基于數據挖掘和網絡藥理學探討中藥治療兒童腺樣體肥大的用藥規律和作用機制

李 碩，趙佩佩，袁 斌

（南京中醫藥大學附屬醫院兒科，江蘇 南京 210029）

腺樣體肥大（adenoid hypertrophy，AH）是指腺樣體增生肥大并引起鼻塞流涕、打鼾及睡眠呼吸困難等一系列臨床癥狀的一種疾病[1]。臨床上常見于10 歲以下兒童，其中以3～8 歲居多。流行病學研究顯示[2]，該病發病率為1.2%～5.7%，并呈逐年增高趨勢，臨床常見有鼻竇炎、中耳炎、聽力下降、注意力不集中及反復呼吸道感染等表現，同時會出現“腺樣體面容”、生長發育遲緩、阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征及心功能不全等并發癥，嚴重影響兒童的生長發育健康，臨床就診率不斷升高[3]。腺樣體肥大的具體發病機制尚不完全明確，目前研究發現與反復呼吸道感染、免疫及變態反應等因素密切相關[4]。分泌性中耳炎也是引起重度腺樣體肥大的重要原因[5]。治療上，西醫總體采取保守和手術治療，多采用白三烯受體拮抗劑、鼻用糖皮質激素、抗組胺藥物及抗生素等，可緩解臨床癥狀，符合手術指征者可進行鼻咽鏡下腺樣體切除術，但存在術后并發癥多且容易感染復發等問題；中醫多采用中藥辨證論治的方法進行治療，臨床報道較多，治療效果顯著；但用藥多從臨床經驗出發，臨床用藥多樣化，用藥規律及其潛在作用機制尚不明確，為中醫藥的臨床推廣應用帶來困難。因此，本研究旨在采用數據挖掘和網絡藥理學的方法，系統分析總結口服中藥治療兒童腺樣體肥大的用藥規律及潛在作用機制，推動口服中藥治療兒童腺樣體肥大的作用機制研究，以便為臨床推廣應用和新方新藥的研發提供參考。

1 資料與方法

1.1 資料來源 以“腺樣體肥大”“兒童”“小兒”“中醫藥”“中草藥”為檢索詞，在CBM、CNKI、Wanfang、VIP 中檢索相關文獻，檢索時限：自建庫至2022 年5 月。

1.2 納入標準 ①研究對象：年齡＜18 歲；②臨床類研究；③中藥復方治療兒童腺樣體肥大的文獻；④中藥處方完整，藥物明確；⑤用藥方式均為口服。

1.3 排除標準 ①動物實驗類文獻；②處方藥物缺失；③重復發表文獻。

1.4 數據處理 根據《中國藥典》2020 和《中華本草》對納入中藥進行標準化處理，如“二花”“銀花”統一為“金銀花”；依據《中藥學》教材對納入的藥物進行功效分類。

1.5 用藥規律分析 將標準化處理后的方藥運用IBM SPSS Modeler 18.0、IBM SPSS Statistics 25.0 及Cytoscape3.8.2 進行藥物性味歸經、使用頻次、功效、關聯規則、復雜網絡及聚類等分析。

1.6 網絡藥理學機制研究 基于數據挖掘結果綜合分析得到治療兒童腺樣體肥大的核心藥物，在中藥系統藥理學數據庫及分析平臺（TCMSP，http://tcmspw.com/tcmsp.php）[6]收集核心藥物化學成分，基于口服生物利用度（oral bioavailability，OB）≥30%和類藥性（drug likeness，DL）≥0.18 進行篩選，確定藥物有效成分，并查詢對應的靶點信息，利用Uniprot數據庫（http://www.unitprot.org/）[7]查詢基因名稱，剔除非人類、未驗證及重復的靶點信息，確定核心藥物的有效成分及相應靶點。GeneCards（https://www.genecards.org/）[8]、OMIM（https://www.omim.org/）[9]和TTD（http://db.idrblab.net/ttd/）數據庫中檢索“adenoid hypertrophy”，收集疾病靶點。利用Cytoscape 和STRING 平臺（https://string-db.org/）[10]構建“疾病-藥物-成分-靶點”網絡及核心藥物治療兒童腺樣體肥大的PPI 網絡；DAVID 數據庫（https://david.ncifcrf.gov/）[11]進行基因本體（gene ontology，GO）富集分析及京都基因與基因組百科全書（Kyoto encyclopedia of genes and genomes，KEGG）通路富集分析。

