代謝組學(xué)在中藥制劑體內(nèi)評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展

崔毅菲，黃繩武，顏 露

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)，浙江杭州 310053）

國內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為中藥的特點(diǎn)是多組分、多途徑、多靶點(diǎn)，很難闡明其整體藥效、物質(zhì)基礎(chǔ)、作用機(jī)制和毒副作用等，尤其是物質(zhì)基礎(chǔ)的問題[1]。近幾年，為了探索和研究符合中藥自身特點(diǎn)的評(píng)價(jià)體系，涌現(xiàn)出大量結(jié)合實(shí)驗(yàn)與信息計(jì)算處理的新型中藥評(píng)價(jià)方法和新技術(shù)，如中藥蛋白質(zhì)組學(xué)、藥物基因組學(xué)、代謝組學(xué)等。其中代謝組學(xué)具有整體性、系統(tǒng)性、綜合性等特點(diǎn)，與中醫(yī)藥理論的整體觀相一致[2]，決定了其在中藥整體作用評(píng)價(jià)中發(fā)揮突出優(yōu)勢(shì)，是近幾年的熱點(diǎn)。如今代謝組學(xué)已在藥物毒性及安全性評(píng)價(jià)、藥物作用機(jī)制研究等多個(gè)領(lǐng)域展示了廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。本文通過參閱近幾年國內(nèi)外學(xué)者在中藥代謝組學(xué)研究領(lǐng)域代表性論文的相關(guān)文獻(xiàn)，現(xiàn)對(duì)其研究進(jìn)展綜述如下：

1 代謝組學(xué)與藥效學(xué)評(píng)價(jià)

1.1 中藥作用機(jī)制的研究

代謝組學(xué)所測(cè)定的對(duì)象是內(nèi)源性物質(zhì)，反映了機(jī)體內(nèi)在指標(biāo)，能準(zhǔn)確地反映機(jī)體的本質(zhì)狀態(tài)。將代謝組學(xué)應(yīng)用于中藥藥效學(xué)評(píng)價(jià)，用整體內(nèi)源性物質(zhì)或生物標(biāo)志物群作為指標(biāo)，對(duì)比分析服用中藥前后機(jī)體內(nèi)源性化合物的濃度水平變化，從而證實(shí)中藥的療效[5]。

王廣基等[6]用代謝組學(xué)方法進(jìn)行中藥整體藥效作用評(píng)價(jià)，比較研究了人參總皂苷和卡托普利、氨氯地平、特拉唑嗪、氫氯噻嗪的降血壓作用、對(duì)組織器官的保護(hù)作用和體內(nèi)代謝組的影響。研究結(jié)果表明，人參總皂苷降壓幅度雖然比化學(xué)藥降壓作用平緩，但停藥后血壓上升緩慢，呈現(xiàn)持久的后續(xù)降血壓效果。其次，人參總皂苷在降低血壓的同時(shí)也能緩解高血壓引起的并發(fā)癥。另外，人參皂苷治療后自發(fā)性高血壓大鼠內(nèi)源性小分子化合物明顯接近正常組，而化學(xué)藥物對(duì)整體代謝組學(xué)的調(diào)節(jié)作用較弱。總結(jié)認(rèn)為，血壓是個(gè)體所表現(xiàn)出來外在指標(biāo)，而代謝組學(xué)所測(cè)定的對(duì)象是內(nèi)源性物質(zhì)，反映了機(jī)體內(nèi)在指標(biāo)，是內(nèi)在本質(zhì)問題的直接表現(xiàn)，這體現(xiàn)中藥的整體作用優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，揭示其潛在作用機(jī)制。

