運用數(shù)據(jù)挖掘總結(jié)中藥外治治療化療相關手足綜合征及其網(wǎng)絡藥理學分析

邵文博，李韜芝，于 然，孫適然，袁淳晟，程志強

（1. 北京中醫(yī)藥大學，北京 100029；2. 中日友好醫(yī)院 中西醫(yī)結(jié)合腫瘤科，北京 100029）

手足綜合征（hand-food syndrome，HFS）是一種由化療藥物引起的手足部皮膚不良反應，臨床表現(xiàn)為手足皮膚顏色暗沉、水泡、皮膚開裂、脫皮、腫脹等，嚴重者甚至指甲脫落[1，2]。目前HFS 發(fā)病機制尚不清楚，可能與COX 炎癥受體、卡培他濱藥物累積、酶和轉(zhuǎn)運體代謝有關[3，4]。由于發(fā)病機制尚未明確，故而沒有有效的干預措施。對于發(fā)生嚴重HFS 的患者只能予以減藥、停藥，極大影響了患者治療進展。中藥外用泡洗手足在臨床運用中發(fā)揮了一定療效，不僅緩解HFS患者癥狀，使其治療過程得以連貫，同時生活質(zhì)量也得到較大提升[5]。中藥外用治療HFS分子機制尚不明晰，現(xiàn)代醫(yī)家組方均借鑒典籍經(jīng)方或臨證經(jīng)驗。通過數(shù)據(jù)挖掘我們可以在紛繁的中藥組方中揭示核心處方，對于新藥的開發(fā)具有指導意義；網(wǎng)絡藥理學分析可以揭示相關外用中藥發(fā)揮作用背后的分子機制。

1 資料與方法

1.1 中藥外治數(shù)據(jù)挖掘與關聯(lián)分析

以“手足綜合征”“手足皮膚反應”及“中藥治療”“中醫(yī)”為關鍵詞，檢索中國知網(wǎng)（cnki）、萬方數(shù)據(jù)庫（Wan-Fang）、維普（VIP）三個數(shù)據(jù)庫，將用于治療因化療引起HFS 的相關中藥外洗方錄入Excel，并根據(jù)《中國藥典》統(tǒng)一藥名。對使用頻次大于10 次的中藥采用SPSS clementin11進行關聯(lián)規(guī)則分析，篩選出關聯(lián)度最強的中藥組合。

1.2 中藥外治潛在靶點預測

對關聯(lián)強度最強的中藥組合進行靶點預測。使用中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫和分析平臺（TCMSP）[6]對所有高關聯(lián)性中藥進行成分檢索，由于本研究中藥為外治使用，故設定限制條件：①成藥性（Drug-likeness，＞0.18）；②-2＜AlogP＜5（Lipinski 五規(guī)則），對所收集到的化學成分進行篩選。同時使用Chemmapper 數(shù)據(jù)庫對中藥成分進行分子對接。

1.3 HPS相關靶點獲取

在藥物不良反應靶點分類系統(tǒng)（adverse drug reaction classification system-target profile，ADReCS-Target）以 引 起HFS 藥 物（“5-fluorouracil”、“Doxorubicin”、“capecitabine”、“Cytarabine”、“Docetaxel”）為關鍵詞，檢索引起皮疹、紅斑、神經(jīng)毒、皮膚毒、感覺異常、皮膚表皮異常等靶點。

1.4 中藥外治與HFS 相關靶點蛋白相互作用網(wǎng)絡構(gòu)建（PPI）

使用STRING數(shù)據(jù)庫對中藥外治與HFS共同靶點進行蛋白互相作用分析。

1.5 關鍵靶標分析及通路富集

使用R 3.6.1“cluster profilter”包進行基因本體數(shù)據(jù)GO 和KEGG 富集分析，以P＜0.05 為篩選條件，篩選出中藥外洗干預HFS的可能生物學過程及通路。

2 結(jié)果

2.1 檢索結(jié)果

共檢索出中藥外洗治療HFS 相關文獻115 篇，經(jīng)篩選得出75個中藥外治組方（圖1），其中頻數(shù)大于10次的中藥共15 種，經(jīng)關聯(lián)規(guī)則分析，關聯(lián)強度最強的中藥分別為黃芪、紅花、當歸、桂枝（圖2）。

圖1 檢索文獻流程圖

圖2 中藥網(wǎng)絡關系圖

2.2 中藥外治對應靶點

分別以“黃芪”、“紅花”、“當歸”、“桂枝”為檢索詞，在TCMSP數(shù)據(jù)庫中檢索藥物相關靶點，匯總并去重后共獲得90個化合物，其中黃芪為40個化合物，當歸為5個化合物，桂枝為5個化合物，紅花為30個化合物。將每個化合物的smiles結(jié)構(gòu)或立體結(jié)構(gòu)輸入Chemmapper進行分子對接，得到對應靶點。

2.3 HFS相關靶點

檢索ADReCS-Target 數(shù)據(jù)庫，獲得HFS 相關靶點630個。將中藥有效成分靶點與HFS相關靶點匹配后，得到中藥活性成分與部分HFS靶點（表1）。

表1 中藥-成分-靶點總結(jié)

