基于数据挖掘、网络药理学探究新安程氏内科治疗心力衰竭的用药规律和作用机制及初步实验验证

王新悦, 魏蒙召, 马晓文, 程晓昱, 葛岚

【作者机构】 安徽中医药大学研究生院; 安徽中医药大学第一附属医院心血管科
【分 类 号】 R285
【基    金】 国家中医药管理局高水平中医药重点学科中医老年病专科建设项目(国中医药人教函〔2023〕85号) 安徽省卫生健康省财政支持重点项目(AHWJ2023A10087) 安徽省中医药学术流派传承工作室建设项目(皖中医药发展秘〔2021〕30号)。
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基于数据挖掘、网络药理学探究新安程氏内科治疗心力衰竭的用药规律和作用机制及初步实验验证

基于数据挖掘、网络药理学探究新安程氏内科治疗心力衰竭的用药规律和作用机制及初步实验验证

王新悦1 魏蒙召1 马晓文1 程晓昱2 葛 岚2

1.安徽中医药大学研究生院,安徽合肥 230012;2.安徽中医药大学第一附属医院心血管科,安徽合肥 230031

[摘要] 目的 通过数据挖掘、网络药理学及体内实验探究新安程氏内科治疗心力衰竭的用药规律与作用机制。 方法 收集2022年1月至2024年12月经新安程氏内科治疗心力衰竭的病案处方,对处方进行药物使用频次、关联规则及聚类分析,获得核心药组。通过中药系统药理学数据库与分析平台、PubChem、ChemSpider和UniProt数据库筛选核心处方的有效成分及靶点,运用GeneCards和OMIM数据库获取疾病靶点,取交集后利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用网络,通过Cytoscape软件筛选核心靶点,使用DAVID数据库进行基因本体功能富集分析和京都基因和基因组数据库通路富集分析,并构建“中药-活性成分-疾病-靶点”网络。SPF级雄性SD大鼠40只,周龄6~8周,体重(180~220)g,腹腔注射阿霉素诱导成模后按照随机数字表法分为模型组、阳性药对照组、益气活血方组,每组10只。阳性药对照组给予沙库巴曲缬沙坦钠片68 mg/(kg·d)灌胃,益气活血方组给予益气活血方5.04 g/(kg·d)灌胃,空白组和模型组的大鼠给予等量的生理盐水灌胃。治疗4周后采用酶联免疫吸附试验法检测血清N末端B型利钠肽原(NT-Pro BNP)、白细胞介素-6(IL-6)、丙二醛(MDA)、活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量,苏木精-伊红染色法观察心肌组织变化。 结果 共纳入133首处方,涉及中药108味,高频药物有20味,关联规则分析得到5种药物组合,聚类分析得到1种核心处方为丹参、附子、太子参、茯苓、白术、干姜。网络药理学分析核心药组调控心力衰竭的有效成分为木犀草素、丹参酮ⅡA等,关键靶点为Akt1、TNF、IL-6、MDA、SOD等,关键通路涉及MAPK、IL-17等。动物实验结果显示,与模型组比较,益气活血方组大鼠血清中NT-pro BNP、IL-6、MDA、ROS、TNF-α均显著降低,SOD含量显著升高(P<0.01),心肌组织炎症浸润得到改善。 结论 新安程氏内科治疗心力衰竭以温阳利水、活血通络为主,核心药组通过多成分、多靶点、多通路发挥抗炎症反应、抗氧化应激作用。

[关键词] 数据挖掘;网络药理;心力衰竭;作用机制;新安医学;程氏内科

心力衰竭是多种心血管疾病发展的终末阶段,其核心病理机制为心肌结构和功能异常,严重者可出现急性失代偿甚至死亡[1]。该病病程长、复发率高,患者生存质量显著下降,且5年存活率仍不理想[2]。目前西医治疗以“新四联”药物治疗为主,虽可一定程度改善心功能,但长期应用可能引起低血压、肾功能损害或心动过缓等不良反应,疗效仍受限[3]。祖国医学治疗心力衰竭具有多靶点、多层次等优势,疗效确切且不良反应较少,具有重要优势[4]

