2型糖尿病中醫(yī)證候及中藥復(fù)方的代謝組學(xué)研究

王語(yǔ)晴 郭婉琴 肖洪彬

〔摘要〕 代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)研究領(lǐng)域的一門(mén)新興學(xué)科，可以對(duì)小分子代謝終端產(chǎn)物進(jìn)行動(dòng)態(tài)、多元化的網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)。2型糖尿病是以糖、脂代謝紊亂為主要特征的慢性代謝性疾病。本文通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)探討不同證候2型糖尿病患者或動(dòng)物模型及中藥復(fù)方作用下生物體內(nèi)代謝方式的改變和代謝產(chǎn)物的差異。根據(jù)特異性代謝產(chǎn)物的變化，以期對(duì)2型糖尿病中醫(yī)辨證的分型和復(fù)方藥效機(jī)制的研究提供參考依據(jù)。

〔關(guān)鍵詞〕 代謝組學(xué);2型糖尿病;中醫(yī)證候;中藥復(fù)方

〔中圖分類號(hào)〕R259;R587? ? ? ?〔文獻(xiàn)標(biāo)志碼〕A? ? ? ?〔文章編號(hào)〕doi：10.3969/j.issn.1674-070X.2021.06.028

Metabonomics Study on Traditional Chinese Medicine Syndromes and Compound

Prescriptions of Type 2 Diabetes

WANG Yuqing， GUO Wanqin， XIAO Hongbin， NIU Wenying*

（Heilongjiang University of Chinese Medicine， Haerbin， Heilongjiang 150040， China）

〔Abstract〕 As an emerging discipline in the field of systems biology research， metabolomics can conduct dynamic and diversified network detection of small molecule metabolic end products. Type 2 diabetes is a chronic metabolic disease characterized by disorders of glucose and lipid metabolism. In this paper， metabolomics techniques are used to explore the changes in metabolism and the differences in metabolites in organisms under the action of different syndromes of type 2 diabetes patients or animal models and Chinese herbal compound. According to the changes of specific metabolites， it is hoped to provide a reference for the research on the type of traditional Chinese medicine syndrome differentiation of type 2 diabetes and the study of the compound pharmacodynamic mechanism.

〔Keywords〕 metabolomics; type 2 diabetes; traditional Chinese medicine syndrome; Chinese herbal compound

糖尿病是由于胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能缺陷引起的，以慢性血糖升高為特征的代謝疾病。有研究[1]報(bào)道，截止到2017年，世界范圍內(nèi)約有4.5億的糖尿病患者，預(yù)計(jì)2045年患者總?cè)藬?shù)將達(dá)到6.93 億。因此，深入開(kāi)展糖尿病研究工作迫在眉睫。中醫(yī)藥作為樸素唯物主義哲學(xué)觀與幾千年臨床經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)踐產(chǎn)物，藥效溫和持久，在改善胰島功能及其并發(fā)癥防治方面有著獨(dú)到的見(jiàn)解與思路。代謝組學(xué)是一種根據(jù)內(nèi)、外源刺激對(duì)生物體代謝網(wǎng)絡(luò)的影響，來(lái)研究該機(jī)體病理狀態(tài)的技術(shù)手段[2-3]。如今，憑借著高分辨率、高靈敏性及高通量的檢測(cè)優(yōu)勢(shì)[4]，代謝組學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用于糖尿病生物標(biāo)志物檢測(cè)中，從代謝角度為中醫(yī)藥控制血糖提供了新的研究思路和方法。

