王璐 饒穎 周佳林 戴琦
1.江西中醫(yī)藥大學 南昌 330000 2.江西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 3.江西省中醫(yī)消化病臨床研究基地
腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一種以腹痛、腹脹為主要癥狀,與排便相關或伴有排便習慣改變的疾病[1],臨床常規(guī)檢查尚無法解釋這些癥狀。羅馬Ⅳ標準將IBS的糞便性狀,稀水樣便的比例大于25%,塊狀便的比例小于25%的定義為腹瀉型腸易激綜合征(irritable bowel syndrome with predominant diarrhea,IBS-D)[2-3]。 中醫(yī)認為IBS-D屬于“泄瀉”“腹痛”的范疇,其病位在腸,與肝、脾、腎等多臟腑有關;病性可由實轉虛,虛實夾雜;病機為肝失疏泄,橫逆犯脾,脾失健運,濕從中生,脾虛日久,脾陽不足,累及腎陽,脾腎兩虛,并將其分為肝郁脾虛型、脾虛濕盛型、脾腎陽虛型、脾胃濕熱型和寒熱錯雜型[4]。中醫(yī)以整體觀念和辨證論治為治療原則,證型之間多有聯(lián)系,為了進一步探索證型、方藥之間的關聯(lián),本研究以數(shù)據(jù)挖掘技術和網(wǎng)絡藥理學為基礎,對中藥治療脾虛濕盛型和脾腎陽虛型IBS-D的方證關系進行探討分析。
1.1 資料收集 對中國知網(wǎng)(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)、中國生物醫(yī)學文獻服務系統(tǒng) (Chinese Biomedical Literature Service system,SinoMed)、萬方期刊數(shù)據(jù)庫(Wanfang Database)、維普中文期刊數(shù)據(jù)庫(VIP Database for Chinese Technical Periodicals)四大中文數(shù)據(jù)庫進行檢索。以“腹瀉型腸易激綜合征”“腸易激綜合征”“腹瀉”等為關鍵詞或主題詞,搜索從建庫至2020年12月的相關文獻,提取相關的證型、方藥等信息。根據(jù)納入標準和排除標準剔除不符合要求的文獻。
1.2 納入標準與排除標準
1.2.1 納入標準 采用中藥內治法治療脾虛濕盛型或脾腎陽虛型IBS-D的文獻,且治療有效,文獻有明確的方劑及藥物組成。
1.2.2 排除標準 (1)個案報道、綜述類、動物類或實驗類文獻;(2)資料來源不清,方劑、藥物不具體或信息嚴重缺失,且研究對象除IBS-D外合并有其他疾病的文獻;(3)重復發(fā)表、研究數(shù)據(jù)雷同者,只收錄其中發(fā)表時間最近的文獻。
1.3 名詞術語規(guī)范化 以衛(wèi)生部“十二五”規(guī)劃教材人民衛(wèi)生出版社(第二版)《中藥學》和2020年版《中華人民共和國藥典》為參照,對因用藥部位不同、存在別名、炮制方式等導致藥物名稱不統(tǒng)一情況進行規(guī)范,如:當歸、當歸身、當歸尾等統(tǒng)稱為當歸,金鈴子規(guī)范為川楝子,半夏曲、姜半夏統(tǒng)稱半夏;若功效有異,則保留原名,如生地黃和熟地黃等。
1.4 數(shù)據(jù)處理 通過雙人分別錄入的方法將文獻數(shù)據(jù)規(guī)范導入WPS Office Excel工作表,進行數(shù)據(jù)整理后篩選出高頻中藥,并利用IBM SPSS Modeler 18.1軟件對脾虛濕盛型和脾腎陽虛型相關處方進行關聯(lián)規(guī)則分析。
