宋若蘭，馬嘉慕，郭海峰，于 爽，姚鑒玲，董 英，鐘祥健，單東杰，呂 芳，折改梅

·數(shù)據(jù)挖掘與循證醫(yī)學(xué)·

基于功能導(dǎo)向-算法集成的西洋參雙功能保健食品組方規(guī)律和設(shè)計(jì)研究

宋若蘭1, 2，馬嘉慕1, 2，郭海峰3，于 爽1, 2，姚鑒玲1, 2，董 英1, 2，鐘祥健1, 2，單東杰1, 2，呂 芳1, 2，折改梅1, 2*

1. 北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100029 2. 中藥品質(zhì)評(píng)價(jià)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029 3. 中國(guó)營(yíng)養(yǎng)保健食品協(xié)會(huì)，北京 100028

基于西洋參“保健食品原料”與“中藥材”的雙重身份，以功能為導(dǎo)向，融合算法分析，實(shí)現(xiàn)西洋參保健食品組方規(guī)律挖掘與組方設(shè)計(jì)研究。依據(jù)功能導(dǎo)向-算法集成，收集西洋參保健食品數(shù)據(jù)與臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)，借助BDP平臺(tái)、自然語言處理與信息檢索（natural language processing & information retrieval sharing platform，NLPIR）共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與信息挖掘，綜合分析具有潛在開發(fā)價(jià)值的保健食品功能；以選定功能為導(dǎo)向，收集西洋參保健食品、中成藥、方劑的組方信息并建立數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計(jì)高頻藥味及類別，采用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）-熵權(quán)-自組織特征映射（self-organizing maps，SOM）聯(lián)用的賦權(quán)聚類算法（主觀與客觀算法聯(lián)用）、逼近理想解排序（technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS）綜合評(píng)價(jià)法等機(jī)器學(xué)習(xí)算法提取樣本數(shù)據(jù)特征并分析總結(jié)其內(nèi)在規(guī)律，實(shí)現(xiàn)組方設(shè)計(jì)。綜合西洋參保健食品功能與臨床疾病和證型雙方信息的分析結(jié)果，以“有助于增強(qiáng)免疫力”“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”雙功能為導(dǎo)向，收集組方信息并建庫。數(shù)據(jù)庫中高頻保健食品原料藥味以補(bǔ)虛藥居多，經(jīng)賦權(quán)聚類篩選得到黃芪、麥冬、茯苓、五味子、枸杞子、三七、葛根、甘草共8味候選保健食品原料藥味。結(jié)合藥味關(guān)聯(lián)分析及藥對(duì)組合情況，進(jìn)一步配伍組成備選組方，經(jīng)評(píng)分優(yōu)選得到保健食品組方為三七、西洋參、葛根、五味子、枸杞子。針對(duì)中藥保健食品的中醫(yī)藥背景，依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)分析挖掘保健食品功能，借助機(jī)器學(xué)習(xí)算法抽提組方配伍規(guī)律，實(shí)現(xiàn)功能導(dǎo)向-算法集成西洋參雙功能保健食品組方設(shè)計(jì)，或可為中藥保健食品組方設(shè)計(jì)的功能導(dǎo)向化、組方計(jì)算化提供新思路。

保健食品；西洋參；組方規(guī)律；組方設(shè)計(jì)；功能；算法；數(shù)據(jù)挖掘

中藥保健食品作為我國(guó)保健食品行業(yè)不可或缺的重要組成部分[1]，是中醫(yī)藥傳統(tǒng)養(yǎng)生保健理念與實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物[2]。此類產(chǎn)品所用原料擁有“保健食品原料”和“中藥材”的雙重身份，具有明確的保健功能與臨床應(yīng)用基礎(chǔ)，獨(dú)具我國(guó)保健食品特色[2]。然而，中藥保健食品在研發(fā)時(shí)卻極易陷入忽略或弱化“中藥材”屬性的困境，無法充分彰顯其中醫(yī)藥背景優(yōu)勢(shì)，難以確立其在大健康產(chǎn)業(yè)中的獨(dú)特定位[2-4]。究其原因，一是保健食品功能與中藥功效主治存在不對(duì)等關(guān)系，較難構(gòu)建有效結(jié)合，導(dǎo)致功能無法有效引領(lǐng)中藥保健食品；二是在組方設(shè)計(jì)過程中未能充分體現(xiàn)中藥的配伍應(yīng)用，存在缺乏中醫(yī)藥理論指導(dǎo)、忽視單味藥功效及其在組方配伍中作用的區(qū)別、尚未充分利用中藥在疾病治療及預(yù)防中的臨床應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)等現(xiàn)象。如何在融合中醫(yī)藥背景的同時(shí)凸顯保健食品特色，在研發(fā)過程中兼顧其作為中藥的特點(diǎn)，是中藥保健食品的破局之題。

