基于针灸关联神经递质五羟色胺预测针灸优势病种
2021-02-05李兴燃仲济法
李兴燃 赵 惠 仲济法 孙 波
1 黑龙江中医药大学 黑龙江哈尔滨 150040 2 黑龙江中医药大学附属第二医院 黑龙江哈尔滨 150001
1980年世界卫生组织（WHO）首次发布了43 种针灸适应症[1]，在1996年WHO 在意大利米兰会议上将针灸适应症扩增为64种[2]，国际上对于针灸治疗疾病的认可范围有较大局限。针灸的适应症范围仍有空间进行探索。近年来国外涌现出大量基因蛋白数据库，为数据挖掘提供了大量研究材料。本文应用数据挖掘方法，研究与针灸机制密切关联的神经递质五羟色胺（5-hydroxytry-pt，5-HT）[3]，探究针灸潜在优势病种。
1 研究材料与方法
1.1 研究材料
1.1.1 研究数据库及软件
UniProt 蛋白数据库；String 蛋白互作数据库；MalaCards人类疾病数据库；作图与统计软件Gephi 复杂网络分析软件版本为0.9.2。
1.1.2 数据库及软件简介
Uniprot 是一个已创建多年的数据库集，研究者能够从中检索大量的蛋白质序列和功能信息[4]。
String 数据库旨在收集、评分和整合所有公开的蛋白质相互作用信息来源，并以计算预测补充这些信息。它的目标是实现一个全面和客观网络，包括直接（物理）和间接（功能）的交互[5]。
MalaCards 是人类疾病及其注释的综合数据库。MalaCards解决了许多源于疾病数据的复杂性和信息源的多样性的问题。这些是通过采用GeneCards 数据库建模的复杂数据挖掘策略来实现的[6]。
Gephi 复杂网络分析软件0.9.2 是一款开源免费跨平台基于JVM 的复杂网络分析软件，其主要用于各种网络和复杂系统，动态和分层图的交互可视化与探测开源工具。
1.2 研究方法
1.2.1 针刺5-HT 系统关系蛋白互作网络的构建
1）数据来源：应用UniProt 蛋白数据库检索，选项为UniProtKB，检索词为5-HT，选择物种智人筛选得到5-HT 受体。将检索到的受体于String 蛋白互作数据库中检索，检索选项为Multiple Proteins by Names，选择物种智人，设置检索相关蛋白数量settings：max number of interactors to show“1st shell no more than 50 interacftors；2st shell none”。于Predicted Functional Partners 选取得分0.9500 以上的蛋白，下载检索到的相关蛋白数据，将得到的蛋白互作数据于Gephi 软件内分析。
2）数据处理：将String 检索得到的5-HT 相关蛋白网络数据导入Gephi 软件，Excel 常规选项数据类型“边表格”，输入设置：时间设置“Intervals”，图的类型无向型。形成针刺5-HT 系统相关蛋白互作的网络拓扑图。将此图进行进一步设置，于布局中使用“Fruchterman Reingold”算法。该算法为数据可视化网络拓扑图的基本节点布局算法，可根据节点与节点间的连接，自动将连接紧密的节点向图形中心集中，连接稀疏的节点向图形周围离散。外观设置：显示节点标签，节点颜色统一黑色，节点大小“度”最小尺寸10、最大尺寸40，节点标签字体Arial 8 加粗；预览设置：节点边框宽度0.0，缩短标签、比例大小，输出图片png 格式保存。
1.2.2 基于针刺5-HT 系统的针刺潜在治疗病症预测网络系统的构建
1）数据来源：计算机检索MalaCards 人类疾病数据库，检索词为String 蛋白互作系统检索到的得分0.9500 以上的蛋白，得到蛋白所影响的疾病，下载得到Excel 数据。
2）数据处理：将Excel 数据导入Gephi 软件作图分析，源节点为5-HT 相关蛋白，目标节点为MelaCards 检索到的疾病。布局使用”Fruchterman Reingold”；外观：节点颜色黑色；预览设置：节点大小0.1，边厚度0.0。得到基于针刺5-HT 系统的针刺潜在治疗病症预测的网络拓扑图。统计方法：本研究选择平均度为参数运行算法来筛选网络中的重要节点，然后将数据输出Excel，CSV 格式表格，进行进一步分析。
2 研究结果
2.1 针刺5-HT 系统相关功能蛋白互作网络
检索到5-HT 相关受体17 种，受体相关蛋白33 种，5-HT 相关蛋白共40 种。
2.2 基于针刺5-HT 系统的针刺潜在治疗病症预测
利用Malacards 数据库检索疾病共3420 种，去重并剔除6度及以下疾病，得到85 种疾病。将85 种疾病于pubmed 中检索。
3 研究结果讨论
得到的85 种疾病有75 种在pubmed 中有报道。其中便秘、腹泻、偏头痛、哮喘与WHO 发布的适应症重合[1]。57 种为神经精神类疾病，可能与5-HT 受体主要分布部位相关。没有报道的疾病有：精神障碍、特殊性发育障碍、疼痛失认症、失认症、瘦素缺乏或功能障碍、视觉性癫痫、成人共济失调和多发性神经病、良性家族性血尿、性心理障碍可以作为针灸适应症的扩展指出方向。
本研究仍有很多不足。针灸治疗存在许多活性成分，本次研究只研究了其中一种成分，有很大局限性；同时5-HT 主要参与心血管活动、睡眠-觉醒周期、痛觉、精神情感活动和下丘脑-垂体的神经内分泌活动的调节，故预测疾病的结果大部分为神经精神类疾病；本次研究蛋白为分数0.9500 以上疾病，且剔除出6 度及以下疾病，可将余下疾病作为将来进一步研究方向。