新安医学作为徽学文化的重要组成部分,以其医家辈出、著作宏富而闻名于世,素有“天下名医出新安”之誉。新安程氏内科作为具有代表性的医学世家,历经十代传承,融汇家传秘验与地域学术特色,逐步形成独特的临证风格。其在心力衰竭等病证的诊治中,尤其强调温阳利水与扶正祛邪并重,注重脾胃功能的调护与心肾之间的生理联系,体现出辨证论治精准、方药轻灵、兼顾标本的学术特点,具有较高的临床与研究价值[5-6]。本研究试以数据挖掘技术对新安程氏内科治疗心力衰竭经验进行探析,获取核心处方,同时进一步使用网络药理学分析核心处方的作用机制,并结合实验验证,以期为临床治疗心力衰竭提供参考。

1 资料与方法

1.1 数据挖掘

1.1.1 处方数据来源 收集2022年1月至2024年12月在以安徽中医药大学第一附属医院程晓昱教授为代表的新安程氏内科门诊就诊的心力衰竭患者的病历医案。

1.1.2 纳入及排除标准 纳入标准:①西医第一诊断为心力衰竭且中医诊断为心衰病;②病案内容完善,包括患者一般资料、现病史、既往史、中药处方组成及剂量等;③患者就诊次数 ≥2次,且疗效明确;④中药处方类型为汤剂。排除标准:①患者合并多种疾病,心力衰竭非第一诊断;②主症改善不明显;③病案记录缺失;④中药处方为代茶饮、外用等类型。

1.1.3 数据处理 提取患者病案处方录入Excel 2019软件,参照《中药学》[7]对纳入病案处方药物名称进行规范化校正,如将“三七粉”改为“三七”。

1.1.4 数据分析 使用Excel 2019统计中药频次;使用SPSS Statistics 27.0.1对中药进行聚类分析,挖掘核心药对。再通过SPSS Modeler 18.0进行关联规则分析,设置最小支持度为20%、最小置信度为80%、最大前项数为2,通过Apriori算法生成强关联规则[8]

1.2 网络药理学分析

1.2.1 核心药物组合治疗心力衰竭相关靶点及有效成分分析 采用中药系统药理学数据库与分析平台(http://tcmspw.com/tcmsp.php)检索核心药物的化学成分,筛选口服生物利用度 ≥30%且药物相似度 ≥0.18的活性成分并获取其化学结构[9];通过PubChem(https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)和ChemSpider(https://www.chemspider.com/)获得靶点;最终将所有靶点信息进行整合、去重,并通过UniProt数据库(https://www.uniprot.org/)进行基因名称标准化。在GeneCards数据库、OMIM数据库检索心力衰竭相关基因,与核心药物活性成分的靶点取交集,通过Venny 2.1.0绘制维恩图,获得潜在治疗靶点。将潜在靶点导入STRING数据库(https://cn.string-db.org/),选择物种为“Homo sapiens”,置信度分数设为 ≥0.4,剔除游离靶点,将结果导入Cytoscape 3.7.2软件进行分析。将信息导入Cytoscape 3.7.1,构建“中药-成分-靶点-疾病”网络。

1.2.2 生物通路富集分析 通过基因本体(gene ontology,GO)功能与京都基因和基因组数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes,KEGG)通路富集分析共有靶点基因,运用DAVID数据库(https://davidbioinformatics.nih.gov/)分析GO功能和KEGG通路富集结果。

