基于数据挖掘的仝小林院士治疗代谢综合征核心处方及机制研究

吴浩然，方心怡，张培，代丹，田佳星（. 中国中医科学院广安门医院，北京 00053；2. 北京中医药大学，北京 00029）

代谢综合征是导致心血管疾病[1]、2 型糖尿病[2]、非酒精性脂肪性肝炎[3]、脑卒中及脑卒中二次发作[4，5]等多种疾病发生的危险因素，并可显著增加心脏猝死风险[6]。流行病学调查[7]显示中国成人代谢综合征患病率较高，且儿童、青少年患病率也逐年上升[8]。代谢综合征目前缺少专病诊疗指南指导临床系统化治疗，西医一般结合相关专病指南对单个异常因素开展治疗。中医药强调整体观念，同时注重个体化治疗，对于代谢综合征这类多因素、多系统疾病具有较大优势。现代中医根据代谢综合征的临床表现如肥胖、口干多饮、多食、胸闷、胸痛等症状，认为其可纳入中医学“肥满”“痰饮”“消渴”“胸痹”等病症范畴。代谢综合征的中医辨证分型与相应治疗方药目前存在较大差异，相关中药复方机制亦待深入探究，亟待统一对于代谢综合征的中医认识以助力中医药现代化发展。

仝小林院士长期致力于中医药传承与创新发展，以糖尿病为示范，以“态靶辨证”为思路，搭建了病证结合、宏观与微观结合的桥梁，为在现代医学背景下重新构建中医诊疗体系做出了示范。仝小林院士基于中医药防治代谢性疾病系列研究，提出以“脾瘅”论治代谢综合征，认为中满内热为其核心病机，病理关键在从膏脂到血浊的形成过程，膏脂不得脾之输布，积聚脉管之中，久而化成血浊，瘀塞脉道，变化为痰、湿、瘀、毒等病理产物，最终形成代谢综合征的各种表现[9]。本研究通过整理仝小林院士门诊治疗代谢综合征的病历资料，运用数据挖掘技术归纳整理仝小林院士治疗代谢综合征的核心方药，总结治疗经验，进一步应用网络药理学初步探索核心处方治疗代谢综合征的潜在分子作用机制，进而为代谢综合征的中医药诊疗及机制研究提供新思路。

1 资料及方法

1.1 研究对象本研究已通过中国中医科学院广安门医院伦理委员会审查（编号：2020-035-KY），开展过程中遵循相关伦理准则。本研究病例来源于2015 年至2021 年于中国中医科学院广安门医院仝小林院士门诊就诊患者。纳入患者符合代谢综合征诊断标准[10]，且病历信息完整。排除标准：原发疾病为肾病综合征等肾脏疾病或严重肝肾功能不全；合并有严重的心、肺、肝、肾、脑等并发症或合并其他严重原发性疾病者；妊娠、准备妊娠或哺乳期妇女。

1.2 数据挖掘与统计分析将病历数据导入中医药大健康智能研发中心（中国中医科学院中医药信息研究所）研发的古今医案云平台（v 2.3.5），使用医案标准化模块对病历数据进行二次标准化、规范化的处理。利用频数统计功能，统计常用中药以及中药类别、归经、四气五味等；运用关联规则挖掘常用药物配伍；运用聚类分析、复杂网络分析提取核心处方。

1.3 核心处方药物靶点和代谢综合征疾病靶点的筛选应用中药系统药理学数据库和分析平台（TCMSP，v 2.3）[11]对核心处方药物以口服生物利用度[12]≥30%且药物相似成药性[13]≥0.18为标准进行活性成分初步筛选。TCMSP 数据库中缺失信息通过查阅文献获取。通过STITCH（v 5.0）[14]数据库查询每种化合物作用靶点，通过DisGeNET 数据库（v 7.0）[15]及GeneCards（v 5.0）[16]数据库获得人的代谢综合征相关基因，取两数据库中的共有基因。去除非人源靶蛋白及重复项后将药物靶点与代谢综合征相关基因取交集，获得核心处方调控代谢综合征的靶点。

1.4 核心处方-关键靶点-代谢综合征网络的构建将核心处方调控靶点导入DAVID（v 6.8）[17]数据库，对核心方的调控靶点进行GO 功能富集分析和KEGG 通路富集分析。将核心方调控靶点导入String（v 11.0b）[18]数据库进行蛋白互作（protein protein interaction，PPI）网络的构建，并将PPI信息导入Cytoscape软件[19]进行拓扑分析。筛选出PPI 网络中连接度（degree）和介数中心性（betweeness centrality）同时大于中位数的靶点作为关键基因，构成核心处方-核心化合物-核心靶点网络。