邱云平等[7]研究金復(fù)康對(duì)大鼠大腸癌癌前病變的改善作用及尿液代謝物，經(jīng)主成分分析表明，模型組大鼠代謝譜隨時(shí)間逐步偏離起始點(diǎn)，金復(fù)康干預(yù)組大鼠的代謝譜先偏離再回歸起始點(diǎn)，正常組大鼠的代謝譜無明顯變化。對(duì)這些代謝譜分離的權(quán)重變量進(jìn)行鑒定和研究，發(fā)現(xiàn)三羧酸循環(huán)、色氨酸循環(huán)、多胺代謝等代謝通道的波動(dòng)，以及腸道菌群代謝的紊亂與二甲肼誘導(dǎo)的大腸癌癌前病變相關(guān)。代謝組學(xué)研究表明，金復(fù)康能有效逆轉(zhuǎn)二甲肼誘導(dǎo)的大腸癌癌前病變大鼠的代謝譜的偏移。

王麗等[8]分析大鼠腹腔注射大蒜辣素后尿液內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的變化，研究大蒜辣素對(duì)正常大鼠代謝過程的作用機(jī)制。Xie等[9]基于HPLC-UV代謝組學(xué)研究方法，發(fā)現(xiàn)六味地黃丸對(duì)角叉菜膠所致大鼠關(guān)節(jié)炎模型的代謝組學(xué)改變具有顯著調(diào)節(jié)作用。張啟云等[10]研究吳茱萸水提液給藥對(duì)大鼠內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尿液中2，3-二磷酸甘油酸和1，3-二磷酸甘油酸在尿液中的含量升高，表明吳茱萸具有加速機(jī)體能量代謝的作用。

1.2 中藥物質(zhì)基礎(chǔ)的研究

中藥物質(zhì)基礎(chǔ)研究強(qiáng)調(diào)整體性，但由于中藥標(biāo)準(zhǔn)組分極性范圍比較寬，化合物結(jié)構(gòu)多樣，很難利用單一的色譜分離模式實(shí)現(xiàn)所有標(biāo)準(zhǔn)組分的分離表征。代謝組學(xué)將高通量活性篩選技術(shù)與中藥樣品的制備相結(jié)合，能夠快速獲得中藥組分的大量活性數(shù)據(jù)，建立中藥組分在各種不同藥理靶點(diǎn)上的信息數(shù)據(jù)，通過研究不同靶點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，揭示中藥多靶點(diǎn)、多途徑作用的本質(zhì)，進(jìn)行中藥物質(zhì)基礎(chǔ)研究。

楊潔等[11]研究“廣棗-降香”君-使對(duì)藥用代謝組學(xué)的研究方法，用主成分分析法對(duì)獲得的色譜數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，并結(jié)合藥時(shí)曲線的變化規(guī)律，確定了4個(gè)未知成分為“廣棗-降香”的體內(nèi)效應(yīng)物質(zhì)。進(jìn)一步通過HPLC-MS對(duì)其進(jìn)行了定性分析。建立了君-使對(duì)藥體內(nèi)效應(yīng)物質(zhì)研究的新模式。趙新峰等[12]研究六味地黃丸中的化學(xué)成分和代謝成分，在提取物中鑒定了40種化學(xué)成分，在大鼠血中鑒定了6種原型藥物和9種代謝產(chǎn)物，并推斷了以上產(chǎn)物的代謝途徑。

2 代謝組學(xué)與毒理學(xué)

2.1 研究中藥毒性作用機(jī)制

代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于毒性作用機(jī)制的研究，其基本原理是藥物改變代謝途徑中內(nèi)源性代謝物的穩(wěn)態(tài)，直接或間接改變細(xì)胞體液成分。體液的譜圖是代表著不同代謝路徑的化合物，這些對(duì)機(jī)體改變和損傷的信息能很好地表征這種改變和損傷，代謝組學(xué)通過分析這些代謝譜圖，確定毒性作用的靶器官和組織、毒性作用的過程和生物標(biāo)志物，從而進(jìn)行毒理作用機(jī)制研究或評(píng)價(jià)藥物毒性[13]。