基于以上問題，本研究以組方設(shè)計(jì)為切入點(diǎn)，圍繞中藥保健食品原料收集保健食品批文與臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)，選用大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)BDP（business data platform，https://me.bdp.cn/home.html）、自然語言處理與信息檢索（natural language processing & information retrieval sharing platform，NLPIR）共享平臺(tái)（http://www.nlpir.org/wordpress/）作為大體量數(shù)據(jù)及文本型數(shù)據(jù)的處理途徑，通過關(guān)鍵語句提取與數(shù)據(jù)挖掘分析完成信息處理工作[5-6]，綜合分析西洋參具有潛在開發(fā)價(jià)值的保健食品功能。以西洋參應(yīng)用基礎(chǔ)廣泛、研究基礎(chǔ)扎實(shí)的保健食品功能“有助于增強(qiáng)免疫力”，以及從西洋參配伍和臨床應(yīng)用角度考量、大數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果指向的“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”為導(dǎo)向，開展后續(xù)雙功能組方設(shè)計(jì)。圍繞所選保健食品功能，收集保健食品、中成藥、方劑的組方信息。通過Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法、層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）- 熵權(quán)-自組織特征映射（self-organizing maps，SOM）聯(lián)用的賦權(quán)聚類算法、逼近理想解排序（technique for order preference by similarity to an ideal solution，TOPSIS）綜合評(píng)價(jià)法等機(jī)器學(xué)習(xí)算法提取樣本數(shù)據(jù)特征并分析總結(jié)其內(nèi)在規(guī)律，設(shè)計(jì)并優(yōu)選組方。并在團(tuán)隊(duì)前期單一主觀賦權(quán)算法的基礎(chǔ)上，開展主觀與客觀賦權(quán)算法聯(lián)用的方法提升，進(jìn)一步增強(qiáng)篩選結(jié)果的可信度[7]。本研究將中藥保健食品功能方向的篩選、確定，以及在指明功能方向的前提下進(jìn)行組方設(shè)計(jì)稱為“功能導(dǎo)向”；將針對(duì)中藥保健食品的中醫(yī)藥背景，融合多種算法總結(jié)分析規(guī)律性、經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的組方配伍規(guī)律，并實(shí)現(xiàn)組方設(shè)計(jì)的全過程稱為“算法集成”。由此，二者相結(jié)合，以特定保健食品功能為導(dǎo)向，融合多種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)保健食品組方規(guī)律挖掘與組方設(shè)計(jì)。

西洋參作為典型的外來中藥，首載于清代《補(bǔ)圖本草備要》，在保健食品開發(fā)中應(yīng)用廣泛[8]。西洋參較其他中藥保健食品原料藥味而言，在中醫(yī)藥理論指導(dǎo)下的傳統(tǒng)應(yīng)用歷史相對(duì)不足，但其臨床應(yīng)用研究較為豐富[9-12]。本研究選擇廣泛用于保健食品開發(fā)且臨床研究基礎(chǔ)扎實(shí)的中藥保健食品代表性原料“西洋參”作為研究對(duì)象，依據(jù)功能導(dǎo)向-算法集成，開展中藥保健食品組方設(shè)計(jì)研究，或可為中藥保健食品組方設(shè)計(jì)的功能導(dǎo)向化、組方計(jì)算化提供新的研發(fā)思路。

1 方法

1.1 功能數(shù)據(jù)收集及處理分析

圍繞保健食品與臨床應(yīng)用2個(gè)方面，統(tǒng)計(jì)整理西洋參應(yīng)用概況。保健食品數(shù)據(jù)來源于國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局特殊食品安全監(jiān)督管理司（http://www. samr.gov.cn/tssps/）中含西洋參的保健食品批文；臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)來源于中國(guó)知網(wǎng)，以“西洋參”和“臨床觀察”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索（2021年8月31日前收錄文獻(xiàn)）。數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及結(jié)果可視化處理依托大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和CytoScape 3.9.0實(shí)現(xiàn)，分析平臺(tái)包括BDP平臺(tái)和NLPIR自然語言處理與信息檢索共享平臺(tái)中的分詞標(biāo)注、實(shí)體抽取、詞頻統(tǒng)計(jì)、詞向量分析模塊[5]。