1.5 中藥活性成分及靶點收集 利用中藥系統(tǒng)藥理學數(shù)據(jù)庫與分析平臺(Traditional Chinese Medicine Systems Pharmacology Database and Analysis Platform,TCMSP) 數(shù)據(jù)庫(http://tcmspw.com/tcmsp.php)、中醫(yī)藥百科全書(The Encyclopedia of Traditional Chinese Medicine,ETCM)數(shù)據(jù)庫(http://www.tcmip.cn/ETCM)對整理出的中藥進行活性成分收集,在TCMSP數(shù)據(jù)庫中設置口服利用度(oral bioavailability,OB)≥30%、類藥性(drug-likeness,DL)≥0.18。 利用UniProt數(shù)據(jù)庫(https://www.uniprot.org/)對收集到的活性成分進行靶點比對。
1.6 疾病靶點收集 利用基因疾病關聯(lián)數(shù)據(jù)庫(Gene-Disease Association Database,DisGeNET)(https://www.disgenet.org/)、 人類基因綜合數(shù)據(jù)庫(Human Gene Comprehensive Database,GeneCards) (https://www.genecards.org/)、人類孟德爾遺傳在線(Online Mendelian Inheritance in Man,OMIM)數(shù)據(jù)庫(https://www.omim.org/)檢索IBS-D相關靶點,篩重后進行記錄整理。
1.7 靶點整理和可視化 對脾虛濕盛型和脾腎陽虛型IBS-D中的核心中藥活性成分與疾病的交集靶點進行統(tǒng)計,并利用Cytoscape 3.9.0軟件構建成分-靶點圖。
1.8 蛋白互作網(wǎng)絡(protein-protein interactions,PPI)構建 將所得關鍵靶點導入STRING數(shù)據(jù)庫(https://string-db.org/),設置物種為人,置信度≥0.400,運用Cytoscape 3.9.0軟件進行可視化處理。
1.9 基因本體(gene ontology,GO)和京都基因與基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)富集分析 將關鍵靶點導入DAVID數(shù)據(jù)庫(https://david.ncifcrf.gov/),設置物種為人,進行GO和KEGG富集分析,并對結果進行可視化處理。
2.1 文獻檢索和數(shù)據(jù)匯總 文獻檢索提示脾虛濕盛型文獻182篇,處方188個,中藥145味,共使用2 149次;脾腎陽虛型文獻133篇,處方135個,中藥122味,共使用1 571次。
2.2 高頻中藥與關聯(lián)規(guī)則
2.2.1 脾虛濕盛型 脾虛濕盛型IBS-D的前10味高頻中藥分別為白術(171次)、甘草(155次)、茯苓(150次)、黨參(122次)、薏苡仁(87次)、陳皮(84次)、山藥(81次)、白芍(69次)、砂仁(69次)、白扁豆(63次)。 見表1。將數(shù)據(jù)導入IBM SPSS Modeler 18.1軟件,設置鏈接大小連續(xù)變化,其中線條粗細代表關聯(lián)強度,繪制關聯(lián)規(guī)則網(wǎng)絡圖,結果顯示白術、甘草、茯苓、黨參4味中藥互為關聯(lián),且關聯(lián)度較強。見圖1。使用Apriori算法進行建模,進一步分析不同中藥的配伍關系,設置支持度≥45.00%(前后項藥物在所有處方中同時出現(xiàn)的概率),置信度≥90.00%(前項出現(xiàn)時后項藥物出現(xiàn)的概率),最大前項數(shù)5,提升度≥1(大于1表明前后項藥物之間的關聯(lián)有效),按置信度排序,得到11條結果。見表2。結合高頻藥物和關聯(lián)規(guī)則所示結果,推測白術、甘草、茯苓、黨參為脾虛濕盛型IBS-D的核心中藥配伍。
