基于數據挖掘中藥治療精神分裂癥用藥規律及機制研究*

布 凡，趙永厚，柴劍波，白冰，王萬宇

（1.黑龍江中醫藥大學，黑龍江 哈爾濱 150006；2.黑龍江神志醫院，黑龍江 哈爾濱 150036）

精神分裂癥（schizophrenia，SZ）是一種復雜的精神疾病，與多種腦神經遞質系統的失調有關[1]。目前治療藥物主要是第二代抗精神病藥物[2]，但治療劑量偏高，長期服用可出現糖脂代謝異常[3]、錐體外系副作用[4]等不良反應。為探究中藥治療SZ的用藥規律與機制，筆者應用中醫傳承輔助平臺和網絡藥理學對其進行分析，為臨床治療SZ選方用藥和分析藥物分子作用機制提供參考。

1 資料與方法

1.1 文獻來源與檢索 檢索中國知網、維普數據庫、萬方數據庫、中國生物醫學數據庫第一診斷為SZ的中醫學相關文獻。檢索字段為“主題”，檢索詞為“精神分裂癥”，文獻分類為“中醫學”。檢索時間為2011年10月至2021年10月。

1.2 文獻納入及排除標準

1.2.1 納入標準 研究對象明確診斷為SZ，不限性別、年齡、民族、籍貫；治療措施中僅運用中醫藥處方治療；處方藥物組成完整；患者獲益的首診和續診處方。

1.2.2 排除標準 并發其他系統嚴重疾病；病歷資料不完整；合并西藥治療或其他中醫療法如針刺、艾灸、穴位注射等。

1.3 數據規范化處理 為避免不同炮制方法和藥物別名對分析結果造成影響，中藥的名稱均依據2020版《中華人民共和國藥典》，如：“炙天南星”規范為“天南星”，“菖蒲”規范為“石菖蒲”。

1.4 數據分析 錄入中醫傳承輔助平臺（V2.5），建立中藥治療SZ的數據庫。對處方中藥物進行屬性、關聯規則、新方分析，實現網絡可視化。

1.5 網絡藥理學機制分析 對處方中藥進行支持度分析，獲得治療SZ的核心方組成。在TCMSP數據庫檢索核心方中藥，設置口服利用度（OB）≥30%，類藥性（DL）≥0.18，結合Uniprot數據庫對靶點進行規范。檢索GeneCards、TTD、Pharm GBK、Drug Bank、OMIM數據庫中治療SZ的潛在靶點。利用R語言得到核心方成分-疾病靶點的韋恩圖，錄入交集靶點至String數據庫，設置研究物種為人類，選擇置信度>0.9，刪除網絡中無互作關系的基因靶點，構建蛋白互作模型。采用Cytoscape構建網絡，將數據導入CytoscapeNCA獲得核心靶點可視化網絡并篩選關鍵靶點。采用R語言分析“藥物成分-靶點”GO通路/KEGG通路。

2 結 果

2.1 藥物性味歸經統計 檢索到文獻282條，根據納入、排除標準，篩選出相關文獻178篇，提取出完整處方220首，共涉及藥物193味。對處方中所有藥物的分類、性味及歸經進行統計。結果顯示，藥性以溫、寒、平為主，藥味以苦、辛、甘為主，歸經以肝、脾、心為主。（見圖1～3）

2.2 藥物使用頻數統計 對處方中藥物頻數進行統計，結果顯示，頻數≥22的藥物有40味。（見表1）

表1 頻數≥22 的藥物情況表

2.3 核心組合及新方組合分析 根據處方數量，結合不同相關度和懲罰度參數對數據進行分析。當設置相關度為8、懲罰度為4時，結果比較符合臨床實踐[5-6]。通過復雜系統熵聚類分析得到9首潛在新方。（見表2、圖4）

表2 治療SZ 的新方組合

2.4 基于關聯規則的組方規律分析 對220首處方進行組方規律分析，以系統默認格式進行篩選。支持度為默認整體數據的20%即44個，置信度為0.6。得到7條數據，8味中藥。分別將支持度高于10%、15%、20%的中藥關聯性進行網絡化展示。（見表3、圖5）

表3 治療SZ 的核心藥物組合模式（支持度為20%）

2.5 核心藥物的網絡藥理學分析 對處方中藥的頻數、組方規律進行綜合分析，認為茯苓、半夏、陳皮、甘草、遠志、石菖蒲、三棱、莪術、郁金、天南星這10味中藥是治療SZ核心藥物，后文均以“核心方”代稱。