1 代謝組學(xué)在中醫(yī)證候和中藥復(fù)方研究中的意義

組方遣藥，方隨證出，中醫(yī)論治的關(guān)鍵在于辨證。目前，疾病分型多依賴醫(yī)生的診療經(jīng)驗(yàn)而缺乏客觀、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)支撐，且證型繁雜多變，治療側(cè)重點(diǎn)也不盡相同[5]。中藥復(fù)方作為中醫(yī)治療疾病的傳統(tǒng)方式之一，雖然療效得到了臨床檢驗(yàn)，但其起效物質(zhì)、作用形式卻長(zhǎng)期得不到科學(xué)闡釋。究其根本原因在于中藥復(fù)方具有多個(gè)活性成分，通過(guò)多組分、多靶點(diǎn)協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)人體疾病的診治與調(diào)節(jié)[6]。因此，解釋復(fù)雜癥候的病變物質(zhì)及作用的途徑，從而綜合準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)方劑的作用效果，成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的重點(diǎn)，而代謝組學(xué)正好滿足這一點(diǎn)[7]。

1.1? 代謝組學(xué)在糖尿病中醫(yī)證候研究中的意義

中醫(yī)證候反映了某一時(shí)刻生物體外在宏觀表現(xiàn)，代謝組學(xué)則闡釋了其內(nèi)在微觀變化[8]。機(jī)體在不同的生理、病理狀態(tài)下代謝功能的變化會(huì)產(chǎn)生不同的代謝產(chǎn)物，物質(zhì)這種病理代謝通路或代謝網(wǎng)絡(luò)特異性的改變，與中醫(yī)證型存在著“證相關(guān)代謝譜群”[9]。利用代謝組學(xué)分析不同中醫(yī)證候代謝產(chǎn)物的差異，明確證型中相關(guān)物質(zhì)的變化趨勢(shì)，這種生物信息學(xué)方法分析出的“證相關(guān)代謝譜群”可使中醫(yī)證候的診斷更加科學(xué)、定量化，降低主觀因素的干擾[10-12]。

陳愛(ài)娟等[13]利用超高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用（UPLC-Q-TOF-MS）的代謝組學(xué)技術(shù)和偏最小二乘-判別式分析法（PLS-DA）來(lái)分析中醫(yī)證型2型糖尿病患者的血清內(nèi)源性代謝物，明顯分辨出了陰虛熱盛、氣陰兩虛和血瘀氣滯這3種患者的證型，結(jié)果表明代謝組學(xué)技術(shù)可以通過(guò)揭示不同“證”生物標(biāo)志物來(lái)闡明疾病證候演變的生理病理學(xué)基礎(chǔ)[14]。代謝產(chǎn)物或途徑與不同證候所存在的這種關(guān)聯(lián)性，有助于進(jìn)一步探索糖尿病中醫(yī)“證”的生物學(xué)基礎(chǔ)。

1.2? 代謝組學(xué)在糖尿病中藥復(fù)方研究中的意義

中藥復(fù)方配伍復(fù)雜，代謝產(chǎn)物多樣且含量難以測(cè)量[15]，其研究思路和方法也受到了局限。代謝組學(xué)應(yīng)用到中藥復(fù)方領(lǐng)域中，以其全景式、整體性、綜合性的技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)檢測(cè)機(jī)體內(nèi)的復(fù)方藥效物質(zhì)的動(dòng)態(tài)性變化，篩選和鑒定出特異性生物標(biāo)記物來(lái)揭示中藥作用的相關(guān)代謝途徑[16-17]。

王靜等[18]運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（GC-MS），通過(guò)主成分分析法（PCA）分析發(fā)現(xiàn)：與模型組相比，黃連、生地黃配伍組2型糖尿病大鼠尿液代謝軌跡發(fā)生了變化，其中7種差異代謝物含量升高，苯甲酸、2，3-二羥基丁酸等物質(zhì)出現(xiàn)顯著回調(diào)，這種系統(tǒng)生物學(xué)手段為黃連、生地黃降糖療效評(píng)價(jià)提供了新的思路。通過(guò)分析糖尿病相關(guān)代謝產(chǎn)物來(lái)評(píng)價(jià)整體藥效系統(tǒng)的新策略，動(dòng)態(tài)地揭示了降糖復(fù)方的科學(xué)內(nèi)涵，有助于促進(jìn)中藥藥物療效的定量評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步探索潛在的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。