王清秀等[14]在大黃及其主要成分的毒性毒理研究中，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，大黃素能引起HK-2和HepG2細(xì)胞損傷，可能涉及細(xì)胞周期阻滯和經(jīng)由線粒體膜電位途徑凋亡的機(jī)制，結(jié)果還表明，大黃素具有弱的致突變性，是間接遺傳毒性物質(zhì)，可能具有一定的促癌作用。在研究大黃素處理后大鼠尿液、血漿和腎臟組織萃取物中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物譜的變化，尿液中葡萄糖和氨基酸升高，這是腎小管損傷的典型標(biāo)志；通過對(duì)腎組織萃取物檢測(cè)，推斷大黃素可導(dǎo)致脂類成分的改變，破壞細(xì)胞膜性結(jié)構(gòu)。尿液中的氨基酸、葡萄糖、TMAO以及肌酐可以作為大黃素的主要生物標(biāo)志物研究。

2.2 確定毒物作用靶器官及器官特異性新的生物標(biāo)志物

有些代謝物的變化反應(yīng)了毒性損傷的特征，可以作為器官特異性的標(biāo)志物，利用代謝組學(xué)研究代謝指紋圖譜，將這些代謝信息與病理生理過程中的生物學(xué)事件關(guān)聯(lián)起來，從而確定發(fā)生這些變化的靶器官和作用位點(diǎn)，進(jìn)而確定相關(guān)的生物標(biāo)志物。

梁琦等[15]采用代謝組學(xué)方法研究大鼠給予廣防己灌胃后尿液代謝產(chǎn)物的改變情況，利用核磁共振技術(shù)測(cè)定大鼠尿液代謝產(chǎn)物1HNMR譜，進(jìn)行模式識(shí)別分析；結(jié)果發(fā)現(xiàn)給藥不同時(shí)間后，廣防己引起大鼠尿液代謝變化涉及的主要代謝物中馬尿酸鹽、肌酐、TMAO的變化被認(rèn)為是腎受損的典型標(biāo)記物[16-17]。給藥2周后，這些指標(biāo)均出現(xiàn)了一定變化，提示腎器官出現(xiàn)了損傷和腎小管功能的紊亂；隨著給藥時(shí)間延長，腎臟功能進(jìn)一步受影響，腎小管重吸收功能減弱，腎小球、腎髓質(zhì)功能受到損害。停藥后，腎小管、腎髓質(zhì)功能均有一定功能恢復(fù)。此外還發(fā)現(xiàn)尿液中?；撬岷可仙?、檸檬酸含量下降，這預(yù)示著肝臟的異常變化。

王喜軍等[18]以UPLC/QTOF分析系統(tǒng)為核心手段，結(jié)合生物樣品分析制備方法，研究茵陳蒿湯干預(yù)后的肝損傷大鼠代謝組的回調(diào)趨勢(shì)。結(jié)果證實(shí)，原先模型所致的5個(gè)生物標(biāo)記物的改變?cè)诮o予茵陳蒿湯后與空白組比較，個(gè)別大樣品間代謝物組無顯著性差異，說明茵陳蒿湯對(duì)大鼠肝損傷模型具有預(yù)防作用，從藥物代謝組學(xué)角度對(duì)經(jīng)典方劑防治肝損傷給出全新解釋。以此為出發(fā)點(diǎn)可以以黃藥子為典型研究對(duì)象，運(yùn)用基于質(zhì)譜的代謝組學(xué)方法研究黃藥子致肝毒性對(duì)機(jī)體代謝物整體的影響，從中提取黃藥子肝毒的代謝模式特征，發(fā)掘新的肝毒性生物標(biāo)志物，并研究黃藥子致肝毒性的分子機(jī)制，毒性劑量與時(shí)間、效應(yīng)的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上建立運(yùn)用代謝組學(xué)評(píng)價(jià)中藥肝毒性的新方法。

2.3 藥物的臨床前安全性評(píng)價(jià)