2.4 PPI蛋白互作網(wǎng)絡構(gòu)建與網(wǎng)絡拓撲分析

通過ADReCS-Target 數(shù)據(jù)庫得到HFS 相關靶點630個，中藥與HFS 共同靶點8 個，將HFS 與中藥共同的靶點錄入STRING 平臺，分析其構(gòu)建的PPI 網(wǎng)絡，并進行Cytoscape3.7.1 網(wǎng)絡拓撲結(jié)果分析，得出核心靶點6 個：分別是PRSS1（絲氨酸蛋白酶1）、DPYD（二氫嘧啶脫氫酶）、HTR1B（5-羥色胺受體1B）、CALY、ADRB1（β1腎上腺素受體）、GRIK2（紅藻氨酸離子能谷氨酸受體2），其中ADRB1為最重要靶點。通過PPI蛋白互作分析，得到10個中藥治療化療致HFS 相關靶點，分別是PRKACA（蛋白激酶A 催化亞基抗體）、UQCRH（泛醌細胞色素C還原酶鉸鏈蛋白）、DRD2（多巴胺受體D2）、PNPO（吡哆胺-5'-磷酸氧化酶）、ADRA2A（α-2A 腎上腺素能受體）、DRD3（多巴胺受體D3）、DRD5（多巴胺受體D5）、DRD1（多巴胺受體D1）、DRD4（多巴胺受體D4）、MTNR1B（褪黑素受體1B）。

2.5 GO富集分析和KEGG通路分析

對中藥外治治療HFS 進行GO 富集分析，靶點主要富集在神經(jīng)傳導、神經(jīng)遞質(zhì)相關的功能信號，以及一系列G蛋白相關的信號功能，將富集結(jié)果前20 保留并作圖顯示。結(jié)果如下：富集最多的3 個信號功能為兒茶酚胺信號轉(zhuǎn)導（catecholamine binding）、神經(jīng)傳導受體活性（neurotransmitter receptor activity）、G 蛋白偶聯(lián)胺受體活性（G protein-coupled amine receptor activity）（圖3）。

圖3 靶點功能富集

圖4 所示KEGG 通路富集分析結(jié)果：中藥可能通過作用于以下通路發(fā)揮治療HFS的作用，分別是神經(jīng)刺激配體受體作用通路（neuroactive ligand-receptor interaction）及cAMP信號通路（cAMP signaling pathway）。

圖4 KEGG通路富集分析

3 討論

《素問·至真要大論》載“內(nèi)者內(nèi)治，外者外治”，該理論為中醫(yī)外治法框架的形成奠定了基礎。HFS 屬外部皮膚反應，而中醫(yī)認為HFS 屬“血痹”范疇，《黃帝內(nèi)經(jīng)》曰：“血凝于膚者為痹”，“邪入于陰，則為血痹”。本虛標實為痹證的主要病機特點，臨床治療仍需結(jié)合他癥辨證論治，故中藥外治當以益氣養(yǎng)血、溫經(jīng)通絡為主，同時兼以涼血解毒[7，8]。中醫(yī)外治法可經(jīng)體表給藥就近透邪，直達病所，迅速解決患者病痛。《理瀹駢文》中云：“外治之理，即內(nèi)治之理，外治之藥即內(nèi)治之藥，所異者法耳”，闡述了外治法與內(nèi)治法的一致性，并且中醫(yī)外治法可減少口服藥物對消化道的刺激，提高患者用藥的依從性。

本研究通過對既往使用中藥外治治療HFS 文獻進行數(shù)據(jù)挖掘及分析，得出治療HFS 最常用的外治中藥為黃芪、當歸、桂枝、紅花，此四味藥均起益氣溫經(jīng)，和血通痹之效。其中黃芪、桂枝為黃芪桂枝五物湯的核心用藥，并且多篇文獻也有提示黃芪桂枝五物湯外用可增強機體抵抗力，減少HFS 不良反應，同時營養(yǎng)神經(jīng)，改善微循環(huán)，對于HFS有較明顯的臨床療效[9～11]。

通過中藥靶點預測，當歸未發(fā)現(xiàn)與HFS 重合靶點，其余三味中藥黃芪、紅花、桂枝中存在多種成分用于治療皮疹、黏膜炎及改善神經(jīng)功能，這提示除當歸未見明顯通路富集，紅花、桂枝主要富集在胺相關G 蛋白偶聯(lián)受體通路上，起到G 蛋白偶聯(lián)的胺相關活性，桂枝、紅花及黃芪有明顯溫通的作用，結(jié)合HFS 疼痛、色素沉著、皮膚破潰、炎癥的臨床表現(xiàn)，溫通可能是其最重要的治療原則。

通過PPI 分析得出ADRB1（β1 腎上腺素受體基因）是治療HFS 最重要的靶點，多項研究顯示ADRB1 多態(tài)性與心血管相關，但與局部微血管的關系尚不明確，仍需進一步實驗。該靶點對應成分為桂枝中的表兒茶素，表兒茶素屬兒茶類化合物中一種，具有明顯抗炎、抗感染[13]及神經(jīng)保護的作用。

基于上述機制分析及討論，得出結(jié)論中藥-桂枝-表兒茶素-ADRB1 基因靶點-胺相關G 蛋白偶聯(lián)受體通路可能是中藥干預HFS 的中藥機制鏈，可有效改善HFS 疼痛、神經(jīng)障礙、皮膚破潰、炎癥等癥狀。

本研究通過文獻挖掘結(jié)合網(wǎng)絡藥理學的研究思路，歸納總結(jié)中藥外治化療相關性HFS的常用藥物，并對這些核心藥物的分子機制進行預測分析。核心藥物的篩選主要基于數(shù)據(jù)挖掘類研究的結(jié)果，由于納入的文獻數(shù)量有限，可能對結(jié)果存在一定影響。本研究得出HFS 潛在治療通路僅為計算機富集得到，且只探索該疾病主要通路機制之一，還有很多靶點及通路未富集到，但并不代表其沒有作用，通過網(wǎng)絡藥理學預測得到的靶點及其潛在的分子機制，有待通過試驗進行科學的驗證。