治療慢性腎臟病常用中藥代謝組學研究進展*

朱夢怡，盛梅笑

南京中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 江蘇南京 210029

慢性腎臟?。╟hronic kidney disease，CKD）發(fā)病率逐年上升，是嚴重威脅人類健康的重大疑難疾病。長期的臨床實踐和研究表明中藥治療CKD 在改善癥狀、保護腎功能等方面具有獨特優(yōu)勢，但作用機制并不十分明確，其多組分、多靶點的治療效應給藥理機制研究帶來挑戰(zhàn)。代謝組學作為研究疾病和藥物作用機制的一種新興手段，有利于深入研究并闡述中藥的藥理學、藥代動力學及毒理學。本文旨在總結近年來治療CKD 常用中藥黃芪、冬蟲夏草、雷公藤、黃蜀葵花、大黃的代謝組學研究進展，為進一步探究中藥治療CKD 的機制提供思路。

代謝組學在闡述中藥藥理機制方面的作用

代謝組學通過對生物體內源性代謝物進行分析，可發(fā)現(xiàn)內在或外在因素作用后代謝途徑及代謝產(chǎn)物的變化。研究發(fā)現(xiàn)代謝物自身及其與蛋白質的相互作用在干細胞分化、免疫細胞應答、啟動信號級聯(lián)反應等多個生理過程中發(fā)揮效應[1]。隨著高效液相色譜（HPLC）、超高效液相色譜/四極桿飛行時間質譜（UPLC-Q-TOF/MS）等方法的應用，代謝組學不再限于尋找生物標記物，通過富集通路分析、同位素輔助破譯等手段，可將代謝物與上游基因及蛋白質串聯(lián)，實現(xiàn)多組學整合，以此開展進一步的機制研究[2]。

中藥成分復雜，采用傳統(tǒng)藥理學方法鑒定生物活性物質的效率較低，且水煎液成分進入體內受吸收、分布過程的影響，代謝組學能夠在沒有明確中藥化學成分及結構的情況下非靶向地檢測生物體內的代謝特征，有助于明確何種組分發(fā)揮治療效果。由此衍生發(fā)展的功能代謝組學可以通過精確捕獲疾病生物標志物和功能性化合物之間的分子相互作用來幫助闡明中藥作用機制[3]。目前代謝組學已用于CKD 的診斷、進展監(jiān)測及治療評價，發(fā)現(xiàn)了較血肌酐更為靈敏的新的生物標記物如評估腎小球濾過功能損傷程度的假尿嘧啶核苷、預測急性腎損傷的中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白[4]。CKD 常用中藥的治療靶點復雜，進行多樣本代謝物分析可以全面地認識藥物代謝圖譜，豐富中藥的藥理機制內涵，且既往研究多從信號通路及分子機制等方面著手，而基因和蛋白質表達的微小變化可以在小分子代謝中被放大，檢測代謝物變化更為方便，相較其他研究結果更能向臨床轉化。

治療慢性腎臟病常用中藥代謝組學研究

1 黃芪

黃芪為豆科植物蒙古黃芪或膜莢黃芪的干燥根，性味甘溫，具有補氣固表、利尿消腫等功效，《湯液本草》謂之“補腎臟元氣”，臨床常以復方用于CKD 脾腎氣虛證，能降低尿蛋白排泄、改善血清白蛋白水平、保護腎功能。黃芪活性物質的成分及含量因炮制方法不同而存在差異，表現(xiàn)為在調節(jié)代謝方面蜜炙黃芪較生品可以更顯著地調節(jié)三羧酸循環(huán)（TCA）、色氨酸代謝、蛋氨酸代謝[5]。在腎纖維化模型大鼠血清代謝物中發(fā)現(xiàn)轉化生長因子β1（TGF-β1）過表達所致的腎纖維化病變涉及苯丙氨酸代謝、花生四烯酸代謝以及苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的生物合成途徑，而黃芪多糖對上述代謝途徑以及甘油磷脂代謝均有調節(jié)作用，主要生物代謝標記物表現(xiàn)為不飽和脂肪酸和溶血磷脂酰膽堿下調，不飽和脂肪酸中棕櫚酸、脂肪酸和花生四烯酸可誘導腎小管上皮和間質細胞凋亡，參與纖維化過程；溶血磷脂酰膽堿可加速腎小管上皮細胞氧化應激凋亡和成纖維細胞遷移，促進纖維化過程[6]。