表1 治療脾虛濕盛型IBS-D前10味高頻中藥
圖1 中藥治療脾虛濕盛型IBS-D關聯(lián)規(guī)則網(wǎng)絡圖
表2 中藥治療脾虛濕盛型IBS-D關聯(lián)規(guī)則
2.2.2 脾腎陽虛型 脾腎陽虛型IBS-D的高頻中藥前10位分別為白術(111次)、補骨脂(94次)、肉豆蔻(91次)、茯苓(86次)、甘草(85次)、黨參(74次)、吳 茱萸(70次)、白芍(67次)、五味子(60次)、山藥(55次)。見表3。將數(shù)據(jù)導入IBM SPSS Modeler 18.1軟件進行關聯(lián)規(guī)則分析,結果顯示補骨脂-肉豆蔻、白術-補骨脂、白術-茯苓、白術-肉豆蔻、白術-甘草、白術-黨參、補骨脂-吳茱萸、補骨脂-甘草、肉豆蔻-吳茱萸關聯(lián)性強。見圖2。設置支持度≥45.00%,置信度≥90.00%,最大前項數(shù)5,提升度≥1,得到4條關聯(lián)規(guī)則結果,其中2藥2條,3藥2條,分別為黨參-白術;吳茱萸-補骨脂;吳茱萸+肉豆蔻-補骨脂;吳茱萸+補骨脂-肉豆蔻。見表4。結合高頻藥物和關聯(lián)規(guī)則結果,推測中藥治療脾腎陽虛型IBS-D核心配伍或為補骨脂、吳茱萸、肉豆蔻,并根據(jù)臨床情況辨證加入白術、甘草、黨參、茯苓等藥物。
圖2 中藥治療脾腎陽虛型IBS-D關聯(lián)規(guī)則網(wǎng)絡圖
表3 治療脾腎陽虛型IBS-D前10味高頻中藥
表4 中藥治療脾腎陽虛型IBS-D關聯(lián)規(guī)則
2.3 靶點收集 數(shù)據(jù)挖掘顯示脾虛濕盛型核心配伍或為白術、甘草、黨參、茯苓,脾腎陽虛型或為補骨脂、吳茱萸、肉豆蔻,利用TCMSP、ETCM數(shù)據(jù)庫對以上中藥進行活性成分和靶點收集。見表5。檢索DisGeNET、GeneCards、OMIM數(shù)據(jù)庫中IBS-D的相關靶點,去重后共收集到靶點554個。
表5 中藥有效活性成分和靶點數(shù)
2.4 交集靶點 統(tǒng)計兩個證型對應中藥與疾病IBS-D的交集靶點,結果顯示白術、甘草、茯苓、黨參與IBS-D交集靶點tar-one共78個,補骨脂、吳茱萸、肉豆蔻與IBS-D交集靶點tar-two共80個, 對tar-one和tar-two的交集靶點進行統(tǒng)計,得到tar-common靶點54個。見圖3。應用Cytoscape 3.9.0軟件制作中藥成分-疾病靶點圖,并進行拓撲分析。見圖4~5。
圖3 tar-one和tar-two交集靶點
圖4 tar-one中藥成分-疾病靶點可視化
圖5 tar-two中藥成分-疾病靶點可視化
圖4為白術、茯苓、甘草、黨參4味藥對IBS-D的中藥成分-疾病靶點網(wǎng)絡圖。淺紅色三角形為共有靶點tar-common,藍色v形為除外共有靶點的其他靶點,黃色圓形為茯苓的有效成分,紅色圓形為白術的有效成分,紫色圓形為黨參的有效成分,綠色圓形為甘草的有效成分。圖5為吳茱萸、補骨脂、肉豆蔻三味藥對IBS-D的中藥成分-疾病靶點網(wǎng)絡圖,淺紅色三角形為靶點tar-common,紫色v形為除外共有靶點的其他靶點,綠色圓形為補骨脂有效成分,藍色圓形為肉豆蔻有效成分,黃色圓形為吳茱萸有效成分。結合兩圖可發(fā)現(xiàn),藥物治療IBS-D的關鍵靶點或為tar-one和tar-two交集靶點,即tar-common。
拓撲分析顯示,白術中3β-乙酰氧基蒼術酮(3β-acetoxyatractylone), 甘草中槲皮素(quercetin),茯苓中常春藤皂苷元(hederagenin),黨參中木犀草素(luteolin),補骨脂中二十四烷酸(lignoceric acid),肉豆蔻中β-谷甾醇 (β-sitosterol),吳茱萸中槲皮素(quercetin)為藥物治療IBS-D的核心成分。