1.3 实验验证

1.3.1 实验动物及实验药物 SPF级健康雄性SD大鼠40只[5],周龄6~8周,体重180~220 g,实验动物合格证号:410000000000010300,实验动物生产许可证号:SCXK(豫)2020-0005,实验动物使用许可证号:[SYXK(皖)2024-011],饲养于安徽中医药大学新安医学重点实验室动物房。本实验由安徽中医药大学实验动物伦理委员会监管,伦理审批号为(AHUCM-rats-2024195)。大鼠在安静环境下适应性饲养1周,环境条件为温度20~25 ℃、湿度55%~60%,光暗循环为12 h光照,12 h黑暗(光照时间为每天早上8:00至晚上8:00)。所有大鼠均自由饮水、摄食。基础药物处方:丹参12 g、附子6 g、太子参10 g、茯苓12 g、白术10 g、干姜6 g,以上中药饮片均来自安徽中医药大学第一附属医院门诊药房。中药汤剂按常规煎煮方法煎煮后[10],冷冻干燥保存备用。沙库巴曲缬沙坦钠片(批号:J20190002)购自北京诺华制药有限公司。

1.3.2 实验试剂及仪器 实验试剂:酶联免疫吸附试验检测试剂盒(批号:JL36675)购自武汉生物科技有限责任公司;盐酸阿霉素(批号:06HS173339)购自上海宇安生物科技有限公司。实验仪器:精密电子天平(JA3003,精度:0.001 g,上海舜宇恒平科学仪器有限公司);纯水机(UPH-111-20TN,北京优普超纯科技有限公司);高速冷冻离心机(ST16R,赛默飞世尔科技公司);电热恒温箱(DNP-9052BS-Ⅲ,上海一恒科学仪器有限公司);显微镜(CX41,奥林巴斯公司)。

1.3.3 造模、分组及给药 经1周适应性饲养后,从40只雄性大鼠中随机分出10只为空白组,维持正常饮食与饲养条件。剩余30只大鼠采用腹腔注射阿霉素的方法建立心力衰竭模型[11],每周注射1次,剂量为5 mg/kg,给药体积为2.5 ml/kg,连续注射5周。造模过程中2只大鼠因急性毒性反应死亡,死亡率为6.7%。补充2只同批次大鼠后完成造模。所有成模大鼠均表现为典型心功能不全,经体质量、活动状态及病理学确认,造模成功率为100%。造模结束后,按照随机数字表法将成模大鼠分为模型组、阳性药对照组、益气活血方组,每组10只。益气活血方组按照人鼠剂量换算公式计算出用药量为5.04 g/kg[12],阳性药对照组予沙库巴曲缬沙坦钠片68 mg/kg[5],空白组和模型组的大鼠给予等量的生理盐水,每日1次,连续给药4周。

1.3.4 大鼠一般情况 观察大鼠精神状态、体质量、饮食、二便等一般情况。

1.3.5 血清生化指标检测 根据酶联免疫吸附试验试剂盒说明书检测血清中N末端B型利钠肽原(N-terminal pro-B-type natriuretic peptide,NT-pro BNP)、白细胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)水平。

1.3.6 苏木精-伊红染色法观察各组大鼠心肌组织病理结构 4%多聚甲醛固定48 h心脏组织,采用梯度脱水法,从70%的乙醇开始,逐渐使用更高浓度的乙醇溶液浸泡脱水,脱水结束后进行石蜡包埋。将心脏样本制备成5 µm厚度的切片用于组织学评估。经过苏木精-伊红染色处理后,使用光学显微镜观察心肌细胞的形态结构。

1.4 统计学方法

使用GraphPad Prism 10.1.2统计学软件对所得数据进行分析。计量资料采用均数±标准差表示,多组间比较采用单因素方差分析,组内两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 高频中药分析

本研究共纳入133例患者的首诊处方,涉及中药共计108味,累积用药频次达到2 248次。经过药物频数统计,使用频次 ≥30次的药物共20味。见表1。

表1 药物使用频次(前20味)

序号药名频次序号药名频次1丹参12711乌梢蛇662附子12512僵蚕613太子参11513蒲公英514茯苓11414苦参465白术10915桂枝446干姜9916蝉蜕427猪苓9617狗脊388车前子9118桔梗389白芍8019赤芍3510山药6720厚朴32