1.2 組方信息收集

依據(jù)分析所得保健食品功能方向，從保健食品、中成藥、方劑3個(gè)方面，開展含西洋參保健食品的組方信息收集工作。保健食品信息來源于國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局，中成藥信息來源于《中國(guó)藥典》2020年版[13]及藥智數(shù)據(jù)（https://db.yaozh.com/），方劑信息來源于中國(guó)知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、維普數(shù)據(jù)庫和藥智數(shù)據(jù)（均為2021年8月31日前收錄）。對(duì)于保健食品信息，篩選具有“有助于增強(qiáng)免疫力”或“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”的含西洋參保健食品批文，完成組方信息收集。借助Microsoft Excel 2019實(shí)現(xiàn)組方信息錄入與建庫。

1.3 藥味篩選

1.3.1 保健食品原料范圍鎖定 根據(jù)組方數(shù)據(jù)庫，使用Microsoft Excel 2019，分別整理統(tǒng)計(jì)保健食品、中成藥、方劑各組方藥味種類及頻次，并進(jìn)一步在規(guī)范藥味名稱的基礎(chǔ)上（將同物異名者、同種中藥但規(guī)格相異者、僅經(jīng)提取等特殊處理但功效未改變者統(tǒng)一規(guī)范為《中國(guó)藥典》名稱），依照衛(wèi)生部《既是食品又是藥品的物品名單》《可用于保健食品的物品名單》和《保健食品禁用物品名單》[14]將非保健食品原料剔除，篩選得到可作為保健食品原料的藥味。

1.3.2 各藥味頻次統(tǒng)計(jì)分析 運(yùn)用中藥系統(tǒng)藥理學(xué)分析平臺(tái)（http://tcmspw.com/tcmsp.php）的中藥數(shù)據(jù)庫，結(jié)合《中國(guó)藥典》2020年版[13]、《臨床中藥學(xué)》（第2版）[15]的相關(guān)記載，將各藥味依照功效主治歸類，確定其所屬類別。分別統(tǒng)計(jì)各藥味及各類別在含西洋參保健食品、中成藥、方劑組方中的應(yīng)用頻次，篩選得到高頻保健食品原料藥味及類別。

1.3.3 藥味間的關(guān)聯(lián)分析及賦權(quán)聚類 通過SPSS Modeler 18.0中的Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法，對(duì)高頻藥味在組方中的應(yīng)用信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)圖可視化處理[16-17]，呈現(xiàn)藥味關(guān)聯(lián)情況及藥對(duì)組合情況。

借助Matlab R2021a，采用AHP-熵權(quán)-SOM聯(lián)用算法，完成高頻藥味的賦權(quán)與聚類。采用主觀與客觀賦權(quán)算法相結(jié)合的分析方法（AHP-熵權(quán)法）[18]，對(duì)2級(jí)指標(biāo)（藥味類別）開展基于評(píng)分的主觀權(quán)重分析，對(duì)3級(jí)指標(biāo)（藥味）分別進(jìn)行主觀和客觀權(quán)重分析。在賦權(quán)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步運(yùn)用SOM聚類算法[7]，得到主觀和客觀聚類結(jié)果，關(guān)注二者結(jié)果中的最優(yōu)選藥味，取共有者，作為后續(xù)組方配伍的候選保健食品原料藥味。

1.4 組方配伍

基于候選保健食品原料藥味，結(jié)合分析所得藥味關(guān)聯(lián)情況及藥對(duì)組合情況，提供“有助于增強(qiáng)免疫力”且“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”的備選組方。并進(jìn)一步在Matlab R2021a中，運(yùn)用TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法計(jì)算各備選組方得分并排位[7]，對(duì)所設(shè)計(jì)保健食品組方進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，完成西洋參雙功能中藥保健食品組方設(shè)計(jì)。

本研究技術(shù)路線如圖1所示。

2 結(jié)果

2.1 雙功能選定

2.1.1 西洋參保健食品功能分布“有助于增強(qiáng)免疫力”居首位 共收集972條含西洋參保健食品批文，所涉及保健食品功能種類、頻次及分布如圖2所示（功能名稱已參照《保健功能釋義（2022年版）》進(jìn)行規(guī)范[19]）。所涉及功能種類豐富、覆蓋范圍廣，包括有助于增強(qiáng)免疫力、緩解體力疲勞、有助于抗氧化、有助于維持血糖健康水平、耐缺氧、有助于潤(rùn)腸通便、有助于改善黃褐斑、對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能、有助于維持血脂健康水平、清咽潤(rùn)喉等共20項(xiàng)功能。功能分布較為集中，以“有助于增強(qiáng)免疫力”居多，占比達(dá)37%。