2.5 PPI結果可視化分析 分別將tar-one、tar-two、tar-common導入STRING數(shù)據(jù)庫,應用Cytoscape 3.9.0軟件將得到的結果進行可視化分析,按節(jié)點度值(degree)排序,節(jié)點越大、顏色越深表明度值越高。見圖6~8。 由圖可知,tar-one、tar-two中的關鍵靶點與tar-common相似,主要為細胞腫瘤抗原p53(tumor protein p53,TP53)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor,TNF)、 血管內皮生長因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA)、白介素-1B(interleukin-1B,IL-1B)、白介素-6(interleukin-6,IL-6)。
圖6 tar-one PPI網(wǎng)絡
圖7 tar-two PPI網(wǎng)絡
圖8 tar-common PPI網(wǎng)絡
2.6 GO和KEGG富集分析 將tar-one、tar-two、tarcommon導入DAVID數(shù)據(jù)庫,進行GO和KEGG富集分析,設P≤0.05,GO富集分析中得到生物過程(biological process,BP) 條目tar-one共277條,tar-two共293條,tar-common共271條;KEGG分析結果tar-one共83條,tar-two共81條,tar-common共76條。對三組結果進行交集分析,發(fā)現(xiàn)按P值排列,tar-common中有228條GO分析和69條KEGG分析的條目均存在于tar-one和tar-two中。 見圖9~10。 對tar-common中GO分析及KEGG分析的前20條結果以及tar-one、tar-two的非交集部分進行可視化分析,其中非交集部分的GO富集分析條目較多,只取前10條。見圖11~12。
圖9 tar-one、tar-two和tar-common的GO交集分析
圖10 tar-one、tar-two和tar-common的KEGG交集分析
圖11 GO富集分析
圖12 KEGG富集分析
tar-common中GO富集分析主要為基因表達、轉錄調控、信號轉導、免疫反應、炎癥反應、細胞對脂多糖的反應、一氧化氮生物合成過程等。tar-common中KEGG通路富集分析主要為癌癥途徑、癌癥中蛋白聚糖、胰腺癌、膀胱癌、甲型流感、南美錐蟲?。乐掊F蟲?。⒗猜?、弓形蟲病、結核、丙型肝炎、乙型肝炎、炎癥性腸病、類風濕關節(jié)炎、瘧疾、阿米巴病、細胞因子-細胞因子受體相互作用、Toll樣受體(Toll-like receptors,TLR)信號通路、缺氧誘導因子-1(hypoxia-inducible factor-1,HIF-1)信號通路、T細胞受體信號通路、NOD樣受體(NOD-like receptors,NLR)信號通路等。
tar-one中GO分析的非交集條目主要與γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)信號通路、激活磷脂酶C的G蛋白偶聯(lián)乙酰膽堿受體信號通路、腺苷酸環(huán)化酶抑制G蛋白偶聯(lián)乙酰膽堿受體信號通路、G蛋白偶聯(lián)乙酰膽堿受體信號通路、離子跨膜轉運、氯化物的運輸轉運、膽固醇代謝、平滑肌收縮正向調節(jié)等通路有關。KEGG分析包括逆行內源性大麻素信號、神經活性配體-受體相互作用、嗎啡成癮、尼古丁成癮、GABA能突觸、藥物代謝-細胞色素P450、脂肪細胞因子信號通路、膽堿能突觸、腎細胞癌、甲狀腺癌、細胞色素P450對異生素的代謝等。