2.2 处方药物关联性分析

使用SPSS Modeler 18.0软件进行中药关联规则分析,结果显示支持度 ≥85%的药对有5个,涉及太子参、丹参、茯苓、白术、附子、干姜。见表2。

表2 处方药物关联规则

292.5995.20茯苓丹参、太子参3茯苓附子、丹参88.1585.71序号前项后项支持度(%)置信度(%)1太子参丹参94.0790.554太子参白术85.1985.225附子干姜85.1993.04

2.3 聚类分析

使用SPSS Statistics 27.0.1软件对20味高频药物(频次 ≥30次)进行聚类分析,相关条件为组间联接。结果显示核心处方药物呈现层次递进关系,以“丹参-太子参”为基础药对,依次涉及附子、茯苓、白术、干姜。见图1。

图1 高频药物聚类分析

2.4 网络药理学结果

2.4.1 核心药物组合相关靶点及活性成分 检索并去重后获得128个活性成分及230个药物相关重要靶点。其中木犀草素、丹参酮ⅡA、隐丹参酮等成分对应靶点数较多,以Degree值筛选出TNF-α、SOD、MDA、IL-6等10个核心靶点。使用维恩图获得交集靶点143个。见图2。

图2 核心药物组合与心力衰竭基因交集维恩图

2.4.2 核心药物组合相关靶点及活性成分 在STRING数据库中进行蛋白质-蛋白质相互作用(proteinprotein interaction,PPI)网络分析,显示142个节点,2 039条边。Degree值的高低,反应蛋白在PPI网络中充当角色的重要性,其排名前10位的靶点为Akt1、TNF、IL-6、MDA、SOD、BCL2、CASP3、ROS、JUN和MMP9,见图3。将核心药物组合的中药、有效成分及交集基因导入Cytoscape 3.7.1软件中,构建网络图,见图4。

图3 核心药物组合治疗心力衰竭的PPI网络图

图4 中药-活性成分-疾病-靶点PPI网络图

2.4.3 核心药物组合相关靶点的GO功能与KEGG通路富集分析结果 GO功能富集分析结果为对外源性刺激的反应、细胞凋亡过程的负调节等生物过程542条,突触前膜、质膜等细胞成分75条;蛋白质结合、酶结合等分子功能143条。KEGG通路富集分析得到MAPK信号通路、IL-17信号通路等。见图5。

图5 GO分析和KEGG富集分析

2.5 实验验证结果

2.5.1 各组大鼠一般情况比较 空白组大鼠状态良好,动作敏捷,饮食二便正常,毛发光亮;模型组大鼠体质量减轻,精神萎靡,便溏尿少,毛发枯槁;给药后,益气活血方组与阳性对照组大鼠一般状况均改善。

2.5.2 各组大鼠血清生化指标比较 与空白组比较,模型组大鼠血清中NT-pro BNP、IL-6、MDA、ROS、TNF-α均显著升高,SOD含量显著降低(P<0.01);与模型组比较,益气活血方组大鼠血清中NT-pro BNP、IL-6、MDA、ROS、TNF-α均显著降低,SOD含量显著升高(P<0.01)。见图6。

图6 各组大鼠血清NT-pro BNP、IL-6、MDA、SOD、ROS、TNF-α的水平比较(n=6)

2.5.3 各组大鼠心肌组织病理结构 苏木精-伊红染色结果显示,空白组心肌结构正常,细胞排列有序,核形态规则,间质清晰,无炎症浸润和纤维化改变。模型组心肌细胞肿胀,伴少量炎症细胞浸润及局部纤维化。与模型组比较,益气活血方组的心肌细胞排列较整齐,肿胀减轻,炎症浸润减少。此外,阳性药对照组细胞结构基本正常,仅见少量胶原沉积,无明显炎症。见图7。

图7 各组大鼠心肌组织病理表现(苏木精-伊红染色,×400)

3 讨论

中医认为心力衰竭病位主要在心,其病机可概括为“虚”“瘀”“水”三方面,属虚实夹杂。早期以心气虚、血瘀为主;渐至气阴两虚;后期气损及阳,水饮内停,痰浊泛溢。数据挖掘结果显示,新安程氏内科治疗心力衰竭的核心药物包括丹参、附子、太子参、茯苓、白术、干姜等。丹参活血祛瘀、凉血消痈,附子补火助阳,太子参与丹参配伍,增强活血化瘀作用,茯苓健脾养心利水,白术健脾益气,干姜温中散寒,诸药合用,可见新安程氏内科遣方常用补气药、利水渗湿药、活血化瘀药,为临床诊治心力衰竭的用药提供可行参考。

