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中药功效数据集市的多维分析和数据挖掘研究
曹 宜1 ,杭爱武2 , 虞 舜1
收稿日期: 20100514
基金项目:国家自然科学基金资助项目( 30801560)
作者简介:曹 宜( 1974 ) ,女,江苏省仪征市人,硕士,助理研究员,主要从事中医药文献与信息学研究。 Tel: ( 025) 85811751
( 1 南京中医药大学 中医药文献研究所 ,江苏 南京 210046; 2 南京中医药大学基础医学院,江苏 南京 210046)
摘 要:为获得中药功效和相关研究文献中的显性和隐性的知识,提出建设综合中药功效、植物学分类、化学成分、
现代药理作用和临床应用方面相关数据的中药功效数据集市; 然后建立同一功效的数据立方体, 利用多维数据分
析和关联数据挖掘方法,剖析相关数据特征, 发掘中药功效与植物学分类、化学成分、药理作用之间的潜在联系, 探
寻中药功效的实质。
关键词:中药功效; 数据集市;多维分析; 数据挖掘
中图分类号: R285 1; T P18 文献标识码: A 文章编号: 0253 2670( 2010) 12 2106 03
Multidimensional data analysis and data mining on Chinese materia medica efficacy data mart
CAO Yi
1
, HANG Aiwu2 , YU Shun1
( 1 Institute of T raditional Chinese Medicine Literature, Nanjing Univ ersity of T r aditional Chinese Medicine, Nanjing 210046,
China; 2 Co llege o f Basic Medical Science, Nanjing Univ ersity of T r aditional Chinese Medicine, Nanjing 210046, China)
Key words: Chinese materia medica ( CMM ) ef ficacy; data mart ; mult idimensional data analy sis; data
mining
中药功效是在中医药理论指导下的药物治疗作用的概
括,是临床用药的重要依据。历代临床实践积累了许多中药
功效方面的文献资料。随着中医药的不断发展,国内外出现
了大量的药用植物基原、中药有效成分、药理作用以及现代
临床疗效方面的研究资料。在中药传统知识和中药现代研
究结果之间存在着千丝万缕的联系,这些联系既包括通过常
规检索可得到的显性的联系或知识,也包括那些常规检索得
不到的隐性的联系或知识。为了更加有效地获得这些中药
相关研究文献中的显性和隐性的联系或知识,本文提出建设
中药功效数据集市,分析与提取功效相关数据背后潜在的知
识或规律,以便阐释中药功效的实质与内涵。
1 研究的理论依据
中药功效与中药化学成分、基原(植物学分类)、药理作
用及现代临床疗效之间存在着一定的联系。中药药理作用、
现代临床疗效是功效在现代实验条件下和现代医疗实践中
的表现; 化学成分是中药功效、药理作用和现代临床疗效表
达的物质基础。根据药用植物亲缘学说, 亲缘相近的植物不
仅在形态、生理生化特性上相似, 含有的作为植物次生代谢
产物的化学成分也比较相似, 从而亲缘相近的植物在生物活
性和疗效上相似[ 1]。因此, 功效相同或相近的中药, 所含的
化学成分有可能结构相似, 现代药理作用和临床疗效也较接
近。中药功效与成分、植物学分类、药理作用和现代临床疗
效之间的潜在联系为开展中药功效数据集市的多维分析和
数据挖掘研究提供了理论基础。
2 研究思路与方法
本文提出建设基于多维数据模型的中药功效数据集市。
该数据集市围绕中药功效, 收集了中药化学成分、植物学分
类、现代药理作用等相关资料的信息; 然后获得关于某一功
2106 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 12期 2010 年 12 月
效的数据立方体,在此基础上, 利用融合数据库、人工智能、
统计学等多学科技术的多维数据分析和数据挖掘方法, 研究
与某一功效相关的植物学分类、化学成分、药理作用、临床作
用的数据的特征,发掘该中药功效与植物学分类、化学成分、
药理作用、临床作用等信息单元数据之间隐含的关系。
2. 1 建立中药功效数据集市: 为满足功效相关数据分析、挖
掘的需要,首先要把来自不同数据源的中药相关数据转化成
统一明确的中药功效信息集合。数据集市是小型的部门或
工作组级别的数据仓库, 其中的数据具有数据仓库的特点,
只不过是专为某一部门或某个特定需求所定制的。与中药
功效的实质研究相关的数据主要包括中药功效、植物学分