黃芪常用于改善環(huán)磷酰胺誘導的免疫損傷和血液三系減低，代謝組學研究發(fā)現(xiàn)其機制可能為改善維持免疫細胞胞膜形態(tài)和功能相關的磷脂、鞘脂及膽堿代謝，促進免疫應答和免疫細胞活性相關的TCA 循環(huán)、氨基酸代謝及能量代謝，并抑制次黃嘌呤代謝增高導致的白細胞減低[7-8]。另有研究認為黃芪升高白細胞的機制與調控環(huán)磷酰胺促進的亞油酸、煙酸和煙酰胺代謝有關，抑制亞油酸氧化生成白細胞毒素，調節(jié)煙酰胺對白細胞趨化活性的抑制作用[9]。

黃芪可調節(jié)糖脂代謝，對引起CKD 發(fā)生、發(fā)展的代謝紊亂具有積極作用。在2 型糖尿病模型大鼠的不同生物樣本研究中發(fā)現(xiàn)了相似的代謝途徑干預，黃芪可修復受損的線粒體氧化磷酸化功能，恢復正常TCA循環(huán)，血清中蓄積的丙酮酸、檸檬酸含量下降；并能糾正能量代謝紊亂導致的葡萄糖氧化速度加快和脂肪動員，糖酵解產(chǎn)物乳酸和酮體代謝物3-羥基丁酸、乙酰乙酸、丙酮的在尿液和糞便中排泄減少；還可減輕氧化應激反應，次黃嘌呤代謝中被活性氧簇（ROS）氧化形成的尿囊素在血清中水平下降[10-12]。黃芪的降糖作用與促進精氨酸、?；撬岬壬前被岬拇x增加進而調節(jié)糖異生相關[12]。在脂質代謝中，黃芪可以促進TCA 循環(huán)中的琥珀酸進入蘋果酸-天冬氨酸循環(huán)從而消耗膽固醇的合成原料乙酰輔酶A，上調蛋氨酸含量通過半胱氨酸-蛋氨酸代謝及轉硫途徑促進谷胱甘肽合成，減少同型半胱氨酸蓄積，抑制過氧化脂質形成并沉積在腎組織中引起繼發(fā)損傷[13，5]。

黃芪還可恢復某些中草藥毒副作用導致的代謝紊亂，例如蒼耳子導致的肝臟基礎代謝失調及繼發(fā)組織病變[14]。在廣防己腎毒性研究中[15]，配伍黃芪可使模型組尿液中降低的檸檬酸、2-酮戊二酸、馬尿酸鹽、葡萄糖和升高的肌酸/肌酐、三甲胺氧化物恢復至接近正常水平，提示黃芪可通過修復TCA 循環(huán)紊亂和糾正腎小管酸中毒來對抗廣防己導致的腎損傷，在代謝層面上體現(xiàn)中藥配伍的減毒作用。

2 冬蟲夏草

冬蟲夏草為麥角菌科植物冬蟲夏草菌的子座及其寄主蝙蝠蛾科昆蟲蟲草蝙蝠蛾的幼蟲尸體的復合體，性味甘溫，具有補肺益腎、止咳化痰等功效，《藥性考》謂之“秘精益氣，專補命門”，常用于證屬肺腎虧虛的各種慢性疾病。冬蟲夏草活性成分包括蟲草素、蟲草多糖、蟲草酸、核苷類等，具有抗氧化、抗腫瘤、調節(jié)代謝等作用。蟲草素、類黃酮、核堿基是蟲草提取物中的主要功能代謝物，三者共同的生物活性包括自由基清除、鐵離子還原以及對大腸桿菌和沙門氏菌的殺滅作用，并且對低壓缺氧環(huán)境中的人胚胎腎細胞具有保護作用[16]?；赨PLC-Q-TOF/MS 的代謝組學研究發(fā)現(xiàn)蟲草含有其他活性代謝產(chǎn)物如三萜類、皂苷類、環(huán)肽類和噴司他丁等[17]。蟲草治療CKD 的機制與調節(jié)腎組織中的重要代謝相關，在能量供應代謝中促進TCA 循環(huán)、抑制糖酵解及戊糖磷酸途徑以維持正常供能；在胞外有機物代謝中能提高卵磷脂、甜菜堿的濃度以維持腎髓質滲透壓、保護腎小管功能；在脂質代謝中能降低總膽固醇、甘油三酯和脂蛋白水平以減少脂質過氧化相關的腎小管上皮細胞凋亡[18]。另有研究發(fā)現(xiàn)蟲草可調節(jié)腎臟細胞的嘌呤和嘧啶代謝，其中嘧啶衍生物在細胞信號傳導和能量調節(jié)中發(fā)揮重要作用，可以維持細胞穩(wěn)態(tài)、保護腎臟超微結構的形態(tài)與功能[19]。蟲草尚能調節(jié)CKD 大鼠腎外器官的代謝紊亂，上調血清中抗氧化劑谷胱甘肽、?；撬岷湍芰恐虚g體煙酰胺、左旋肉堿的水平以拮抗氧化損傷、促進線粒體生成ATP，同時蟲草調節(jié)了機體氨基酸和膽堿代謝紊亂，能促進肝臟、心臟器官功能的恢復[20]。

