基于数据挖掘探讨中药治疗糖尿病的组方规律
基于数据挖掘探讨中药治疗糖尿病的组方规律
糖尿病是一种由胰岛素绝对（或相对）分泌不足以及胰岛素利用障碍引发的以血糖升高为主要标志的慢性疾病。目前全球糖尿病患者的数量仍在急剧增加，据国际糖尿病联盟调查显示，预计到2045年全球糖尿病患者人数将逾7亿。近十几年来，我国糖尿病发病人数也呈上升趋势，据不完全统计，我国目前约有1.4亿糖尿病患者，且呈年轻化的趋势。目前糖尿病的西医治疗多采用口服降糖药物或注射胰岛素的方式控制血糖，但也存在不良反应较多、患者易产生耐受性、依从性差等不足。糖尿病是中医药治疗的优势病种之一，且中医药在糖尿病治疗中历史悠久、理论丰富。
糖尿病属中医学“消渴”“消瘅”等范畴，《素问·奇病论篇》首次提出了“消渴”的病名，并将其细分为“上消”“中消”“下消”三种，这在临床治疗实践中颇具指导意义。此外，中医药在糖尿病治疗中坚持辨证论治的同时，也涌现了诸如针灸、中药熏洗、内服汤剂等多种治疗方法，且取得了令人满意的临床效果。
药智网是国内较早开展中医药数据深加工的平台，其中成药处方数据库、中药方剂数据库等收载的中药处方较为完整且全面，是数据挖掘、组方规律等研究的重要数据来源。本研究借助数据挖掘的方法并以内服方剂为数据基础，探讨总结糖尿病治疗的用药规律，以期为临床提供相应参考。
1 资料与方法
1.1 数据来源
1.2 纳入与排除标准
纳入标准：主治疾病为“消渴”或“糖尿病”且组成完整的有效内服方剂（制剂）。排除标准：①非内服方剂；②联合西药成分，如胰岛素的方剂；③方剂组成不完整或未记载组成的方剂；④ 规范后仅含单味中药的处方等。
1.3 数据录入与规范
录入所有符合要求的方剂至Microsoft Office Excel 2017中，一个方剂一行，建立数据源。根据《中药学》以及《中华人民共和国药典（2020年版）》规范方剂中出现的中药异名、俗名等，并匹配所有中药的性味归经、功效类别等属性信息。进行性味归经分析时，为方便统计，将“大热”“微苦”等统一为“热”“苦”。
1.4 数据处理与分析
利用Microsoft Office Excel 2017统计各中药的使用频数、属性关联等基本信息，并绘制相关图表。将各方剂中的中药组成信息转置成“Refwords”格式，借助VOSviewer 1.6.20软件展示糖尿病治疗中药的配伍联系，并根据大于累计中药配伍频次的2%确定高频中药。基于IBM SPSS Modeler 18.0软件的Apriori算法是关联规则挖掘的常用方法，其支持度与置信度指标是衡量关联组合重要性的关键指标。本研究经数据预处理后发现当支持度≥25%、置信度≥40%、提升度＞1时所得的关联组合较为合理且重复组合较少，故将关联规则的指标条件设置为支持度≥25%、置信度≥40%、提升度＞1。高频中药因子分析是在IBM SPSS Statistics 25.0软件的降维板块中完成，借助主成分分析法提取特征值＞1的公因子，并经Kaiser旋转得到因子分析结果载荷。
2 结果
2.1 中药使用频次
纳入的344条方剂包含190味中药，累计使用3 006次。将转置后的中药配伍文档导入VOSviewer 1.6.20软件得到中药配伍联系，见图1。190味中药间共有3 371次配伍联系，其中高频使用（使用频次＞67）的中药共13味，见表1。高频中药累计使用1 450次（48.23%），且以清热药、补虚药为主。同时，在糖尿病治疗中天花粉（182次）、生地黄（173次）、山药（171次）、黄芪（143次）、麦冬（137次）、知母（113次）等中药的使用频次最高。