圖1 技術(shù)路線

圖2 含西洋參保健食品功能頻次統(tǒng)計(jì)及分布

2.1.2 西洋參臨床應(yīng)用與“肝”關(guān)系密切 提取并梳理1089項(xiàng)西洋參臨床應(yīng)用研究中的疾病及證型，輸入NLPIR自然語言處理與信息檢索共享平臺(tái)處理框，處理流程及結(jié)果如圖3所示。使用分詞標(biāo)注模塊，依據(jù)《計(jì)算所漢語詞性標(biāo)記集Version 3.0》識(shí)別并區(qū)分名詞、動(dòng)詞、形容詞、前后綴、時(shí)間詞、狀態(tài)詞等詞性。在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)體抽取模塊的完美雙數(shù)組Trie樹算法抽提得到“氣陰兩虛”“糖尿病”“乙型肝炎”“心臟病”“膿毒癥”共5個(gè)關(guān)鍵詞。進(jìn)一步借助詞頻統(tǒng)計(jì)模塊，聚焦名詞統(tǒng)計(jì)排名前10位的詞語，可得西洋參臨床應(yīng)用頻率較高的病癥為“糖尿病”，且多用于與心、肺、肝、腎等器官相關(guān)的疾病或證型。利用詞向量分析模塊，采用基于CBOW（continuous bag-of-words model）方法的Word2vector改進(jìn)模型，綜合詞性、詞的分布特點(diǎn)，提取本體關(guān)聯(lián)關(guān)系，借助CytoScape 3.9.0實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果的可視化[6,20-21]。結(jié)果顯示，西洋參臨床應(yīng)用的疾病及證型中心詞為“乙型肝炎”，而與之相關(guān)聯(lián)的2層、3層關(guān)鍵詞多圍繞“真菌”“肝炎”等展開。

圖3 西洋參臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)NLPIR平臺(tái)處理流程及結(jié)果

2.2 組方數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

以“有助于增強(qiáng)免疫力”“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”雙功能為導(dǎo)向，構(gòu)建西洋參組方信息庫，共收集信息441條，包括“有助于增強(qiáng)免疫力”西洋參保健食品364條、“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”西洋參保健食品25條、中成藥33條以及方劑19條。

2.3 候選保健食品原料藥味確定

2.3.1 高頻保健食品原料藥味篩選 規(guī)范西洋參組方數(shù)據(jù)庫中各保健食品原料藥味名稱，經(jīng)初步篩選得到可作為保健食品原料的藥味共155個(gè)。按照功效主治歸類，藥味分屬于18個(gè)類別，以補(bǔ)虛藥、清熱藥、理氣藥居多（3者占比超過半數(shù)）。進(jìn)一步篩選得到在保健食品、中成藥、方劑中應(yīng)用的高頻保健食品原料藥味及類別，結(jié)果如圖4所示。

2.3.2 藥味關(guān)聯(lián)分析及藥對(duì)組合情況 采用Apriori關(guān)聯(lián)規(guī)則算法描繪高頻保健食品原料藥味在保健食品、中成藥、方劑中應(yīng)用的關(guān)聯(lián)情況及藥對(duì)組合情況，為后續(xù)組方的藥味配伍提供參考依據(jù)，如圖5和表1所示（圖5呈現(xiàn)各藥味間的關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)；表1展示支持度大于10%，置信度大于40%的藥對(duì)組合結(jié)果）。

圖4 高頻保健食品原料藥味及類別

圖5 高頻保健食品原料藥味關(guān)聯(lián)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)

表1 高頻保健食品原料藥味藥對(duì)組合情況

Table 1 Combination of herb pairs of high-frequency health food functional ingredients

組方信息來源藥對(duì)組合 “有助于增強(qiáng)免疫力”保健食品黃芪-枸杞子、靈芝-枸杞子、黃精-枸杞子、黃精-黃芪、茯苓-枸杞子、茯苓-黃芪 “對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品葛根-紅景天、葛根-靈芝、靈芝-紅景天、五味子-葛根、五味子-三七 中成藥黃芪-麥冬、陳皮-五味子、陳皮-甘草、陳皮-肉桂、麥冬-生地黃 方劑甘草-麥冬、甘草-知母、甘草-生地黃、麥冬-知母、麥冬-生地黃

保健食品、中成藥、方劑的分析結(jié)果具有一定差異。在西洋參保健食品中，“有助于增強(qiáng)免疫力”形成以枸杞子為中心的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其分別與黃芪、黃精、靈芝、茯苓、蜂蜜組成關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)的藥對(duì)關(guān)系；“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”表現(xiàn)為葛根、靈芝、紅景天關(guān)聯(lián)強(qiáng)，葛根-五味子、五味子-三七具有一定關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。中成藥和方劑的藥味關(guān)聯(lián)具有一定相似性，主要藥味均包含甘草、麥冬、生地黃，但又分別展現(xiàn)出五味子-陳皮-肉桂和茯苓-澤瀉-白芍的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