2 结果

2.1 常用中药分析

2.1.1常用中药 本研究共纳入132名患者、1 028诊次的有效处方（排除水丸方、代茶饮方等），共使用216味中药，使用频次前25位的中药见表1。

表1 仝小林院士治疗代谢综合征常用中药的使用频次（前25 位）Table 1 The frequency of frequently used Chinese medicinals for treating metabolic syndrome（top 25）

2.1.2中药功效类别及归经分析 常用中药（使用频率大于10%）的类别按使用频次从高到低分别为清热药、补虚药、解表药、活血化瘀药、利水渗湿药、理气药、消食药等。归经分析显示，肝经中药最多（45.14%），其次为脾经（37.77%）、肺经（37.71%）、胃经（32.36%）及肾经（21.90%）等。

2.1.3四气五味分析 四气分析结果显示，温药（26.15%）与寒药（20.19%）使用最较多，且比例相近，其次为平性药（15.85%）。五味分析结果显示，甘味中药使用频次最高（50.67%），其次为苦味（42.35%）、辛味（31.81%）等。

2.2 常用中药配伍分析运用关联规则分析方法，按置信度≥0.9，支持度≥0.1，提升度＞1的标准，筛选有效病例中关联的中药组合。结果常用的配伍包括桑叶-知母-赤芍、浙贝母-莪术-三七、清半夏-陈皮-大腹皮、丹参-水蛭-生大黄-黄芪、天麻-牛膝-杜仲、枸杞子-淫羊藿等。见图1。

图1 仝小林院士治疗代谢综合征的中药关联规则分析Figure 1 Association rule analysis of Chinese medicinals for treating metabolic syndrome

2.3 核心处方分析对使用频次前50 味中药进行聚类分析，距离类型设定为欧氏距离，聚类方法设定为类平均法。结果见图2。核心中药为黄芪、红曲、茵陈、黄连、生姜、赤芍、知母、桑叶、茯苓、大枣；常用加减组合有①水蛭、生大黄、丹参，②清半夏、陈皮、大腹皮，③杜仲、牛膝、天麻，④桂枝、鸡血藤，⑤天花粉、西洋参，⑥枸杞子、淫羊藿，⑦三七、莪术、浙贝母，⑧桑枝、桑白皮，⑨夜明砂、蚕砂、五灵脂等。

图2 仝小林院士治疗代谢综合征的常用中药聚类分析Figure 2 Clustering analysis of frequently used Chinese medicinals for treating metabolic syndrome

复杂网络分析结果显示，在边权重＞500时，核心中药为茵陈、茯苓、黄连、水蛭、红曲、桑叶、赤芍、黄芪、知母、陈皮、生姜、大枣。见图3。依据聚类分析及复杂网络分析结果，结合仝小林的临证经验，拟定核心处方为黄连、知母、赤芍、桑叶、茵陈、红曲、黄芪、茯苓、生姜、大枣。

图3 仝小林院士中药治疗代谢综合征复杂网络分析的核心药物组合Figure 3 Core drug combination of complex networks analysis for Chinese medicinals combination in treating metabolic syndrome

2.4 核心处方-关键靶点-代谢综合征网络

经TCMSP 数据库活性成分筛选，收集到活性成分如下：黄连14 种、茯苓15 种、黄芪20 种、知母15 种、赤芍29 种、桑叶29 种、茵陈13 种、生姜5 种、大枣29 种；经查阅文献红曲纳入5 种成分[20-22]。去除重复后，核心处方共收集到151 个活性成分，共获得167个药物靶点。在疾病数据库中共获得与代谢综合征相关的基因1 022个。核心处方药物靶点与代谢综合征相关基因取交集后获得64 个潜在靶点，导入到String数据库中，以“minimum required interaction score”≥0.9 筛选得到靶点相互作用网络。结果见图4。

图4 仝小林院士中药治疗代谢综合征的蛋白互作（PPI）网络Figure 4 PPI network of Chinese medicinals in treating metabolic syndrome