冬蟲夏草可以調節(jié)糖脂代謝，臨床常用于糖尿病腎病。有研究在采用蟲草治療的糖尿病腎病患者中進行尿液代謝組學分析后發(fā)現(xiàn)蟲草可以再平衡人體中葡萄糖醛酸苷化合物水平，恢復其在腎組織中拮抗ROS 相關炎癥的作用；修復腸道微生物異常的酪氨酸、色氨酸代謝可減少對甲酚硫酸鹽等尿毒癥毒素（uremic toxins，UT）分子的生成和蓄積，減輕UT 相關的炎癥激活和血管鈣化；通過下調嘌呤代謝能夠抑制腎臟細胞線粒體的過度激活[21]。動物研究發(fā)現(xiàn)蟲草多糖的降糖作用與調節(jié)能量、氨基酸和腸道微生物代謝相關，生物標志物包括血清乳酸、3-羥基丁酸、肌酸、谷氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和低密度脂蛋白[22]。

3 雷公藤

雷公藤為衛(wèi)矛科植物雷公藤的根、葉及花，性味苦辛、有大毒，具有祛風除濕，通絡止痛等功效。雷公藤活性成分復雜，包括二萜類（雷公藤甲素、雷公藤內酯酮等）、三萜類（雷公藤紅素、雷公藤內酯甲等）和生物堿類等，具有抗炎、抑制免疫等作用，常用于CKD和其他自身免疫性疾病的活動期，在不同臟器中影響的代謝途徑存在差異。研究發(fā)現(xiàn)雷公藤在腎臟中的主要作用途徑為參與合成RNA、DNA 等重要生理過程的嘧啶代謝，可能通過下調嘧啶代謝物胸腺嘧啶、脫氧尿嘧啶核苷、胸苷的水平，減少血管內皮生長因子（VEGF）mRNA 在腎臟的表達，從而改善血管內皮細胞增殖導致的血管通透性增高和蛋白尿排泄[23]。其他自身免疫性疾病如炎癥性腸病的研究中發(fā)現(xiàn)雷公藤主要影響腸道炎癥相關的初級膽汁酸代謝紊亂，上調鵝去氧膽酸以活化胱硫醚-γ-裂解酶，進而釋放對腸道具有積極作用的氫化硫[24]。

雷公藤的毒性在代謝方面表現(xiàn)為干擾糖類、脂類、氨基酸等基礎代謝途徑，涉及供應能量、維持細胞膜完整性、抗氧化等多個生理過程，在腫瘤細胞中對這些代謝途徑的干預表現(xiàn)為抗腫瘤作用。研究表明機體暴露于大劑量雷公藤可觸發(fā)自我保護機制，抗氧化劑α-酮戊二酸、磷脂酰膽堿生成增多，但雷公藤也谷胱甘肽及其組分甘氨酸水平的下調，并抑制某些抗氧化劑如?；撬帷h(huán)磷酸鳥苷的活性，導致氧化產(chǎn)物誘導腎臟和肝臟細胞損傷和凋亡[23、25]。鞘脂代謝異常被認為是雷公藤毒性的新機制[26]，神經(jīng)酰胺蓄積可誘發(fā)氧化應激，加速細胞程序性凋亡；鞘氨醇水平顯著降低后不能充分抑制蛋白激酶C 的活化，細胞凋亡的信號傳導加快；1-磷酸鞘氨醇激活磷脂酶C 導致鈣通道開放，游離鈣離子濃度增加后血管平滑肌收縮，腎血流量減少則腎損傷加重。雷公藤生殖毒性表現(xiàn)為損傷生殖細胞，在雄性大鼠中可干擾睪丸支持細胞中琥珀酸脫氫供能過程，使精子能量代謝過程異常而誘發(fā)弱精癥[27]。