2.3.3 賦權(quán)與聚類分析 運(yùn)用AHP-熵權(quán)-SOM聯(lián)用算法，對(duì)高頻保健食品原料藥味進(jìn)行賦權(quán)與聚類。

參考文獻(xiàn)中的各級(jí)指標(biāo)設(shè)置方法，設(shè)定“類別”為2級(jí)指標(biāo)，共包含15個(gè)類別；“保健食品原料藥味”為3級(jí)指標(biāo)，共包含64個(gè)藥味[7]，各級(jí)指標(biāo)采用不同算法進(jìn)行處理。

對(duì)于2級(jí)指標(biāo)，采用AHP法，選擇以頻次為依據(jù)的最優(yōu)打分賦值方式對(duì)各類別及各類別項(xiàng)下藥味進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。最優(yōu)打分賦值方式是以“有助于增強(qiáng)免疫力”保健食品、“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品、中成藥、方劑及以上4者綜合統(tǒng)計(jì)所得頻次為依據(jù)的5種打分賦值方式中一致性指標(biāo)（consistency index，CI）和一致性比例（consistency ratio，CR）絕對(duì)值較小的方式。結(jié)果如表2所示，最優(yōu)方式為“4者綜合”。

表2 AHP法2級(jí)指標(biāo)打分賦值方式考察結(jié)果

Table 2 Evaluation of rating assignment score for secondary index by AHP

打分賦值方式的頻次統(tǒng)計(jì)信息來源CI值CR值 “有助于增強(qiáng)免疫力”保健食品?8.55×10?5?5.38×10?5 “對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品?1.18×10?3?7.43×10?4 中成藥?3.38×10?4?2.13×10?4 方劑?4.31×10?4?2.71×10?4 4者綜合?7.58×10?5?4.77×10?5

對(duì)于3級(jí)指標(biāo)，考慮到其包含的藥味數(shù)量較多，僅選擇AHP法進(jìn)行主觀打分賦值并開展權(quán)重計(jì)算可能存在一定的不合理性。采用主觀與客觀相結(jié)合的賦權(quán)算法可提高篩選結(jié)果的可信度[18]，故分別采用AHP法與熵權(quán)法進(jìn)行計(jì)算。在考慮“有助于增強(qiáng)免疫力”保健食品、“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品、中成藥、方劑及以上4者綜合統(tǒng)計(jì)所得頻次的基礎(chǔ)上，計(jì)算得到各藥味在2種算法下的權(quán)重賦值。

依據(jù)2級(jí)指標(biāo)及2種算法下3級(jí)指標(biāo)的加權(quán)結(jié)果，采用SOM聚類分析為各高頻保健食品原料藥味賦予分值，得到主觀和客觀2種賦權(quán)聚類結(jié)果，圖6依次展示了每種分類結(jié)果的聚類關(guān)聯(lián)圖（圖中灰色正六邊形表示神經(jīng)元節(jié)點(diǎn)，正六邊形間的色塊顏色越偏向于黑色則表示節(jié)點(diǎn)間的聚類關(guān)聯(lián)越弱）和神經(jīng)元分布情況圖。根據(jù)各藥味分值進(jìn)行分類，分值接近者聚為一類，每10分為一類，共7類。藥味得分低于10分者屬于第1類，即最優(yōu)選類別。取二者最優(yōu)選類別的共有藥味作為候選保健食品原料藥味，結(jié)果如圖6所示（共有藥味以紅色框標(biāo)識(shí)，0分表示未存在于最優(yōu)選類別中）。候選保健食品原料藥味為黃芪、麥冬、茯苓、五味子、枸杞子、三七、葛根、甘草共8味藥材。

2.4 組方評(píng)分及優(yōu)選

基于傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論和現(xiàn)代研究，針對(duì)8味候選保健食品原料藥味，參考關(guān)聯(lián)分析及藥對(duì)組合情況的分析結(jié)果，生成10個(gè)備選組方。運(yùn)用TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法，以各藥味權(quán)重（2級(jí)指標(biāo)及2種算法下3級(jí)指標(biāo)權(quán)重加和）為依據(jù)，為各組方評(píng)分并排位，結(jié)果如表3所示。結(jié)果表明，排名前4位的組方評(píng)分較高，最優(yōu)選的西洋參“有助于增強(qiáng)免疫力”和“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”雙功能中藥保健食品組方由三七、西洋參、葛根、五味子、枸杞子組成。