2 糖尿病中醫(yī)證候的代謝組學(xué)研究

中醫(yī)認(rèn)為，陰虛燥熱、本虛標(biāo)實(shí)為消渴的發(fā)病機(jī)制，其中陰虛為本、燥熱為標(biāo)。仝小林[20]將糖尿病分為郁、熱、虛、損4個(gè)不同階段。早中期出現(xiàn)以脾虛胃熱和中滿內(nèi)熱為核心病機(jī)的郁熱階段，中晚期則以陰虛燥熱為主，到了損的階段多出現(xiàn)夾痰、毒、瘀等病理產(chǎn)物。本文根據(jù)糖尿病由虛及損的病理演變過(guò)程，查找近些年利用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)糖尿病中醫(yī)證型研究的相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)以下證候展開(kāi)敘述。

2.1? 脾氣虛證

消渴病是“衛(wèi)虛榮竭”所致發(fā)病，源于氣虛不足，尤以脾氣之虛多見(jiàn)。楊宇峰等[21]通過(guò)UPLC-Q-TOF-MS技術(shù)檢測(cè)脾氣虛證2型糖尿病大鼠的血漿小分子代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)大鼠血漿中的硬脂酸、2-羥基丁酸、酪氨酸、苯丙氨酸等6種小分子代謝物水平發(fā)生了明顯上調(diào)，機(jī)體內(nèi)小分子代謝物的變化與脂類、糖類、氨基酸類代謝紊亂有關(guān)，從體內(nèi)代謝角度揭示了脾氣虛證2型糖尿病相關(guān)的潛在生物標(biāo)記物。

2.2? 氣陰兩虛證

消渴病情遷延，燥熱傷陰，陰虛及氣，氣虛和陰虛同時(shí)并現(xiàn)。吳小秋等[22]在氣陰兩虛型消渴患者的血清代謝產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了溶血磷脂酸、磷脂酰乙醇胺、神經(jīng)節(jié)苷脂等主要潛在生物標(biāo)志物，其中涉及到氨基酸、脂肪酸等重要代謝途徑。蘇君梅等[23]在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，相較于非氣陰糖尿病患者，氣陰兩虛組GC-MS尿液分析中的甘氨酸、D-半乳糖、木糖醇、馬尿酸發(fā)生了顯著差異。為研究氣陰兩虛證2型糖尿病大鼠血清小分子代謝產(chǎn)物的定量表達(dá)，曾夢(mèng)瑩等[24]采用 PLS-DA分析后發(fā)現(xiàn)血清中的α-葡萄糖、β-葡萄糖以及組氨酸含量明顯增加，乙烯基甘氨酸、甲酸則表現(xiàn)出了明顯的下調(diào)趨勢(shì)。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究可以看出，氣陰兩虛證機(jī)體內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重的脂肪、氨基酸代謝紊亂及糖酵解代謝障礙，而這些差異性代謝產(chǎn)物可能是確定氣陰兩虛糖尿病的生物標(biāo)記物和中醫(yī)辨證分型的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3? 血瘀證

中醫(yī)有“百病皆有瘀”的說(shuō)法。瘀血是消渴之標(biāo)，貫穿疾病始終，并呈進(jìn)行性發(fā)展。楚淑芳等[25]采集血瘀證患者的血液標(biāo)本，運(yùn)用核磁共振（NMR）進(jìn)行了定量代謝組學(xué)分析，得出患者體內(nèi)的丙酮、乙酰乙酸、α-羥基丁酸等9種代謝產(chǎn)物發(fā)生上調(diào)，延胡索酸、檸檬酸等5種代謝產(chǎn)物出現(xiàn)下調(diào)，兩組患者血漿代謝產(chǎn)物存在的顯著差異主要存在于脂肪酸氧化、氨基酸代謝、三羧酸循環(huán)等代謝途徑中，提示血瘀證2型糖尿病的發(fā)病機(jī)制可能是脂肪代謝、氨基酸代謝紊亂以及能量代謝障礙導(dǎo)致的。蘇君梅等[26]對(duì)血瘀證患者的尿液進(jìn)行GC-MS分析后發(fā)現(xiàn)了3種差異性代謝產(chǎn)物水平的上調(diào)，其中，D-葡萄糖和肌醇可能成為血瘀脈絡(luò)證2型糖尿病的特異性的潛在代謝標(biāo)記物，提示血瘀證患者體內(nèi)出現(xiàn)了嚴(yán)重的糖代謝通路紊亂和多元醇通路的異常。