将PPI 信息导入Cytoscape（v 3.6.0）软件得到相应网络图，进行网络拓扑分析，以degree 和betweeness centrality同时大于中位数标准筛选得到关键靶点。见表2。

表2 仝小林院士中药治疗代谢综合征的关键靶点Table 2 Key targets of Chinese medicinals in treating metabolic syndrome

根据表2 中的关键靶点信息，构建核心方-核心化合物-作用靶点网络，再次进行网络拓扑分析，依据degree 值的大小进行可视化。见图5。黄芪、大枣、赤芍、黄连、知母等degree值较大；核心化合物中小檗碱（berberine）、异鼠李素（isorhamnetin）、毛蕊异黄酮（Calycosin）、莫纳可林K（monacolin K）、黄芩苷（baicalein）等degree 值较高；核心靶点中CYP3A4、LDLR、MAPK3、MAPK8等节点degree值较大。

2.5 靶点生物学功能分析

2.5.1KEGG 通路富集分析 将64 个潜在靶点导入David 数据库，排除错误发现率[校正后P值（FDR）]≥0.01的通路，根据通路含有靶基因数降序排列，展示前20条。见图6。

图6 仝小林院士中药治疗代谢综合征的KEGG 通路富集分析气泡图Figure 6 The bubble plot of KEGG pathway enrichment of Chinese medicinals in treating metabolic syndrome

由图6可见，多个靶点富集在代谢通路、脂质与动脉硬化通路、糖尿病并发症中的晚期糖基化终末产物-受体（AGE-RAGE）信号通路、磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（Akt）信号通路、MAPK 信号通路等代谢相关通路。

2.5.2GO功能富集分析 结果显示，互作靶点与75个生物过程（biological process）、 14 个细胞组分（cellular component）、 37 个分子功能（molecular function）相关。选取校正后P值（FDR）＜0.01的GO功能，并根据含有靶基因比例降序排列，展示部分GO功能。见图7。

图7 仝小林院士中药治疗代谢综合征的GO 功能分析富集条形图Figure 7 The bar plot of GO functional enrichment of Chinese medicinals in treating metabolic syndrome

生物学过程主要涉及炎症反应（GO：0006954）、蛋白质磷酸化（GO：0006468）、胆固醇代谢过程（GO：0008203）、白介素8 生成的正调节（GO：0032757）、细胞对脂多糖的反应（GO：0071222）、葡萄糖醛酸转移酶活性负调节（GO：1904224）、细胞葡萄糖醛酸化负调节（GO：2001030）等；分子功能主要涉及蛋白异二聚化活性（GO：0046982）、葡萄糖醛酸转移酶活性（GO：0015020）等；细胞组成主要涉及内质网（GO：0005783）及胞外空间（GO：0005615）等。

3 讨论

本研究共纳入132 例（共1 028 诊次）仝小林院士治疗代谢综合征的有效处方，通过分析发现仝小林院士治疗代谢综合征基于脾瘅中满内热之病机，以清为法，治疗从肝启动，重视调理脾胃，上、中、下三焦同治；初步总结仝小林院士治疗代谢综合征的核心处方由黄连、知母、赤芍、桑叶、黄芪、茯苓、茵陈、红曲、生姜、大枣等药物组成；随症加减多用三味小方，如清半夏、陈皮、大腹皮，莪术、三七、浙贝母等。

仝小林院士认为脾瘅在治疗上应以消膏降浊为主[9]。核心处方中黄连、知母、赤芍、桑叶，清三焦气血之热，是临床降糖首选靶药[23]；而代谢综合征存在脂浊积聚，可因膏脂与肝热搏结血浊，积聚于肝，形成“木郁”引起，因此治疗上应行气开郁、消膏降浊，茵陈清肝胆湿热，红曲活血化瘀、健脾消食，二药相伍，既可恢复肝之疏泄以助水谷精微输布，免生脂浊，又可化已有之膏浊[24]；脾胃运化与输布是机体代谢的关键，黄芪、茯苓益气健脾，中焦旺则清浊自分，且水湿痰饮无以再生；姜枣一则防长期服用苦寒辛散之药耗伤脾胃，二则培土以助黄芪、茯苓化湿降浊。仝小林院士擅用经方改善患者血糖水平，而部分经方组成包含大枣，为避免影响患者血糖，故在临床应用时需根据病程阶段、证型酌情使用，且需灵活调整使用剂量，以防滋腻碍胃、蕴生痰湿。