图1 各中药配伍联系
2.2 功效类别分析
根据《中药学》及《中华人民共和国药典（2020年版）》匹配各中药的功效类别，基于其使用频次并利用Microsoft Office Excel 2017表统计各功效类别的使用情况，结果见图2。补虚类（1 283次）、清热类（711次）、收涩类（372次）等中药在糖尿病治疗中较为常用。
图2 中药功效类别使用情况
2.3 性味归经分析
中药属性是中药性质与功能的高度概括，其核心是四气、五味、归经等。基于每味中药的性味归经绘制其分布图，图中节点代表治疗中药的属性特征。若某一节点出现的频率高，则表示该节点在疾病中经常出现，是疾病治疗的特征属性。糖尿病治疗的中药性味归经分布见图3，图中节点颜色越红表示其所代表的中药属性关联越重要，说明治疗糖尿病的中药以性寒、味甘以及入脾经、肾经、胃经、肺经等为主。
图3 中药性味归经分布
2.4 高频中药关联分析
Apriori算法可用于挖掘中药间潜藏的配伍联系，将高频中药二分变量表导入IBM SPSS Modeler 18.0软件，根据设置的挖掘条件运行后得到36项中药组合，其中药对中药组合21项，角药中药组合15项，见表2、表3。关联规则可视化展示见图4，图中节点连线越粗代表中药间的关联程度越强。可知，天花粉、生地黄、黄芪、山药、麦冬等中药间具有较强关联，是糖尿病治疗的关键配伍中药。
图4 关联规则可视化展示
2.5 高频中药因子分析
将高频中药二分变量导入IBM SPSS Statistics 25.0软件，借助其降维功能对高频中药进行因子分析。因子分析前，对中药数据进行KMO和Bartlet球形检验以确认该分析的可行性。结果表明，本组变量数据的KMO=0.726＞0.5，P ＜0.001，表明该中药变量数据可进行因子分析。结果得到5个特征值＞1的公因子，累积因子贡献率为65.88%。各公因子中药组成见表4，其旋转载荷见图5。
3 讨论
本研究结果表明，344条方剂共涉及中药190味，累计使用3 006次；且这些中药间共有3 371次配伍联系。统计显示高频使用中药有13味，频次排名前6位为天花粉、生地黄、山药、黄芪、麦冬、知母。天花粉性甘味苦，善生津止渴，《景岳全书》谓其为“消渴神药”。研究证实，天花粉蛋白具有减轻胰岛损害的功能，同时可有效降低糖尿病模型小鼠的血糖、糖化血红蛋白及血浆白介素-6（interleukin-6，IL-6）的水平。
生地黄甘寒质润，具有止渴生津的功效，与天冬、玉竹、葛根等中药并称消渴病治疗的“四大圣药”，临床在治疗阴虚内热消渴时常与山药、黄芪、山茱萸等配伍使用。研究表明，生地黄中含有环萜类、苯乙醇苷类、三萜类、黄酮类等多种活性成分，且具有改善胰岛β细胞功能、降低胰岛素抵抗等作用。
山药益气养阴、补脾肺肾，《雷公炮制药性解》谓其“止消渴，阴得其养；补虚劳，热不能侵”；临床辨治消渴时常与黄芪、天花粉等配伍。Sun等研究发现，在糖尿病治疗中单用山药或含山药的中药方剂可降低2型糖尿病患者的血糖水平，减少胰岛素抵抗症状。