基于上述分析结果,本研究将丹参、附子、太子参、茯苓、白术、干姜作为核心药物组合进行网络药理学分析。结果提示核心药组治疗心力衰竭基因靶点较多的有效成分为木犀草素、丹参酮ⅡA等。木犀草素通过激活AMPK/SIRT3通路,上调MnSOD表达并抑制NF-κB核转位,减轻心肌氧化应激与炎症,抑制纤维化,从而改善心功能[13]。丹参酮ⅡA可抑制PI3K/Akt通路以减轻心肌纤维化,延缓心室重塑进程从而发挥抗心力衰竭的作用[14]

活性成分作用心力衰竭的关键靶点包括Akt1、TNF、IL-6、MDA、SOD等,涉及炎症、氧化应激、细胞信号转导、代谢调控等多种生物学过程。其中TNF-α、IL-6与炎症反应有关,已有研究表明它们可加剧心力衰竭[15]。MDA水平和SOD活性共同评估氧化应激水平,持续的氧化应激可损伤心肌细胞促进纤维化,进而驱动心室重塑,加速心力衰竭进展[16]

通路富集分析显示,其显著调控MAPK、IL-17等信号通路,这些通路已被广泛证实参与心肌炎症、氧化损伤及能量代谢紊乱,与本研究GO分析结果相吻合。其中MAPK通路是应激诱导心肌细胞凋亡的关键调控,其过度激活可加剧去甲肾上腺素等刺激下的心肌损伤,而抑制该通路则被证实可减轻心室重塑[17]。IL-17是心脏疾病中的关键炎症调节因子,通过介导炎症反应加重高血压心力衰竭,抑制其信号通路可改善心功能损伤[18]

基于上述网络药理学筛选,本研究采用阿霉素诱导心力衰竭模型验证关键靶点,结果显示益气活血方组可以降低IL-6、MDA、ROS、TNF-α水平,升高SOD水平,与空白组效果相当。多项研究表明,本研究中的核心药物均具有显著的抗氧化与抗炎作用,其机制高度协同。丹参不仅可通过调控特定信号通路诱导自噬,抑制血管炎症因子释放,还具有明确的心血管保护效应[19]。茯苓可通过调节氧化应激并减轻炎症反应,发挥血管保护作用[20]。白术可通过抑制TGF-β/Smad信号通路,减轻氧化损伤与炎症反应,发挥器官保护作用[21]。附子、干姜配伍可能通过抗炎、抗氧化减轻心肌损伤[22]

综上所述,本研究通过对新安程氏内科治疗心力衰竭的用药经验和规律进行分析,得到治疗心力衰竭核心药物组合,并分析其有效成分、潜在治疗靶点及作用通路。最后,结合体内实验初步证实其对心力衰竭的发生进展具有一定的干预及改善作用,为临床治疗心力衰竭提供新的思路。但本研究仍存在一定局限性,如临床数据样本量有限,可能存在选择偏倚,未来需多中心研究验证用药规律,并结合深入的分子实验提升机制研究的可靠性。

利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。

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Exploring the medication rules and mechanism of Xin'an Cheng's internal medicine in treating heart failure based on data mining and network pharmacology, with preliminary experimental validation

WANG Xinyue1 WEI Mengzhao1 MA Xiaowen1 CHENG Xiaoyu2 GE Lan2

1.Graduate School, Anhui University of Chinese Medicine,Anhui Province, Hefei 230012, China; 2.Department of Cardiovascular, the First Affiliated Hospital of Anhui University of Chinese Medicine, Anhui Province, Hefei

