAPK信号通路、雌激素信号通路、T细胞受体信号通路、类固醇激素生物合成、癌症中的转录失调、PI3K-Akt信号通路,实现改善PMOP患者症状的治疗目的。结论:(1)PMOP患者的常见临床表现包括腰背疼痛、舌淡、舌红、苔白、苔少、苔薄白等,中医药治疗PMOP期间,补虚药、活血化瘀药、祛风湿药改善症状效果较为明显,其中淫羊藿、熟地黄、杜仲、骨碎补及当归等药物使用频次较高。基于关联规则进行组方规律分析时,淫羊藿—熟地黄、熟地黄—杜仲、熟地黄—山茱萸、杜仲—骨碎补、淫羊藿—补骨脂等药物群出现频次较高,结合药性及药物归经,提示PMOP的治疗用药旨于益精填髓、强筋健骨,体现了补虚的学术思想,同时配合茯苓等利水渗湿药物,蕴含先天、后天同补理念。(2)核心药物组合新方可以作用于多个靶点,干预体内多个信号通路,能够对机体生物学过程产生不同程度的影响,进而对PMOP患者发挥治疗功效。
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