圖6 AHP-熵權(quán)-SOM聯(lián)用算法的聚類分析結(jié)果及最優(yōu)選類別藥味分值

3 討論

3.1 西洋參雙功能保健食品功能選定

“有助于增強(qiáng)免疫力”是西洋參應(yīng)用最為廣泛的保健食品功能，同時(shí)也是受現(xiàn)有保健食品市場(chǎng)青睞的“熱門”功能，有較為扎實(shí)的研究基礎(chǔ)[2,22]。參考《保健功能釋義（2022年版）》[19]，“免疫力”包括機(jī)體對(duì)外防御和對(duì)內(nèi)環(huán)境維持穩(wěn)定2個(gè)方面。在一定程度上，2個(gè)方面可分別與傳統(tǒng)中醫(yī)理論中的“祛邪”與“扶正”相聯(lián)系[4]，即在扶助正氣、調(diào)補(bǔ)臟腑、增強(qiáng)體質(zhì)的同時(shí)通過利水祛濕、清熱解毒等方法達(dá)到抵御病邪及清除病理產(chǎn)物的效果[3]。西洋參作為補(bǔ)虛藥，長(zhǎng)于補(bǔ)氣益陰、清熱生津，在傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)下常與其他藥味配伍以達(dá)到“扶正祛邪”的目的。同時(shí)，NLPIR平臺(tái)分析結(jié)果中的“氣陰兩虛”“膿毒癥”等關(guān)鍵詞均與“免疫”關(guān)系密切。由此可得，西洋參與“有助于增強(qiáng)免疫力”這一保健功能的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。

表3 備選組方的TOPSIS評(píng)分

Table 3 Scores of alternative prescriptions by TOPSIS

排名備選組方評(píng)分 1三七、西洋參、葛根、五味子、枸杞子0.151 9 2三七、西洋參、黃芪、葛根、甘草0.124 8 3三七、西洋參、黃芪、葛根、五味子0.123 3 4西洋參、黃芪、葛根、茯苓、枸杞子0.118 6 5三七、西洋參、黃芪、茯苓、五味子0.094 4 6三七、西洋參、黃芪、麥冬、甘草0.086 6 7三七、西洋參、黃芪、麥冬、茯苓0.081 2 8西洋參、黃芪、茯苓、五味子、枸杞子0.078 7 9西洋參、黃芪、麥冬、五味子、枸杞子0.074 6 10西洋參、黃芪、麥冬、茯苓、枸杞子0.065 8

“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”在功能頻次統(tǒng)計(jì)中位列第8，但由于西洋參保健食品功能的分布較為集中，故相較而言，西洋參用于“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品的研發(fā)背景略顯不足。然而，在NLPIR平臺(tái)的臨床應(yīng)用數(shù)據(jù)分析中，詞向量分析結(jié)果以“乙型肝炎”為中心詞進(jìn)行展開（詞向量分析可依據(jù)生語料進(jìn)行訓(xùn)練產(chǎn)生專業(yè)領(lǐng)域的本體關(guān)聯(lián)關(guān)系，更適于呈現(xiàn)詞語間的指向性與關(guān)聯(lián)性），且實(shí)體抽取與詞頻分析均顯示其臨床研究與肝臟呈現(xiàn)較強(qiáng)的相關(guān)性。因此，西洋參用于肝臟疾病的相關(guān)臨床研究具有大數(shù)據(jù)分析背景作為支撐。

此外，“化學(xué)性肝損傷”在中醫(yī)視角下的關(guān)鍵誘因?yàn)闈?、熱、毒、痰、瘀等互結(jié)，致使肝失疏泄、脾失健運(yùn)、腎陰虧虛[23]，其基本治則符合“扶正祛邪”理論，即扶固正氣，補(bǔ)虛養(yǎng)陰，去除濕、熱、毒、痰、瘀等病邪，這與西洋參的補(bǔ)陰功效相合。加之，考慮到西洋參的“中藥”屬性，中藥通常以藥物配伍的方式進(jìn)行應(yīng)用[24]，除西洋參自身功效的考量外，西洋參可與其他藥味配伍組合，作為中藥方劑中的臣藥或佐使藥，針對(duì)具體應(yīng)用情況，輔佐君藥，在其單味藥的應(yīng)用基礎(chǔ)上擴(kuò)大應(yīng)用范圍，達(dá)到不同的治療效果，這也在一定程度上為西洋參單味藥的傳統(tǒng)功效與基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的臨床應(yīng)用分析結(jié)果存在差異供了合理解釋。西洋參單味藥的功效看似與“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”缺少直接聯(lián)系，但其通過與其他藥味的配伍組合，可用于與肝臟相關(guān)疾病的臨床治療。因此，后續(xù)的組方配伍設(shè)計(jì)研究也可進(jìn)一步為西洋參“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”保健食品的研發(fā)增加可能性。