臨床前安全性評(píng)價(jià)是確定新藥安全性能指標(biāo)并降低其毒副作用的重要技術(shù)手段，代謝組學(xué)能夠快速、有效地分析多條代謝通路，幫助定位靶組織及判定毒副作用程度，尋找相應(yīng)的生物學(xué)標(biāo)志，大大縮短了新藥安全性研究的周期。Li等[19]研究中藥制品黑順片的毒理效應(yīng)時(shí)，通過分析不同劑量下小鼠尿液代謝圖譜的改變，發(fā)現(xiàn)三個(gè)給藥組尿液中的?；撬岷蚇-三甲胺氧化物與對(duì)照組相比明顯減少，而檸檬酸鹽、戊酮異二酸、琥珀酸鹽和馬尿酸鹽的含量相對(duì)增加。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些代謝物在低劑量組的變化程度不如高劑量組明顯，經(jīng)過多次給藥后，這些代謝物在低劑量組也發(fā)生了明顯的變化，這說明黑順片的毒性效應(yīng)具有劑量依賴性和積累效應(yīng)。

3 代謝組學(xué)與藥代動(dòng)力學(xué)

中藥進(jìn)入生命體后，起效的是中藥中的原型成分或代謝產(chǎn)物，或與機(jī)體作用形成的新成分，三者構(gòu)成體內(nèi)中藥成分的代謝物組，而中藥代謝物組通過干預(yù)人體內(nèi)源性代謝物組來治療疾病，所產(chǎn)生的一系列變化實(shí)質(zhì)上仍然是代謝動(dòng)力學(xué)變化。傳統(tǒng)的中藥藥動(dòng)學(xué)研究方法大多為生物效應(yīng)法和血藥濃度法，其采用某一標(biāo)志性化合物進(jìn)行研究，而不是某一味中藥或復(fù)方中藥的藥代動(dòng)力學(xué)，而與傳統(tǒng)的藥物動(dòng)力學(xué)和藥效動(dòng)力學(xué)的研究方法相比，代謝組學(xué)的研究思路更接近中醫(yī)藥理論[20]。代謝組學(xué)通過比較分析體外和體內(nèi)色譜指紋圖譜的異同，獲得單一藥材或復(fù)方的相應(yīng)主要活性成分或其代謝產(chǎn)物的代謝濃度曲線，建立基于中藥整體特性的藥代動(dòng)力學(xué)研究新方法，對(duì)確定中藥制劑的給藥時(shí)間與劑量，都是很有參考價(jià)值的信息，從根本上解決中藥的藥動(dòng)學(xué)問題。中藥藥代動(dòng)力學(xué)不僅要研究中藥ADME的動(dòng)態(tài)變化，而且要研究其時(shí)量-時(shí)效關(guān)系，基于代謝組學(xué)的技術(shù)平臺(tái)與系統(tǒng)整體的研究思路，通過追蹤中藥體內(nèi)代謝物組的組成和變化，基于代謝組學(xué)的中藥代謝動(dòng)力學(xué)研究為構(gòu)建中藥及復(fù)方的現(xiàn)代化研究標(biāo)準(zhǔn)提供了新的研究思路[21]。徐國良等[22]用代謝組學(xué)研究黃連對(duì)大鼠的藥物代謝過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，草酰乙酸、順烏頭酸、2-酮戊二酸、蘋果酸等生物標(biāo)記物含量相對(duì)降低，提示黃連組大鼠能量代謝降低。

4 展望

目前用代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、測(cè)量方法以闡明相關(guān)生化機(jī)理和生命現(xiàn)象（如藥效、毒理等）是需要提升的問題。其次，代謝組學(xué)的研究還處于模式識(shí)別和生物標(biāo)記物鑒定的層次，如何利用代謝組學(xué)研究結(jié)果，并結(jié)合基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等對(duì)中藥整體藥效作用和毒理作用進(jìn)行定量表征，科學(xué)地闡明中藥整體藥效作用，是當(dāng)前研究重點(diǎn)。再者，尋找高通量、高分辨率的分析檢測(cè)技術(shù)，構(gòu)建代謝組學(xué)對(duì)中藥制劑體內(nèi)評(píng)價(jià)方法還需要進(jìn)一步研究。

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