1.7 分子對接 根據網絡藥理學分析結果，選擇關鍵靶點與有效成分進行分子對接，在PDB 數據庫中（https：//www.rcsb.org/）下載靶點分子結構，PUBCHEM 下載有效成分2D 結構，導入PyMol 2.4.0 和Auto Dock Tools 處理后進行分子對接，最終采用PyMol 2.4.0 進行可視化分析處理。

2 結果

2.1 納入文獻情況 檢索獲得399 篇文獻，依據納入和排除標準篩選后，最終納入文獻69 篇，得到87 個處方，174 味中藥，藥用總頻次1270 次。

2.2 性味歸經及藥物頻次分析 對174 味中藥進行藥性藥味和歸經統計分析，藥味以甘（43.10%）、苦（42.53%）、辛（40.23%）為主，藥性以溫（24.14%）、寒（24.14%）、平（19.54%）為主，歸經以肺（51.15%）、肝（42.53%）、胃（36.78%）、脾（30.46%）為主。單味藥物使用頻次統計顯示，共涉及中藥174 種，共包含18類中藥。其中排名前10 的藥物和藥物類別見表1、表2。

表1 治療兒童腺樣體肥大使用頻次排名前10 的單味藥物（n，%）

表2 治療兒童腺樣體肥大排名前10 的藥物類別（n，%）

2.3 關聯規則與復雜網絡分析 運用IBM SPSS Modeler18.0 對納入處方進行整體用藥規律進行復雜網絡分析，選擇“源→類型→網絡”，設置閾值為絕對和強鏈接較粗，生成整體用藥網絡圖，見圖1。

圖1 整體用藥網絡圖

運用Apriori 算法，選擇“源→類型→Apriori”，模型設置最低條件支持度“20%”，最小規則置信度“60%”，最大前項數為“2”，運行得到89 條關聯規則，見表3 和表4。

表3 兩種藥物關聯規則分析

表4 三種藥物關聯規則分析

2.4 核心藥物網絡圖 運用Cytoscape 3.8.2 對2.3 結果進行治療兒童腺樣體肥大組方的核心藥物網絡可視化分析，分析發現核心治療藥物為辛夷、甘草、白芷、夏枯草、浙貝母等，見圖2。

圖2 核心組方網絡圖

2.5 聚類分析 將頻次排名前20 的藥物運用IBM SPSS Statistics 25.0 進行聚類分析，結果顯示，聚為4類時，Ⅰ類：甘草、浙貝母、桔梗、牡蠣、玄參；Ⅱ類：辛夷、白芷、夏枯草、川芎、蒼耳子、僵蠶、蟬蛻；Ⅲ類：茯苓、陳皮、白術、半夏、黃芪；Ⅳ類：黃芩、赤芍、連翹，見圖3。

圖3 中藥聚類分析樹狀圖

2.6 網絡藥理學機制研究

2.6.1 核心藥物化合物篩選 根據數據挖掘結果，綜合分析后對核心治療藥物辛夷、白芷、甘草、夏枯草和浙貝母運用網絡藥理學方法進行有效成分和靶點篩選，得到有效成分共151 個（甘草92 個，辛夷19 個，白芷22 個，夏枯草11 個，浙貝母7 個），見表5。