黄芪善入脾胃、补气生津，常与天花粉、葛根等同用以治消渴。《医学衷中参西录》中记载：“玉液汤、滋膵饮等治渴之方，皆重用黄芪”。研究证实，黄芪含有的药效成分包括多糖、皂苷、黄酮类化合物等，且在糖尿病及其并发症的治疗中发挥着举足轻重的作用，如Li等发现了黄芪发挥降糖活性的最佳成分，并进一步确定了黄芪发挥降糖作用的机制。
此外，麦冬性偏苦寒，长于滋养胃阴、生津止渴；知母甘寒质润，能滋肺阴、泻胃火。相关研究表明，麦冬、知母等中药在糖尿病治疗中是不可或缺的配伍中药。与此同时，关联规则分析结果表明，天花粉、生地黄、黄芪、山药、麦冬等中药间具有较强的配伍关联，如知母-天花粉、黄芪-天花粉、麦冬-天花粉、山药-天花粉、黄芪-生地黄、知母-山药-天花粉、黄芪-山药-天花粉、生地黄-山药-天花粉等中药组合的支持度较高。有研究证实，治疗2型糖尿病的重要中药包括生地黄、黄芪、山药、知母等，且生地黄-黄芪、黄芪-山药等组合的关联支持度也较高，这与本研究的结果有一定相似性。
功效类别分析表明，补虚类、清热类、收涩类等中药在糖尿病治疗中较为常用。性味归经分析表明，治疗糖尿病的中药以性寒、味甘以及入脾经、肾经、胃经、肺经等为主。中医认为“阴虚为本，燥热为标”是糖尿病的基本病机，即本虚标实是糖尿病的病性基础，其治则包括滋阴清热、补肾健脾、益气养阴等。此外，中医将糖尿病的证型大致分为脾气虚、肾气虚、阴阳两虚、气阴两虚、脾肾气虚、肝肾阴虚、肺胃阴虚热盛等7类。《中国2型糖尿病防治指南》（2017年版）建议根据糖尿病热、虚、损等病程特点进行分期论治。可见，补虚类、清热类、收涩类等中药的使用与消渴病“阴虚燥热”的基本病机相符。与此同时，因消渴“燥热为标”，刘完素在此基础上秉持了选药“力主寒凉”的原则，这也符合“热者寒之、寒者热之”的中医治疗理念。元代医学家朱丹溪有言：“消渴之疾，有上消、中消、肾消之别；上消者属肺，多饮而少食；中消者属胃，善饥多饮食；下消者属肾，烦渴而引饮”，这进一步明确了糖尿病的病因，也确定了其病位在肺、脾、胃、肾等脏腑。综上，这些用药规律基本符合糖尿病的发病病机，中药的选择也基本契合其病位。
高频中药因子分析共得到5个公因子，其中F1中天花粉、知母、石膏伍用可见于磁石丸、麦门冬丸、清热养阴调糖饮、消渴方等众多治渴名方。李婧等研究发现，清热养阴调糖饮可有效降低2型糖尿病患者的血糖水平，改善临床症状，在糖尿病治疗中展现出了较佳的临床效果。F2中山茱萸、茯苓、玄参、葛根众药配伍可见于降糖疏心灵、生脉地虎汤、施今墨方加减等方剂。在施今墨方中，玄参滋阴清热、生津润燥；山茱萸固精敛气、收敛浮火，两药兼治脾肝；茯苓渗湿健脾，葛根生津止渴，该方是糖尿病治疗的常用方。F4中山药、黄芪二者可见于参芪消渴颗粒、六味地黄汤、玉液汤、玉液消渴颗粒等经典降糖中成药方剂。研究证实，在2型糖尿病常规西药治疗的基础上加用六味地黄汤可有效降低患者的血糖水平并改善微循环，临床疗效显著，值得推广。F5中麦冬、生地黄清热生津，养阴润燥，二者配伍可见于血府逐瘀汤合生脉饮、茯神汤、益胃汤、滋阴清热活血方等方剂。有研究发现，滋阴清热活血方可显著改善糖调节受损患者的血糖及胰岛素抵抗症状，其疗效与二甲双胍相当。
本研究基于数据挖掘探讨了中药治疗糖尿病的组方规律，研究发现治疗糖尿病的中药以天花粉、生地黄、山药、黄芪、麦冬、知母等为代表，这些中药多属清热及补虚类，且以性寒、味甘以及入脾经、肾经、胃经、肺经等为主。同时，因子分析发现，这些高频中药的使用符合“滋阴清热、补肾健脾、益气养阴”的糖尿病治则治法，可为临床遣方用药治疗糖尿病提供相应参考。