2.4? 痰瘀互阻證

痰、瘀既是消渴的病理產(chǎn)物，亦是致病因素。脾失健運(yùn)，釀為膏脂，則痰濁內(nèi)盛，浸淫脈道，妨礙血行。氣血運(yùn)行不暢則為瘀，繼而痰凝、血瘀互相交結(jié)[27]。潘秋等[28]運(yùn)用GC-MS對(duì)造模6周的痰瘀互阻2型糖尿病大鼠的尿液進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)大鼠體內(nèi)D-葡萄糖酸、L-抗壞血酸、戊二酸和十八烷酸等多個(gè)小分子代謝物含量增加。尿液特征性代謝產(chǎn)物生理病理狀態(tài)下的不同變化表明：痰瘀互阻證2型糖尿病的發(fā)生和尿液代謝物的變化與糖尿病大鼠體內(nèi)氧化應(yīng)激及脂類代謝發(fā)生異常有關(guān)，這些體內(nèi)的小分子化合物可能是與痰瘀互阻2型糖尿病大鼠模型相關(guān)的生物學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)。

3 中藥復(fù)方治療糖尿病的代謝組學(xué)研究

中藥復(fù)方是祖國(guó)傳統(tǒng)中醫(yī)藥的瑰寶，通過(guò)多靶點(diǎn)、多組分、多環(huán)節(jié)來(lái)防治糖尿病。在中醫(yī)藥整體觀、辨證觀理論的指導(dǎo)下，借助代謝組學(xué)現(xiàn)代科技手段和技術(shù)平臺(tái)來(lái)研究糖尿病中藥及其復(fù)方，對(duì)于藥物的代謝模式和途徑的揭示具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[29-30]，能夠更好地闡釋中藥復(fù)方治療疾病的可靠性和科學(xué)性。以下對(duì)近幾年代謝組學(xué)技術(shù)在中藥復(fù)方治療糖尿病中的相關(guān)發(fā)現(xiàn)展開(kāi)敘述。

3.1? 益氣養(yǎng)陰方——益糖康

益糖康由人參、黃芪、丹參、枸杞子、赤芍、黃連等多種藥物組成，具有健脾益氣、養(yǎng)陰清熱活血的作用。楊宇峰等[31]在益糖康組大鼠的血清中初步鑒定出了乳酸、1，5脫水山梨醇、L-苯丙氨酸，L-精氨酸等8種潛在內(nèi)源性代謝生物標(biāo)志物，充分證明益糖康可以通過(guò)調(diào)節(jié)糖代謝、氨基酸代謝、脂肪代謝、三羧酸循環(huán)等多條代謝途徑將機(jī)體血糖水平控制在維穩(wěn)狀態(tài)，有助于進(jìn)一步探討益糖康治療糖尿病氣陰兩虛證的作用機(jī)制。