表5 核心藥物化合物信息

2.6.2 疾病-藥物-成分-靶點網絡構建 將211 個藥物靶點和929 個疾病靶點取交集，得到交集靶點109 個，見圖4。利用Cytoscape3.8.2 構建疾病-藥物-成分-靶點網絡圖，根據其Degree 大小，發現XKC9（stigmast-7-enol，豆甾7-烯醇）、C1（beta-sitosterol，β-谷甾醇）、XKC1（kaempferol，山奈酚）、B1（Stigmasterol，豆甾醇）、XKC4（luteolin，木犀草素）、GC10（7 -Methoxy -2 -methyl isoflavone）、GC7（isorhamnetin 異鼠李素）等成分可能在治療兒童腺樣體肥大時發揮重要作用，見圖5。

圖4 核心藥物與AH 交集靶點

圖5 疾病-核心藥物-成分-靶點網絡

2.6.3 PPI 網絡構建 將109 個交集靶點信息導入String 數據庫，獲得蛋白相互作用信息，導入Cyto scape 進行網絡可視化分析，得到核心藥物治療兒童AH 的PPI 網絡圖，見圖6。并利用Analyze Network 對其進行拓撲分析，結果見表6；根據其Degree 值排名前10 的靶點基因有AKT1、TP53、STAT3、TNF、JUN、IL6、MAPK3、CASP3、HSP90AA1、EGFR 等。

圖6 核心藥物治療AH 的PPI 網絡圖

表6 TOP10 基因名稱

2.6.4 GO 和KEGG 通路富集分析 利用DAVID 數據庫進行GO 分析和KEGG 通路富集分析，共得到566個生物學過程（圖7A），主要包括RNA 聚合酶Ⅱ啟動子轉錄過程的調控、凋亡過程的負調控、信號轉導及炎癥反應等；60 個細胞組分（圖7B），包括細胞核、細胞質、線粒體等；107 個分子功能（圖7C），包括與蛋白質結合、與酶結合、與DNA 結合及轉錄因子活性等；KEGG 富集分析121 條信號通路（圖7D），包括癌癥通路、乙型肝炎通路及PI3K-AKT 信號通路等。

2.6.5 分子對接 根據網絡藥理學分析結果，選擇核心靶點與Degree 值較高的關鍵成分進行分子對接，結合能越小表明結合力越好。對接結果發現關鍵成分與靶點的結合能均＜-5 kcal/mol，見圖8；其中Luteolin（木犀草素）、Kaempferol（山奈酚）及Quercetin（槲皮素）與JUN 結合力較好，見表7。

圖8 分子對接

表7 靶點與成分對接結果

3 討論

腺樣體肥大在古代醫籍中并無此病名，《黃帝內經·靈樞》中記載“頏顙者，氣分所瀉也……人之鼻洞涕不收，頏顙不開?！逼涿枋龅奈恢门c腺樣體的解剖學位置相符。當代醫者根據其臨床特點將腺樣體肥大歸屬于“鼻窒”“鼾眠”等范疇，認為其為本虛標實，內外合邪而致病，外因多為感受外邪而誘發，內因則為肺脾腎功能失調、飲食所傷等；肺脾腎失調，氣機升降失常，水液代謝失調；日久則生痰生瘀，聚則成腫[12]?！端貑枴ぴu熱病論篇》中云“邪之所湊，其氣必虛”，正虛是腺樣體肥大發生發展的根本原因。汪受傳教授認為本病應分為急性發作期和臨床緩解期治療，急則清泄肺經郁熱或解毒消癰散結，緩則補益肺脾之氣，兼清余邪[13]。西醫治療以腺樣體切除術治療為主，輔以鼻噴激素合白三烯受體拮抗劑等藥物治療，兩種治療方案雖然在短期內使癥狀得以緩解，但副作用及風險明顯，且有一定的復發率[14]。相比于西醫治療，中醫藥治療有其療效顯著、操作便利、副作用小、易于家長和兒童接受的優勢，可以在臨床中推廣應用。