类、化学成分、药理作用和临床应用方面的资料,通常不涉及
栽培、采收加工、药材鉴别等方面的信息,同时这样的中药信
息集合又是专门为研究中药功效的实质而定制的,因此选择
建立中药功效数据集市。中药功效数据集市的建立可采用
维度建模方法。维度 ( dimension)是观察实体的角度, 是一
种高层次的类型划分[ 2]。中药功效数据集市的维度包括中
药植物学分类维、化学维、药理维和临床维。这 4 个维度又
分别划分为不同层次, 如植物学分类维可划分为纲、目、科、
属、种 5 个层次。
2. 2 中药功效数据集市的多维分析: 由于中药功效的数据
分析和挖掘研究主要是针对同一功效进行的,因此在进行研
究前,需要对中药功效数据集市中的功效术语进行统一和规
范,明确某一功效的概念与范畴。另外, 由于研究内容主要
是功效与植物学分类等的联系,所以研究前也应剔除动物类
中药数据。
在中药功效数据集市中,可建立以某一功效为核心的数
据立方体,此中药的功效立方体包括植物学分类维、化学维、
药理维和临床维(图 1)。在数据立方体上 ,能从功效植物学
分类、功效化学成分、功效药理作用、功效现代临床应用这
些不同角度来观察这些数据,分析同一功效的药用植物的分
类情况,同一功效植物所含化学成分情况, 同一功效植物的
药理作用、现代临床应用情况。通过功效数据立方体的钻取
( drill)、切片 ( slice)、切块( dice) 以及旋转 ( pivo t) 等分析动
作,可在不同的汇总级别多层次观察中药数据,其中钻取是
改变维的层次,变化分析的粒度, 包括向下钻取( drilldow n)
和向上钻取( drillup) /上卷( ro llup) [ 2]。向上钻取是在某一
维上将低层次的细节数据概括到高层次的汇总数据, 或者减
少维数;而向下钻取则相反, 它从汇总数据深入到细节数据
进行观察或增加新维。如利用向下钻取,从了解具有某功效
的植物在门、纲、目这样的层次(级别)中的分布情况逐步深
入到具有某功效的植物在科、属级别中的分布情况; 从了解
与某功效相关的中药成分大类的分布情况逐步深入到与某
功效相关的化学成分母体结构、药效团、取代基等的分布情
况。在中药功效数据集市中, 还可以进行旋转( piv ot) 分析
操作,即变换维的方向。如从围绕功效改变为围绕植物学分
类,寻找植物类群的特征性化学成分、同一科属植物的共同
功效或药理作用等。
图 1 某一功效的数据立方体
Fig. 1 Data cube about one CMM efficacy
2. 3 中药功效数据集市的关联规则挖掘 :一味中药常具有
多种功效, 含有多种类型的化学成分,然后通过多靶点、多环
节而发挥作用。因此中药功效与化学成分、药理作用等的联
系是互相交织、错综复杂的。多维分析方法无法完全满足找
出这种潜在联系的需求, 所以有必要进一步采用数据挖掘方
法, 进行更深层次的分析。
数据挖掘是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的、随
机的数据中, 提取隐含在其中的,人们事先不知道的,但又是
潜在的有用的信息和知识的过程[ 3]。按照功能, 数据挖掘可
划分为: 概念/类描述、关联分析、分类和预测、聚类、离群数
据挖掘、趋势和演化分析等[4]。关联分析是寻找数据库中不
同数据项之间存在的关系。中药功效数据集市中 ,主要采用
关联分析方法, 发现同一功效下频繁同时出现的两种(或两
种以上)成分、药理作用等。考虑到中药化学、药理与临床应
用数据, 特别是化学成分变化较大,数据分散性强 ,不一定能
在细节的层次上发现一些强关联规则, 可以采用多层关联挖
掘算法, 结合多维关联挖掘算法, 通过在多维分析中构建的
中药功效数据立方体的概念层次, 在较高的抽象层上进行关
联规则挖掘, 这样容易获得感兴趣的规律或联系。在泻下功
效研究中, 假如在大黄素、大黄酸、大黄酚、芦荟大黄素与植
物纤维素、甲基纤维素这些化学成分之间进行关联规则的挖
掘, 由于成分种类较多,数据分散而稀少, 可能无法获得满足
最小置信度( miniconfidence)和最小支持度 ( minisuppo rt )的
规则; 这时可以考虑抽象到较高层次上挖掘 , 大黄素、大黄
酸、大黄酚、芦荟大黄素属于蒽醌类, 植物纤维素、甲基纤维
素属于纤维素类, 这样就有可能获得!蒽醌类∀纤维素类#之
类的规则, 提示泻下功效有可能是蒽醌类与纤维素类成分共
同作用的结果。
3 结语
早在 20世纪 80 年代,肖培根院士[ 5]曾通过对大黄属 7
个组 27种植物的综合研究,探讨了大黄属的植物亲缘关系、
化学成分和疗效间的关系。随着现代信息技术的发展,中国
科学院过程工程研究所陆爱军等[ 6]开展了在中药化学数据
库中的关联规则的挖掘, 主要获得若干中药药效植物科属
分类这样的维间关联规则。刘海波等[ 78]通过对!止痛#、! 泻
下#和! 清热#共有化合物现代药理活性的分析, 在一定程度