tar-two中GO分析為疼痛的感官知覺、IL-6產生的負調節(jié)、IL-10產生的正向調節(jié)、對革蘭陰性菌的防御反應、平滑肌收縮的調節(jié)、血管收縮的調節(jié)、皮質肌動蛋白細胞骨架組織、細胞外調節(jié)蛋白激酶1(extracellular regulated protein kinases 1,ERK1)和ERK2級聯(lián)的調節(jié)、黏膜的先天免疫反應等。KEGG分析為醛固酮調節(jié)的鈉重吸收、胰島素分泌、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路、環(huán)鳥苷酸-蛋白激酶G(cyclicguanosine-protein kinase G,cGMP-PKG)信號通路、 p53信號通路、催乳素信號通路、自然殺傷細胞介導的細胞毒性、EB病毒感染、胃酸分泌等。
IBS是一種在全世界廣泛分布的疾病,研究表明全球IBS患病率約為11.2%[5],其中IBS-D是一種重要亞型。目前認為,IBS發(fā)病與胃腸動力異常、內臟高敏感、腦腸軸調節(jié)異常、腸道菌群紊亂、腸道低度炎癥等有關,以對癥治療為主,如止瀉劑、益生菌等[1]。中醫(yī)認為該病涉及多個臟腑,脾胃虛弱或肝失疏泄是其重要病機[4],從五臟辨證進行治療,常能取得不錯療效[6]。
本文對脾虛濕盛和脾腎陽虛兩證型進行數(shù)據(jù)挖掘分析,發(fā)現(xiàn)脾虛濕盛型的前10味高頻藥物為白術、甘草、茯苓、黨參、薏苡仁、陳皮、山藥、白芍、砂仁、白扁豆,大多為益氣健脾祛濕之藥,且前4味藥白術、甘草、茯苓、黨參為四君子湯的基本組成。關聯(lián)規(guī)則結果亦顯示這四味藥關聯(lián)性強,考慮為中藥治療脾虛濕盛型IBS-D的核心配伍。四君子湯是補氣健脾的經典方,白術健脾益氣、燥濕利水,黨參補脾益肺、養(yǎng)血生津,茯苓利水滲濕、健脾寧心安神,甘草甘平、炙用甘溫,有補脾益氣、緩急止痛、調和諸藥之效。網(wǎng)絡藥理結果顯示,白術中3β-乙酰氧基蒼術酮,甘草中槲皮素,茯苓中常春藤皂苷元,黨參中木犀草素為中藥治療IBS-D的重要成分。蒼術酮是白術揮發(fā)油中一種重要成分,其性質不穩(wěn)定,易于轉化,產物如白術內酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等有抗炎、促進胃腸運動等作用[7]。劉麗娜等[8]發(fā)現(xiàn),槲皮素可減輕IBS模型大鼠結腸黏膜炎癥,增強腸屏障功能,改善內臟敏感性。另有研究顯示,常春藤皂苷元、木犀草素有抗炎、抗菌、抗抑郁等作用[9-11]。
脾腎陽虛型IBS-D的高頻藥物前10味為白術、補骨脂、肉豆蔻、茯苓、甘草、黨參、吳茱萸、白芍、五味子、山藥。補骨脂、吳茱萸、肉豆蔻、五味子為四神丸的基本組成,善溫脾暖腎、澀腸止瀉。白術、甘草、茯苓、黨參組成四君子湯,白芍柔肝止痛,山藥健脾祛濕。關聯(lián)規(guī)則分析表明,吳茱萸、肉豆蔻、補骨脂或為核心配伍,且常加黨參、白術等健脾益氣之藥增強療效。由此可知,臨床上治療脾腎陽虛型IBS-D時或以溫補脾腎為基礎,辨證加予健脾益氣、柔肝祛濕等藥,這與IBS-D病機相符。魏良兵等[12]發(fā)現(xiàn),補骨脂-肉豆蔻對IBS有治療作用,能調節(jié)結腸組織中促腎上腺皮質激素釋放因子-環(huán)磷腺苷效應元件結合蛋白信號通路,降低內臟高敏感性。本研究顯示,補骨脂中二十四烷酸、肉豆蔻中β-谷甾醇、吳茱萸中槲皮素或為治療IBS-D的核心成分。研究顯示,β-谷甾醇有抗炎抗菌等作用[13]。有關上述化合物對IBS-D影響的文獻研究尚不多見,尚需進一步實驗支持。