本研究通過數據挖掘發現中藥治療兒童腺樣體肥大用藥在藥味上以甘苦辛、藥性上以溫寒平為主，歸經上以肺、肝、胃為主。腺樣體肥大的主要病位在鼻咽部，小兒又有肺脾腎常虛的生理特點，外邪侵襲，首先犯肺，鼻竅不通，咽喉不利，氣血運行不暢，邪停咽喉，日久成瘀，阻塞咽部，聚則成腫，最終導致腺樣體肥大的形成[15]。因此，用藥應甘溫以補益和中，補肺脾腎之氣，體現治病求本；辛苦寒以解表散結、活血化瘀，體現急則治標，故總體用藥在類別上以清熱、解表、補益、化痰止咳平喘和活血化瘀藥為主。其中辛夷-白芷和蒼耳子-夏枯草、辛夷是關聯規則中支持度較高的組合。夏枯草可瀉火明目、散結消腫，其中含有豐富的萜類、酚酸類、黃酮類以及多糖類活性成分，具有抗癌、調節免疫、抗病毒等藥理作用[16]。藥理學研究表明，辛夷揮發油是其發揮抗炎作用和抗過敏作用的物質基礎，為治療鼻炎、哮喘等呼吸系統疾病的常用藥[17]；白芷辛溫，氣芳香，是典型的藥食同源植物，可通竅止痛、散結消腫，主要包含揮發油成分和香豆素類化學成分，具有較好的消炎鎮痛等藥理作用[18]。研究發現[19]，患兒的腺樣體肥大程度及預后程度與血清中炎癥介質和部分T 淋巴細胞亞群的表達升高密切相關。由此可見，中藥發揮治療兒童腺樣體肥大的作用很有可能與其抗炎機制和調節免疫作用有關。

兒童腺樣體肥大的發病機制尚不明確，現有研究發現與反復的上呼吸道感染、局部炎癥及變態免疫因素等密切相關[20]。本次網絡藥理學分析核心組方藥物辛夷、白芷、甘草、夏枯草和浙貝母得到有效成分151 個，其中豆甾7-烯醇、β-谷甾醇、豆甾醇均為甾醇類化合物，具有廣泛的抗炎、抗氧化和免疫調節等作用[21]。木犀草素、山奈酚和異鼠李素等屬于黃酮類化合物，廣泛存在于多種植物藥中，具有抗炎、抗菌、抗癌及抗氧化等廣泛的藥理作用[22，23]。Kmi SY等[24]研究表明異鼠李素可以通過調節MAPKs 和NF-κB 信號通路，發揮抗炎作用。分子對接結果發現關鍵靶點與有效成分之間均具有較好的結合性。研究發現AKT1、STAT3、TNF 參與炎癥反應和免疫調節等生物學過程[25，26]。MAPK3 主要參與細胞凋亡過程，影響氣道上皮細胞的表達[27]。TP53 是一種參與細胞應激的促凋亡蛋白，與癌癥通路亦密切相關[28，29]。腺樣體肥大患兒TNF-α 水平會因血氧供應不足而顯著升高[30]，同時會因腺樣體肥大帶來的炎癥反應，刺激肥大細胞釋放分泌性介質，誘導單核細胞增加IL-6 的分泌[31]。本次研究發現這些關鍵靶點主要富集在癌癥、乙型肝炎、PI3K-AKT、及TNF等信號通路，綜上分析，甾醇類化合物和黃酮類化合物可能是中藥治療兒童腺樣體肥大的重要物質基礎，通過調控PI3K-AKT 及TNF 等關鍵炎癥信號通路來發揮治療作用，后期需要通過實驗進行驗證。

綜上所述，本研究通過數據挖掘揭示中藥治療兒童AH 的基本用藥規律，得到核心藥物，利用網絡藥理學及分子對接技術對其作用機制進行初步分析，可為中藥治療兒童AH 的作用機制研究提供參考，未來可采用動物或細胞實驗予以驗證，以期為臨床用藥提供證據。