230031, China

[Abstract] Objective To explore the medication rules and mechanisms of action of Xin’an Cheng’s internal medicine in the treatment of heart failure through data mining, network pharmacology, and in vivo experiments. Methods Prescriptions for heart failure patients treated by Xin’an Cheng’s internal medicine from January 2022 to December 2024 were collected and analyzed for drug frequency, association rules, and clustering to identify core herbal combinations. Active ingredients and targets of the core prescription were identified from Chinese Herbal Medicine Systemic Pharmacology Database and Analysis Platform, PubChem, ChemSpider, and UniProt database. Disease-related targets were retrieved from GeneCards and OMIM database. The overlapping targets were used to construct a proteinprotein interaction network via STRING, and core targets were screened using Cytoscape. Gene ontology functional enrichment analysis and Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes pathway enrichment analyses were performed with DAVID database, followed by construction of a “herb-compound-disease-target” network. Forty SPF-grade male SD rats, aged 6-8 weeks and weighing (180-220) g, were intraperitoneally injected with Doxorubicin to induce the model. Then, they were divided into a model group, a positive control group, and a Yiqi Huoxue Formula group according to the random number table method, with 10 rats in each group. The positive control group was given Sacubitril Valsartan Sodium Tablets at a dose of 68 mg/(kg·d) by gavage. The Yiqi Huoxue Formula group was given the Yiqi Huoxue Formula at a dose of 5.04 g/(kg·d) by gavage. The rats in the blank group and the model group were given the same amount of normal saline by gavage. After four weeks of treatment, the levels of serum N-terminal pro-B-type natriuretic peptide (NT-Pro BNP), interleukin-6 (IL-6), malondialdehyde (MDA), reactive oxygen species (ROS),superoxide dismutase (SOD), and tumor necrosis factor-α (TNF-α) were detected by enzyme-linked immunosorbent assay, and the changes in myocardial tissue were observed using hematoxylin and eosin staining. Results A total of 133 prescriptions involving 108 herbal medicines were included. A total of 20 herbs appeared with high frequency.Association rule analysis identified five herb combinations, and cluster analysis yielded one core formula: Salviae Miltiorrhizae Radix Et Rhizoma, Aconiti Lateralis Radix Praeparata, Pseudostellariae Radix, Poria, Atractylodis Macrocephalae Rhizoma, and Zingiberis Rhizoma. The network pharmacology analysis identified the effective components regulating heart failure in the core drug group as luteolin, Danshenide ⅡA, etc., and the key targets were Akt1, TNF, IL-6, MDA, SOD, etc., and the key pathways involved included MAPK, IL-17, etc. The results of the animal experiments showed that compared with the model group, the levels of NT-pro BNP, IL-6, MDA, ROS, and TNF-α in the serum of rats in the Yiqi Huoxue Formula group were significantly reduced, while the content of SOD was significantly increased (P<0.01), and the inflammatory infiltration in the myocardial tissue was improved. Conclusion Xin’an Cheng’s internal medicine primarily treats heart failure by warming yang, promoting diuresis, activating blood,and unblocking collaterals; its core herb combination exerts anti-inflammatory and antioxidant effects through multicomponent, multi-target, and multi-pathway mechanisms.

[Key words] Data mining; Network pharmacology; Heart failure; Mechanism of action; Xin’an medicine; Cheng’s internal medicine

[中图分类号] R285

[文献标识码] A

[文章编号] 1673-7210(2026)03(a)-0021-08

DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25081971

[基金项目] 国家中医药管理局高水平中医药重点学科中医老年病专科建设项目(国中医药人教函〔2023〕85号);安徽省卫生健康省财政支持重点项目(AHWJ2023A10087);安徽省中医药学术流派传承工作室建设项目(皖中医药发展秘〔2021〕30号)。

[作者简介]

王新悦(2000-),女,安徽中医药大学第一临床医学院2024级中医内科学专业在读硕士研究生;研究方向:中医药防治心血管疾病。

[通讯作者] 葛岚(1980-),女,博士,主任医师,主要从事中西医结合防治心血管疾病工作。

(收稿日期:2025-08-29)

(修回日期:2025-12-09)

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