基于此，從“保健食品原料”及“中藥材”2方面考慮，選擇應(yīng)用最為廣泛且研究基礎(chǔ)扎實(shí)的“有助于增強(qiáng)免疫力”保健食品功能，以及與大數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)的臨床應(yīng)用分析結(jié)果相關(guān)的“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”進(jìn)行西洋參雙功能中藥保健食品開發(fā)，具有一定可行性。故進(jìn)一步以此雙功能為導(dǎo)向，在此基礎(chǔ)上開展組方設(shè)計(jì)研究。

3.2 AHP-熵權(quán)-SOM賦權(quán)聚類算法聯(lián)用

機(jī)器學(xué)習(xí)是挖掘海量組方信息、提取內(nèi)在配伍規(guī)律的有力抓手[25-26]。在賦權(quán)聚類中，本研究最初采用AHP法對(duì)高頻保健食品原料藥味進(jìn)行賦權(quán)。然而，由于本研究3級(jí)指標(biāo)所包含樣本數(shù)較多，僅憑AHP主觀賦權(quán)算法進(jìn)行賦值打分并依據(jù)其權(quán)重計(jì)算結(jié)果開展聚類分析會(huì)略有偏頗。

現(xiàn)有賦權(quán)算法可分為主觀與客觀2類，結(jié)合主觀判斷與客觀指標(biāo)之間的變異系數(shù)或相關(guān)關(guān)系分別確定權(quán)重結(jié)果，算法聯(lián)用，互為補(bǔ)充，可提高篩選結(jié)果的可信度[18]。由此，本研究采用AHP-熵權(quán)法-SOM聯(lián)合的賦權(quán)聚類方法，結(jié)合主觀（AHP法）與客觀（熵權(quán)法）賦權(quán)算法，依據(jù)二者的賦權(quán)結(jié)果，分別進(jìn)行SOM聚類分析，選擇最優(yōu)類別中的共同者，作為候選保健食品原料藥味，開展后續(xù)組方配伍研究。

3.3 優(yōu)選組方分析

優(yōu)選所得西洋參“有助于增強(qiáng)免疫力”和“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”雙功能中藥保健食品組方由三七、西洋參、葛根、五味子、枸杞子組成。

在傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論中，免疫功能屬于中醫(yī)“正氣”范疇；而肝損傷則與正虛不御邪，毒邪傷正，耗損肝腎陰精氣血關(guān)系密切[4,23]。本組方中三七為補(bǔ)血第一要藥，補(bǔ)血活血而不留瘀；西洋參補(bǔ)氣養(yǎng)陰、清熱生津；葛根解肌退熱升陽、生津；五味子益氣生津、補(bǔ)腎寧心；枸杞子補(bǔ)益肝腎、益精。5者配伍組合可益氣補(bǔ)血、養(yǎng)陰生津、補(bǔ)腎寧心，補(bǔ)氣血、益精血、祛瘀生新，同時(shí)清熱、利水、消腫、散瘀以驅(qū)除邪氣，發(fā)揮保健食品雙功能[27-29]。

此外，現(xiàn)代研究表明，本組方中三七和西洋參含有的皂苷類成分、葛根含有的葛根素、五味子含有的五味子醇甲以及枸杞子含有的多糖類成分或在保健食品雙功能中發(fā)揮主要作用。三七總皂苷能降低促炎因子（腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-6）的表達(dá)，升高抑炎因子表達(dá)從而減緩炎癥反應(yīng)的發(fā)生，與免疫力密切相關(guān)[30]。西洋參皂苷類成分可通過增加中性粒細(xì)胞數(shù)量、改善巨噬細(xì)胞吞噬功能及促進(jìn)體內(nèi)γ-干擾素的分泌來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)控作用[31]。西洋參皂苷類成分對(duì)-半乳糖胺/脂多糖所致急性肝損傷具有一定的保護(hù)作用[32]。其中，含量最高的人參皂苷（人參皂苷Rb1）可通過抑制肝實(shí)質(zhì)中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，以及下調(diào)核因子-κB通路相關(guān)促炎因子，緩解肝臟炎癥[33]。葛根素、五味子醇甲可調(diào)節(jié)肝細(xì)胞白細(xì)胞介素-1β、環(huán)氧合酶-2、前列腺素E2等炎癥因子的蛋白表達(dá)，減輕肝臟炎性反應(yīng)，減少肝細(xì)胞死亡，恢復(fù)肝功能，發(fā)揮保護(hù)肝臟的作用[34-35]。枸杞糖肽作為具有免疫活性的糖蛋白，可調(diào)節(jié)外周和中樞炎癥，改善多臟器功能，枸杞子含有的多糖類成分可有效緩解肝功能損傷，并在多種肝臟疾病治療中發(fā)揮積極作用[28]。