2.6 疾病靶點獲取 通過Gene Cards、TTD、Pharm GBK、Drug Bank、OMIM數據庫去重后共得到2034個疾病相關靶點。（見圖6）

2.7 核心方有效成分-疾病靶點網絡圖構建 檢索核心方組成中藥，篩選后共獲得半夏活性成分13種、郁金15種、陳皮5種、莪術3種、茯苓15種、三棱5種、天南星7種、甘草92種、石菖蒲4種、遠志5種，合并后刪除重復值46種，得到活性成分共計118種。通過TCMSP數據庫獲取對應的靶點信息后合并、去重，通過UniProt數據庫對其名稱標準化，利用Cytoscape構建可視化網絡。其中遠志未被TCMSP收錄，通過檢索相關文獻[7-8]，對其進行補充。網絡中共225個節點1 110條邊。225個節點包括110個活性成分（8個活性成分未找到）和115個核心靶點。（見圖7）

2.8 構建交集靶點PPI網絡 利用R語言得到核心方成分-疾病共同靶點52個（見圖8），建立PPI蛋白互作網絡（見圖9），將網絡數據導入Cytoscape，獲得核心靶點可視化網絡（見圖10）。使用CytoscapeNCA篩選核心靶點，確認其核心成分。由于甘草在方劑中多起到調和諸藥的作用，故去除僅有甘草的靶點及其成分。（見表4）

表4 核心方主要活性成分網絡節點特征參數

2.9 核心方-SZ靶點功能與通路的富集分析 R語言分析GO通路/KEGG通路（見圖11）。核心方參與的生物過程主要包括藥物應答、脂多糖的應答、細胞對細菌來源分子的應答等；細胞組分主要包括膜筏、膜微區、泡腔等；分子功能主要包括DNA-結合轉錄因子結合、酰胺結合等；參與的信號通路主要有PI3K-Akt、MAPK、IL-17、TNF等。（見表5）

表5 核心方治療SZ 通路富集結果

3 討 論

SZ是一種持續性精神病性疾病，具有嚴重致殘性，影響全世界1%的人口。目前提出了多種致病假說，其根本機制尚待研究。SZ具有顯著的遺傳傾向，癥狀的出現受到環境和心理社會因素的多重影響。SZ最容易被識別的是標志性的陽性癥狀（幻覺和妄想），但陰性癥狀（暈眩和逃避）和認知（工作記憶和注意力）癥狀也會影響生活質量[9]。對SZ的常規治療多是用第二代抗精神病藥物[10]，雖然在治療效果、安全性、耐受性等方面受到認可，但也無法避免其帶來的副作用。

本病在我國醫史文獻中早有記載，相當于中醫學的“癲狂病”[11]。周湧燦等[12]不局限于“五臟六腑”理論，提出其主要病位在奇恒之腑——腦，涉及心、肝、膽、脾、腎等諸臟。病患或稟賦不足，或情志過極，致陰陽失調，氣、痰、火、瘀相互搏結，蒙蔽腦竅。腦神機逆亂是其核心病機所在，其性質屬本虛標實。實證多以痰為基礎，繼而痰郁化火，阻血生瘀，痰瘀互結；虛證則多久病氣虛，臟腑失養，或火郁日久，煎耗陰血。根據不同證型[13-14]，可將其治法分為：理氣解郁，疏瘀通竅[15]；滋陰降火，安神定志[16]；燥濕祛痰，健脾和中[17]；健脾養心，益氣安神[18]；疏肝解郁，養腦安神[19]；清熱瀉火，鎮驚滌痰[20]。

本研究共錄入中醫藥治療SZ的臨床有效中藥處方220首，其中包括二陳湯、柴胡疏肝散、四君子湯等加減方。結果顯示，治療SZ用藥以溫、寒、平為主，五味以苦、辛、甘為主，體現出急性期用辛苦以開降，緩解期用甘平以和中；藥物歸經以肝經、脾經、心經為主，實證多責之于心、肝，虛證多補益心、脾。