上证明了共有化合物现代药理活性与所属中药药效类别有
2107 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 12期 2010 年 12 月
很强的联系;通过统计方法得到泻下与导泄、兴奋胃肠平滑
肌、止血和利尿的药理活性相关, 解表与抗凝血/抗血栓、止
痛、解热药理作用相关。
在以往中药数据库中的知识发现工作基础上,本文提出
建设中药功效数据集市, 充分利用传统医疗实践经验, 研究
在同一功效下,植物学分类、化学成分、药理作用、现代临床
应用这些相关数据表现出的特征,发掘相关数据背后潜在的
知识、规律或高层信息, 从而针对某一功效, 多角度、多层次
地诠释其内涵。通过本研究,能够探讨中药功效(传统治疗
作用)与现代植物分类学之间的联系, 如具有某功效的植物
经常属于哪些科属,这样有利于在近缘类群中扩大和寻找新
的药用资源;还可以揭示与某功效对应的生物活性物质的分
布规律、功效与中药化学成分或化学结构的潜在联系, 如分
析同一功效植物中会经常出现哪些化学成分或哪些母体、取
代基等结构,有助于获得有效组分或新的先导化合物, 诠释
功效对应的活性物质基础。另外,通过本研究也可以发现和
验证功效与现代药理作用、临床疗效之间的相关性, 扩大和
充实中药的临床适应证,有助于理解中药功效的现代意义。
因此, 开展中药功效相关数据的多维分析和数据挖掘研究,
将有效促进中医药现代化研究。
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淫羊藿炮制机制研究进展
陈玲玲1, 2 , 贾晓斌1, 2* ,贾东升2 *
收稿日期: 20100310
基金项目:国家自然科学基金资助项目( 30572372) ;江苏省中医药领军人才项目( 2006) ;江苏省医药高技术计划项目( BG2007614)
作者简介:陈玲玲( 1986 ) ,女,在读研究生,研究方向为中药新型给药系统。 T el: 15050584025 Email: xiaohao5710@ 163. com
* 通讯作者 贾晓斌 T el/ Fax: ( 025) 85637809 Em ail: jxiaobin 2005@ hotm ail . com
( 1 南京中医药大学, 江苏 南京 210045; 2 江苏省中医药研究院 中药新型给药系统重点实验室,江苏 南京 210028)
摘 要:综述淫羊藿炮制前后化学成分、药理作用及临床药效的变化。通过总结淫羊藿炮制研究现状, 找出存在的
问题 ,提出了淫羊藿炮制机制研究应从规范炮制工艺, 结合中药指纹图谱研究炮制前后物质基础的变化, 采用血药
浓度法和药理效应法研究淫羊藿炮制机制的研究思路。
关键词:淫羊藿; 炮制机制;物质基础
中图分类号: R283 14 文献标识码: A 文章编号: 0253 2670( 2010) 12 2108 04
Advances in studies on processing mechanism of Epimedii Folium
CHEN Lingling1, 2 , JIA Xiaobin1, 2 , JIA Dongsheng2
( 1 Nanjing Univ ersity of Chinese Medicine, Nanjing 210045, China; 2 Key Labor ator y o f New Drug Delivery System
of Chinese Meter ia Medica, Jiang su Prov incial Academy of T r aditional Chinese Medicine, Nanjing 210028, China)
Key words: Ep imedii Folium ; processing mechanism ; material basis
淫羊藿具有补肾助阳、祛风除湿之功, 为我国传统补益
中药之一,临床上主要用于治疗阳痿、不孕、骨质疏松、支气
管炎、慢性肝炎等症, 其发挥药效的成分主要为黄酮类、多糖
类化合物以及多种微量元素[ 1]。临床研究发现淫羊藿生用
与制用功效迥异,生品主要用于祛风湿、坚筋骨,制品更偏重
于温散寒邪、补肾助阳[ 2] , 原因是炮制使淫羊藿的药效物质
基础发生了变化。淫羊藿常用炮制方法有炒、酒炙、盐炙、蜜
水炙、米泔水浸、酥油制、羊脂油炙等。近年来的研究证实了
淫羊藿炮制前后化学成分会发生变化, 药理作用也发生了改
变, 但对淫羊藿的炮制机制的研究仍处于初级阶段。本文从
淫羊藿炮制对化学成分、药理作用及临床药效的影响等方
面, 总结了近年来淫羊藿炮制机制研究进展, 找出存在的问
题, 提出淫羊藿炮制研究思路, 以期为进一步开展淫羊藿的
炮制机制研究、优化炮制工艺、制定制淫羊藿的质量标准提
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