摘要
抗菌药物滥用现象日益严重，引起的细菌耐药已经成为全球公共健康领域面临的一项重大挑战。中药作为中国独特的天然药物资源，在预防和治疗细菌、真菌等微生物所致的感染性疾病方面有着悠久的历史。现代研究表明中药具有多成分、多靶点的特点，表现出广谱的抗菌活性，是抗菌药物开发的宝库。但当前中药抗菌研究存在抗菌中药发现方法单一、效率低下、实验周期长、成本巨大等问题。因此，本文通过对抗菌文献进行分析，结合机器学习的方法，实现抗菌药物快速精准发现的方法创新与实验验证。 目的：梳理现代中药抗菌文献，分析具有抗菌活性的中药药性及物种分布等规律，结合挖掘到的特征信息构建中药抗菌活性预测模型，并利用体外实验验证模型的准确性，为抗菌中药的活性筛选和创新药物的研发提供参考依据。 方法：检索中国知网和Web of Science数据库中关于中药抗菌的文献，采用频数分析、关联规则挖掘和系统发育树构建的方法分析抗菌中药分布规律，借助机器学习算法构建中药抗大肠杆菌活性和抗金黄色葡萄球菌活性的预测模型，并利用模型对未有抗菌活性报道的中药进行预测，通过实验方法验证模型的准确性。 结果：（1）从现代文献中挖掘并筛选出1456味抗菌中药，来源于1464个基源物种，其中植物药最多，动物药次之。 （2）在药性方面，以性寒，味苦、甘、辛的中药为主，大多归肝、脾、肺、胃经；关联规则结果发现，抗革兰氏阴性菌活性与酸味中药的关联度较高，抗革兰氏阳性菌活性与苦味中药的关联度较高，这两类抗菌中药都与归胆经、大肠经、肝经、心经的关联度较高。 （3）在科属方面，菊科、豆科、蔷薇科中抗菌中药数量最多；关联规则挖掘结果发现，与抗革兰氏阴性菌活性关联度较高的是毛茛科、蔷薇科、蓼科、唇形科等；与抗革兰氏阳性菌活性关联度较高分别是蓼科、毛茛科、唇形科、菊科等，与抗真菌活性关联度较高的分别为黄连属、蛇床属、黄柏属。 （4）具有抗菌活性的中药在系统发育树上呈现一定的聚集性分布规律，92%的抗菌中药来源于维管植物门，其中74%的抗菌植物中药主要集中在豆类分支、锦葵类分支、唇形类分支、桔梗类分支、百合纲、木兰亚纲、毛茛目。 （5）以药性和科属为特征构建抗菌活性预测模型的结果中，分别筛选出经Bagged CART选择后的NN和经LDA选择后的NN作为中药抗大肠杆菌活性预测模型和中药抗金黄色葡萄球菌活性预测模型，AUC值分别为77.5%和80.0%。 （6）中药抗菌活性预测结果与实验结果对比，在当前实验样本下模型的预测准确率分别达75%和60%。实验结果显示，大蓟炭、明党参对大肠杆菌有抑制作用，大蓟炭、当药、紫珠叶对金黄色葡萄球菌有抑制作用。 结论：抗菌中药在药性和科属的分布上都具有一定集中趋势，证实了中药药性及科属对抗菌活性具有影响作用，在此基础上建立的中药抗菌活性预测模型具有一定的预测能力，对中药抗菌活性研究及中药创新药物的研发具有重要的意义。
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