PPI網(wǎng)絡顯示,IL-6、TP53、TNF、VEGFA、IL-1B為中藥治療IBS-D關鍵靶點。IL-6、TNF、IL-1B是促炎細胞因子,與IBS-D發(fā)病機制有一定聯(lián)系。Seyedmirzaee等[14]對74名IBS患者和75名健康者進行血清細胞因子比對,發(fā)現(xiàn)IBS患者血清中IL-6、TNF-α較健康者高。一項薈萃分析顯示,IBS患者IL-6水平高于對照組,且在IBS-D中更顯著[15]。另有研究發(fā)現(xiàn),IL-1B能夠誘導腸道通透性增加,導致腸道炎癥的發(fā)生[16]。低度腸道炎癥是IBS發(fā)病機制之一,可能與腸道菌群紊亂,產生毒素刺激腸黏膜,導致炎癥因子生成有關。
tar-common的GO和KEGG富集分析顯示白術、茯苓、黨參、白術、補骨脂、吳茱萸、肉豆蔻7味中藥參與基因表達、轉錄調控、信號轉導、免疫反應、炎癥反應、細胞對脂多糖的反應、一氧化氮生物合成過程的正調控等多項途徑,并通過多種疾病通路、信號通路發(fā)揮治療作用。研究表明,一氧化氮參與多種信號傳導,具有調節(jié)胃動力的作用[17],并與內臟超敏反應相關[18]。脂多糖會誘發(fā)腸道炎癥和內臟高敏感性,富含可發(fā)酵寡糖、二糖、單糖和多元醇的食物可通過這一途徑加劇IBS-D的癥狀[19-20]。TLR信號通路與炎癥因子表達有關,通過影響腸道通透性,介導IBS-D炎癥反應[21-23]。
tar-one的GO和KEGG分析顯示,四君子湯還可以通過GABA通路、激活或抑制G蛋白偶聯(lián)乙酰膽堿受體信號通路、離子跨膜轉運、氯化物的運輸轉運、平滑肌收縮正向調節(jié)等途徑發(fā)揮治療作用,并與多種疾病通路、信號通路、代謝通路、突觸通路密切相關。GABA、乙酰膽堿受體(acetylcholine receptor,Ach)為重要的中樞神經遞質,能夠通過腦腸軸完成腸-腦信號雙向交流,調節(jié)IBS-D癥狀。GABA是中樞神經系統(tǒng)中重要的抑制性神經遞質,腸神經細胞通過鈉-鉀-氯化物轉運體增高細胞內氯化物濃度,從而激活腸神經系統(tǒng)中GABA受體[24]。胃腸道的GABA受體可調節(jié)胃腸道的分泌與運動,影響內臟高敏性感[25];并能通過改變促炎因子的表達,起到抗炎作用[26]。Ach是一種重要的興奮性神經遞質,研究顯示IBS患者結腸黏膜中的肥大細胞數(shù)量有所增加,其可激活肌腸神經元,通過釋放Ach,調控平滑肌收縮[27]。
tar-two的GO和KEGG分析顯示,補骨脂、肉豆蔻、吳茱萸治療IBS-D與疼痛的感官知覺、炎癥因子的表達、平滑肌收縮、血管收縮、免疫反應等生物過程有關,還有醛固酮調節(jié)的鈉重吸收、胰島素分泌以及多種信號通路參與。醛固酮主要作用于腎臟,通過促進腎臟對鈉的重吸收來維持水鈉平衡,Xiong等[28]研究表明補骨脂、肉豆蔻可通過調控鈉/氫交換因子3重組蛋白來維持水、電解質穩(wěn)態(tài),抑制腹瀉的發(fā)生。胰島素分泌與糖尿病密切相聯(lián),中醫(yī)常從脾對其進行論治[29]。有研究表明,IBS可能是糖尿病發(fā)病的一項高危因素[30],且患有代謝性脂肪性肝病的糖尿病患者更易患IBS[31]。筆者推測,IBS-D尤其是脾腎陽虛型IBS-D與胰島素分泌有一定聯(lián)系,但具體機制還需進一步研究。
綜上可知,脾虛濕盛型與脾腎陽虛型雖皆為虛證,但前者陽氣微耗,尚以氣虛為主,其型經久不愈,耗損脾陽,累及腎陽,導致脾腎兩虛,漸以陽虛為導向。數(shù)據(jù)挖掘分析顯示,中藥治療脾虛濕盛型IBS-D的關鍵為健脾益氣,核心方藥為四君子湯;治療脾腎陽虛型IBS-D則在溫陽的同時顧護脾氣,核心方藥為四君子湯合四神丸加減。網(wǎng)絡藥理學分析表明,脾虛濕盛型和脾腎陽虛型的兩組核心藥物在治療靶點、通路上多有相似,都具有“多成分、多靶點、多通路”的特點,且作用機制大都與炎癥反應的調節(jié)有關。四君子湯治療脾虛濕盛型IBS-D還與腦腸軸中相關神經遞質的釋放有關,補骨脂、肉豆蔻、吳茱萸三藥治療脾腎陽虛型IBS-D還涉及到胰島素分泌、醛固酮調節(jié)的鈉重吸收等信號通路。