在随症加减上，仝小林院士以黄芪配丹参益气养血，生大黄配水蛭活血通络降浊，用于脾瘅后期的多种大血管、微血管病变，尤其适用于肾脏并发症[25]；莪术、三七、浙贝母三药合用可化斑通脉，适用于脾瘅后期出现的心血管系统并发症，可依据脉络瘀闭程度调整使用剂量[26]；清半夏、陈皮、大腹皮行气、祛痰、化浊，开郁调畅气机，脾胃升降得复，抑制膏浊形成；天麻、牛膝、杜仲为仝小林基于态靶理论辨治高血压经验用药，既可平息肝风，又可补肝肾之阴，引浮越之火下行，对脉压差大者有显著疗效[27]；黄芪、鸡血藤、桂枝出自《金匮要略》之黄芪桂枝五物汤，既可补经络之气血，又可行经络之气血，还可散经络之寒，尤其适合出现微血管及周围神经相关的并发症[28-29]；夜明砂、蚕砂、五灵脂均属动物粪便药，三药合用能清热降浊，通调中焦气机[30]；枸杞子、淫羊藿可充养肾之阴阳，适用于命门之元阴、元阳不足，机体代谢能力减退的中老年人群[31]。

对核心处方的网络药理学探索发现，核心处方主要成分小檗碱、异鼠李素、毛蕊异黄酮、莫纳可林K、黄芩苷等可能通过代谢通路、脂质与动脉硬化通路，以及糖尿病并发症中AGE-RAGE、PI3K-Akt、MAPK 等信号通路产生调节效应。PI3K-Akt 信号通路是胰岛素发挥生物功能的主要途径，在葡萄糖代谢、脂质代谢、蛋白质合成等过程中发挥重要作用[32]，对PI3K-Akt 信号通路的干预可改善胰岛素抵抗、调控胰岛素水平、纠正脂质代谢异常[33]。AGE的积聚与胰岛素抵抗、炎症和氧化应激密切相关[34]，AGE-RAGE 信号通路可介导动脉粥样硬化斑块形成、内皮功能障碍、氧化应激加剧、线粒体功能障碍等影响糖尿病及糖尿病心血管和肾脏并发症的发生发展[35-37]。MAPK 信号通路在脂质代谢[38]、胰岛素敏感性[39]与胰腺β细胞的营养感知[40]等代谢环节有重要调节作用，对于MAPK信号通路的干预，可能产生巨大的链式反应，包括抑炎、抗应激、调节代谢等；此外，IL-17 信号通路参与肥胖相关炎症反应，而IL-17 可通过调节肠道微生物维持机体代谢平衡[41-42]。此外，LDLR、PCSK9、ApoB 等靶点亦有重要意义。LDLR在机体胆固醇代谢过程中发挥着重要作用，并与胰岛素抵抗、中心性肥胖、高血压等多个代谢综合征组分相关，且为PCSK9 调节脂代谢的靶点[43-44]。PCSK9 在调节血浆脂质稳态中起关键作用，且参与抑制血栓形成[45]及心血管风险调控[46]。ApoB 水平上升可增加代谢综合征的风险，并可预测代谢综合征在成人，尤其是体质量正常成人的发病风险[47]。因此，中药复方干预代谢紊乱疾病具有多成分、多靶点、多途径、多系统的特点，同时也体现了选方用药的合理性。

本研究亦存在一些不足：①数据挖掘研究方面，因纳入病例数量有限，暂无法平衡代谢综合征各组分占比，此外本研究囿于病历内容，无法将患者症状、证型、舌脉等与中药进行关联分析，难以更加全面反映仝小林临证经验，特别是缺少对代谢综合征不同组分偏重，尚不能体现不同证型的用药特色；②网络药理学研究：目前仅结合公共数据库对核心方进行初步探索，缺少实验验证。今后可加强应用电子化病历系统，完善信息登记；采用多组学技术，全面探索中医药干预代谢综合征的分子机制。

仝小林院士治疗代谢综合征的核心处方由黄连、知母等药物组成，随症加减多用三味小方。网络药理学研究证实该核心处方可通过PI3K-Akt、AGERAGE、MAPK 等与代谢综合征密切相关的信号通路产生相关效应，既体现了仝小林院士用药精当、切中病机，从而有效地治疗代谢综合征，又科学地证实了中药复方多成分、多靶点、多通路、综合调控的特点。