3.2? 養(yǎng)陰活血益氣方——丹蛭降糖膠囊

丹蛭降糖膠囊為經(jīng)驗(yàn)方，根據(jù)“益氣、養(yǎng)陰、活血”的治則，由牡丹皮、水蛭、菟絲子等6味中藥組方而成，在臨床上多用于糖尿病合并血管疾病的防治。高家榮等[32]根據(jù)丹蛭降糖膠囊組2型糖尿病病變大鼠血清代謝譜的變化，分析相關(guān)代謝通路發(fā)現(xiàn)了15個(gè)降糖膠囊防治2型糖尿病血管病變相關(guān)的物質(zhì)，涉及氨基酸代謝、膽汁酸代謝、脂代謝以及氧化-抗氧化平衡等多個(gè)代謝途徑。同時(shí)，他在大鼠尿液中篩選出了13個(gè)差異性標(biāo)志物，其養(yǎng)陰活血作用機(jī)制可能與調(diào)節(jié)能量代謝、色氨酸代謝、酪氨酸代謝和氧化應(yīng)激狀態(tài)相關(guān)[33]。此外，實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)血液、尿液中內(nèi)源性小分子物質(zhì)及代謝途徑并不是單獨(dú)存在的，對(duì)血糖的調(diào)控是多代謝途徑的。與單一化學(xué)成分相比，中藥復(fù)方在控制血糖的同時(shí)，也發(fā)揮著多代謝途徑的調(diào)節(jié)作用的優(yōu)勢(shì)，多途徑、多方式地干預(yù)糖尿病的發(fā)生與發(fā)展[34]。

3.3? 補(bǔ)腎益陽(yáng)方——金匱腎氣丸

金匱腎氣丸載于《金匱要略》，由干地黃、茯苓、澤瀉、桂枝、附子等8 味中藥組成，全方溫陽(yáng)藥和滋陰藥配伍使用，是溫補(bǔ)腎陽(yáng)、化氣利水的經(jīng)典方劑。李文蘭等[35]應(yīng)用高效液相色譜-電噴霧離子阱質(zhì)譜法（HPLC-ESI/MSn）分析金匱腎氣丸總苷的有效成分及給藥后大鼠血漿代謝產(chǎn)物的變化情況，共鑒定出了17個(gè)化學(xué)成分。趙群菊等[36]通過(guò)NMR代謝組學(xué)技術(shù)在腎氣丸組2型糖尿病大鼠的血液中檢測(cè)出乳酸、甜菜堿、蘇氨酸等差異內(nèi)源代謝物，并對(duì)涉及的代謝通路進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)金匱腎氣丸能夠顯著改善糖尿病糖、脂代謝的物質(zhì)基礎(chǔ)。代謝組學(xué)的研究方法，可以揭示腎氣丸干預(yù)腎陽(yáng)虛證的藥效作用機(jī)制。

3.4? 化濕降濁方——香砂六君丸和葛根芩連湯

香砂六君丸由木香、砂仁、黨參、白術(shù)（炒）、茯苓等藥材組成，具有化濕降濁、和胃健脾的功效。醫(yī)家普遍認(rèn)為，糖尿病胃輕癱的病機(jī)屬脾胃失營(yíng)、濕濁中阻。馮小可等[37]等應(yīng)用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)香砂六君丸組大鼠與糖尿病胃輕癱模型組大鼠血清中小分子代謝物進(jìn)行定性和定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)給藥組中的草氨酸、鳥(niǎo)氨酸、酪氨酸、D-阿糖醇等水平發(fā)生了顯著上調(diào)，其中，甘油酸、阿糖醇、天門(mén)冬酰胺、反式-4-羥基-L-脯氨酸等代謝物含量顯著低于模型組，提示香砂六君丸可能通過(guò)調(diào)節(jié)氨基酸代謝來(lái)改善糖尿病胃輕癱大鼠血清的病理代謝物水平來(lái)降濁化濕。