通過頻數統計和組方規律分析發現，中醫藥治療SZ的核心藥對為陳皮-半夏、三棱-莪術、石菖蒲-遠志。基于痰瘀交互理論[21]，將臟腑-氣血-腦神作為一個系統，在初、中、末不同時期，由于病位不同，治法也有異。SZ初期痰瘀結在脾胃，氣滯痰阻，治以陳皮、半夏為主。“二陳”合用，燥濕化痰，行氣降逆。濕邪較重者，可佐以茯苓、天南星祛痰利濕；脾虛較著者，可加白術、甘草補中。中期結在心肝，多為氣滯血瘀，壅塞日久，單行氣恐難以通脈，當以三棱、莪術急攻之，破氣逐瘀。三棱-莪術為愈癲湯[22]的核心成分。三棱苦平辛散，入肝脾血分，為血中氣藥，長于破血中之氣；莪術苦辛溫香，入肝脾氣分，為氣中血藥，善破氣中之血。佐麥芽，既可梳理肝氣，又能防止藥物峻烈傷脾。若患者體弱，則減三棱、莪術，繼加郁金、香附。末期結在腦竅，當用石菖蒲、遠志醒腦開竅。遠志、石菖蒲相須可補正氣，兼去痰氣[23]。

本研究通過網絡藥理學方法對核心用藥的機制進行分析，初步篩選出核心方主要活性成分為山奈酚、β-谷甾醇、刺芒柄花素等。SLC6A4、CHRM1等是其重要治療靶點，主要通路包括PI3K-Akt、MAPK等。研究[24]顯示，SZ患者皮質邊緣系統的杏仁核和海馬神經回路中存在不同的功能連接性損傷，EL-KOTT A F等[25]建立模型，通過影響AMPK/PTEN/Akt/mTOR信號通路，證實了山奈酚具有上調超氧化物歧化酶（SOD）的作用，能夠修復記憶缺陷并預防海馬細胞凋亡，改善SZ患者癥狀。芒柄花素通過抑制人神經母細胞瘤細胞（SH-SY5Y）中MAPK的磷酸化來抑制細胞凋亡，是一種潛在的治療神經退行性疾病的藥物[26]。基于5-羥色胺（5-HT）假說，β-谷甾醇可顯著增加5-HT含量[27]，減少SZ持續陰性癥狀[28]。MAO Y等發現[29]，鳥苷對抗SZ的作用，是通過激活PI3K/Akt通路和MAPK通路，從而產生抗凋亡和神經保護作用。細胞內Ca2+信號的改變是SZ病理生理學的基礎，在神經元中，Ca2+的長期升高具有細胞毒性并能激活小膠質細胞，促進釋放多種致病因子，如促炎細胞因子、一氧化氮（NO）和腦源性神經營養因子（BDNF），至此MONJI A等[30]提出了小膠質細胞假說。MIZOGUCHI Y等[31]通過使用抗精神病藥物處理活化小膠質細胞，發現可顯著抑制其釋放致病因子，抑制Ca2+的升高，將小膠質細胞內Ca2+信號通路作為抗精神病藥物治療SZ的靶點。白介素-17（IL-17）參與多種神經系統疾病的發病機制，可增加其他促炎細胞因子如IL-6和IL-8的產生[32]。CHENNIAPPAN R等[33]通過病例對照研究，在治療前后對SZ患者進行了PANSS分數的評估。結果顯示，IL-17與PANSS陽性評分、一般精神病理學評分和總分顯著相關，此外，當PANSS評分大于85分時，SZ患者的IL-17水平將顯著升高。所以認為IL-17與SZ的嚴重程度相關。CHRM1對維持人類的認知功能至關重要[34]，SCARR E等[35]測定了對照組和SZ組患者大腦皮層、丘腦內側背核和海馬區域中CHRM1陽性（CHRM1+）神經元的分布和數量，發現SZ患者大腦皮層CHRM1+神經元水平較低，提出了皮質CHRM1+神經元的缺失可能導致SZ患者的認知缺陷的假設。腦源性神經營養因子（BDNF）是腦內占主導地位的神經營養因子，在分化、再生和可塑性機制中起著至關重要的作用，與TrkB受體的結合后激活PI3K、MAPK等。BDNF的異常表達可引起SZ過程中發生的認知、情緒、行為和神經元紊亂[36]。MAPK信號通路是由Ras小GTP結合蛋白啟動的，該蛋白是一種膜結合的細胞內分子。這種自身被TrkB受體激活的GTP結合蛋白可引起包括增殖在內的多種功能[37]。研究[38]表明，這些通路的紊亂可能導致β淀粉樣蛋白依賴性SZ。

本研究基于中醫傳承輔助平臺，探究中醫藥治療SZ用藥經驗，利用網絡藥理學，為后續的實驗研究、新藥開發提供思路和參考依據。