綜上所述，本研究圍繞中藥保健食品原料西洋參的“雙重身份”，依托大數(shù)據(jù)平臺(tái)，分析挖掘具有潛在開發(fā)價(jià)值的保健食品功能，以“有助于增強(qiáng)免疫力”“對(duì)化學(xué)性肝損傷有輔助保護(hù)功能”雙功能為導(dǎo)向，收集保健食品、中成藥、方劑組方信息，聯(lián)合多種算法完成藥味關(guān)聯(lián)分析、賦權(quán)聚類、組方配伍及評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)功能導(dǎo)向-算法集成西洋參雙功能保健食品組方設(shè)計(jì)。后續(xù)擬在此研究思路的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展在保健食品領(lǐng)域應(yīng)用廣泛且在中醫(yī)藥理論指導(dǎo)下傳統(tǒng)應(yīng)用歷史悠久的中藥保健食品原料（如枸杞子）的組方設(shè)計(jì)研究。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Rule and design of dual-function health food formula ofbased on function orientation-algorithm integration

SONG Ruo-lan1, 2, MA Jia-mu1, 2, GUO Hai-feng3, YU Shuang1, 2, YAO Jian-ling1, 2, DONG Ying1, 2, ZHONG Xiang-jian1, 2, SHAN Dong-jie1, 2, LYU Fang1, 2, SHE Gai-mei1, 2

1. School of Chinese Materia Medica, Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100029, China 2. Beijing Key Laboratory for Quality Evaluation of Chinese Materia Medica, Beijing 100029, China 3. China Nutrition and Health Food Association, Beijing 100028, China

Based on the dual-identity of Xiyangshen () as health food functional ingredients and traditional Chinese medicine, the functional orientation and algorithm analysis were combined to realize the mining of health food formula rule and formula design of.According to the function orientation-algorithm integration, the data of health food and clinical application ofwere collected and processed by business data platform (BDP) and natural language processing and information retrieval (NLPIR) sharing platform to analyze the health food functions with potential development value comprehensively through the information mining. Guided by selected functions, the formula information ofhealth food, Chinese patent medicine and prescription was collected to establish a database. The high-frequency health food functional ingredients and categories were counted. The characteristics of data were extracted and the formula internal rules were analyzed and summarized through machine learning algorithms as Apriori algorithm, analytic hierarchy process (AHP)-entropy-self-organizing maps (SOM) algorithm (subjective and objective algorithms combined) and technique for order preference by similarity to an ideal solution (TOPSIS) to achieve the formula design.Based on the analysis results of health food functions and clinical disease and syndrome types, the formula information was collected and the database was established with the orientation of “contributing to boost immunity” and “auxiliary protective function on chemical liver injury”. In the database, most of the high-frequency health food ingredients were tonifing deficiency herbs. Eight candidate health food ingredients including Huangqi (), Maidong (), Fuling (), Wuweizi (), Gouqizi (), Sanqi (et), Gegen () and Gancao (et) were obtained by weighted clustering. Combined with the herbs association and herb pair analysis, the alternative prescriptions were further formed. The health food prescription optimized by scoring was consisted ofet,,,and.According to the traditional Chinese medicine background of Chinese materia medica health food, relying on the big data analysis platform for the health food functions, the prescription rules were summarized and extracted by the machine learning algorithms. The realization of the function orientation-algorithm integration ofhealth food formula rule mining and dual-function health food formula design may provide a new development idea for the function-oriented and formula-calculated of Chinese materia medica health food formula design.

health food;; prescription rule; prescription design; function; algorithm; data mining

R283.21；TS218；TP312

A

0253 - 2670(2022)11 - 3415 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.11.018

2022-01-04

桂林市技術(shù)創(chuàng)新引導(dǎo)計(jì)劃（2020010902）；河南省重大科技專項(xiàng)（211110310100）

宋若蘭（1998—），女，博士研究生，研究方向?yàn)橹兴幓瘜W(xué)。E-mail: songruolan@126.com

折改梅（1976—），博士生導(dǎo)師，研究員，研究方向?yàn)橹校褡澹┧幩幮С煞趾托滤巹?chuàng)制研究。Tel: (010)53912129 E-mail: shegaimei@126.com

[責(zé)任編輯 潘明佳]