葛根芩連湯源于張仲景的《傷寒雜病論》，全方由葛根、黃芩、黃連和甘草組成。四藥相配，既能解肌散邪，又能清泄肺胃之實(shí)熱。現(xiàn)代藥理研究[38]證實(shí)，葛根芩連湯主要有效成分小檗堿、黃連堿等生物堿類以及黃芩苷、葛根素等黃酮類可以顯著降低糖脂水平。張敏等[39]就葛根芩連湯影響2型糖尿病大鼠血清代謝譜進(jìn)行了相關(guān)研究，發(fā)現(xiàn)葛根芩連湯能夠顯著回調(diào)參與能量代謝、脂質(zhì)代謝和氨基酸代謝途徑的10種代謝物而發(fā)揮作用。汪雙紅等[40]分析模型大鼠和葛根芩連湯組大鼠尿液的1HNMR譜，發(fā)現(xiàn)葛根芩連湯組大鼠尿液中α-酮戊二酸、檸檬酸、膽堿、磷脂酰膽堿和?；撬岷吭黾?，肌酸、氧化甜菜堿和馬尿酸含量降低，多數(shù)異常代謝產(chǎn)物出現(xiàn)回調(diào)，初步闡明了葛根芩連湯對(duì)胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下大鼠尿液代謝具有調(diào)控作用。杜晨暉[41]比較了葛根芩連湯與發(fā)酵葛根芩連湯對(duì)2型糖尿病大鼠血清中內(nèi)源性代謝物的影響，通過(guò)代謝組學(xué)的研究分析，提示葛根芩連湯通過(guò)調(diào)節(jié)能量代謝、脂質(zhì)代謝和氨基酸代謝等多條途徑發(fā)揮藥效。

4 討論

研究[42]發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者體內(nèi)糖類、氨基酸、醇類、有機(jī)酸等多種代謝物含量變化是2型糖尿病的主要代謝特征。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)：脾氣虛證2型糖尿病模型大鼠體內(nèi)硬脂酸、2-羥基丁酸、酪氨酸、苯丙氨酸等代謝物水平的上調(diào)與脂類、糖類、氨基酸類代謝紊亂有關(guān);血瘀患者血液中α-羥基丁酸、丙酮、乙酰乙酸以及尿液中D-葡萄糖和肌醇含量的增高可以作為血瘀證糖尿病的潛在生物標(biāo)記物，說(shuō)明糖代謝紊亂程度極為嚴(yán)重;氣陰兩虛證糖尿病患者尿液中木糖醇含量明顯減少，甘氨酸水平明顯高于其他證型，出現(xiàn)了嚴(yán)重蛋白質(zhì)代謝紊亂和胰島功能障礙;在痰瘀互阻證2型糖尿病大鼠尿液中發(fā)現(xiàn)的L-抗壞血酸、戊二酸和十八烷酸等多個(gè)小分子代謝物與氧化應(yīng)激及脂類代謝異常密切相關(guān)。病理代謝產(chǎn)物不盡相同，各證型生物標(biāo)記物及機(jī)體的功能狀態(tài)不斷變化，可以不同程度反應(yīng)糖代謝、脂質(zhì)代謝紊亂、氨基酸代謝以及能量代謝的異常。特異性內(nèi)源代謝產(chǎn)物的變化很有可能成為中醫(yī)證候分型的生物學(xué)基礎(chǔ)。

復(fù)方干預(yù)后，利用代謝組學(xué)技術(shù)來(lái)定性定量地分析生物體內(nèi)小分子代謝物的變化及各階段的終端代謝產(chǎn)物，發(fā)現(xiàn)了特異性的內(nèi)源代謝生物標(biāo)志物且相關(guān)證型的病變代謝物質(zhì)出現(xiàn)了不同程度的回調(diào)現(xiàn)象。中藥復(fù)方多途徑調(diào)節(jié)體內(nèi)病理代謝物并通過(guò)脂質(zhì)、能量、氨基酸及糖代謝等多條代謝通路來(lái)控制血糖的方式，從代謝層面為中藥復(fù)方治療糖尿病藥效機(jī)制的闡明提供了科學(xué)依據(jù)。

代謝組學(xué)為糖尿病中醫(yī)分型診斷及復(fù)方用藥的合理性提供了技術(shù)手段和科學(xué)依據(jù)。但目前存在篩選出的潛在標(biāo)志物數(shù)量過(guò)多且缺乏研究深度等問(wèn)題，不能準(zhǔn)確地反映機(jī)體的全部代謝狀態(tài)。今后的研究方向可以通過(guò)聯(lián)合不同組學(xué)技術(shù)進(jìn)行交叉印證，深入開(kāi)展病-證-方關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)研究，從微觀水平上給予糖尿病發(fā)病機(jī)制及藥效物質(zhì)基礎(chǔ)更多科學(xué)的闡釋。

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