通過配伍用藥可使雷公藤減毒增效，甘草能加速雷公藤甲素等活性成分在生物體內的代謝轉換以降低毒性，改善雷公藤內酯酮所致的能量代謝、色氨酸代謝、卟啉代謝紊亂，減毒生物標記物可能為血清色氨酸上調[28]。有研究分析腎炎模型大鼠尿液代謝物后發(fā)現(xiàn)配伍甘草可使雷公藤干擾的氨基酸代謝、膽汁酸代謝、脂類代謝、能量代謝及嘌呤代謝的代謝物譜趨向正常水平，且配伍組的尿蛋白排泄率更低[29]。復方研究發(fā)現(xiàn)國醫(yī)大師周仲瑛所擬清絡通痹方中主要解毒藥味或為生地、三七，能夠調節(jié)雷公藤甲素等成分的自身代謝，使其在治療域內吸收強度減弱、作用時間相對延長，并能顯著調節(jié)小鼠肝臟中甘氨膽酸、?；撬崃虬匪?、溶血磷脂酰膽堿等差異代謝物的水平，改善脂質過氧化、線粒體損傷和繼發(fā)的肝細胞過度自噬與凋亡[30-31]。

4 黃蜀葵花

黃蜀葵花為錦葵科植物黃蜀葵的花朵，味甘辛，性涼，具有清熱解毒、通淋利尿等功效。黃蜀葵花因其抗炎、抗氧化、保護腎臟等作用機制已廣泛應用于中國CKD 患者的治療。通過高效液相色譜分析發(fā)現(xiàn)黃蜀葵花主要活性成分為具有抗氧化活性的類黃酮，口服后吸收入血的成分主要為黃酮醇類化合物，在腎組織中發(fā)揮療效的是可水解為槲皮素的多種苷類，如金絲桃苷、槲皮素單葡糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷[32-34]。除類黃酮外，通過核磁共振波譜分析還發(fā)現(xiàn)黃蜀葵花含有一種具有抗腫瘤前景的新型細胞毒性多糖AMPS-a，體外研究顯示其可有效抑制肝癌和胃癌細胞的增殖[35]。

黃蜀葵花延緩CKD 進展的作用可能與腸道菌群密切相關，UT 蓄積會干擾腸道菌群的正常代謝，雖然表達脲酶和尿酸酶的細菌定植增加后將部分尿素轉化為氨，但腸道上皮細胞內尿素濃度的持續(xù)增加可刺激腸道內環(huán)境產(chǎn)生硫酸吲哚、對甲酚硫酸鹽、三甲胺氧化物等毒素[36]。在CKD 大鼠中發(fā)現(xiàn)被吸收入血的黃葵類黃酮成分經(jīng)過去糖基化、甲基化后以葡萄糖醛酸-硫酸鹽偶聯(lián)物這種共軛代謝物形式進行循環(huán)，其在腸道微生物環(huán)境內可干擾細菌內必需色氨酸的轉運，進而減少細菌合成吲哚類毒素分子[37-39]。

5 大黃

大黃為蓼科植物掌葉大黃、唐古特大黃或藥用大黃的根莖，性味苦寒，具有瀉熱通腸，涼血解毒，活血化瘀等功效，現(xiàn)代研究認為大黃的藥理作用主要有致瀉、抗炎、止血等。研究發(fā)現(xiàn)大黃在0.31 ～2.1g/kg 劑量范圍內對便秘模型小鼠腸道功能紊亂相關代謝途徑的調節(jié)作用最明顯，能促進膽固醇參與有益腸道的甘油磷脂代謝、初級膽汁酸代謝和類固醇合成，抑制脂肪?；?、鞘氨醇生成并參與炎癥和細胞凋亡相關的花生四烯酸、不飽和脂肪酸、鞘脂代謝[40]。在血瘀證研究中發(fā)現(xiàn)大黃主要影響磷脂酰膽堿的水平，通過調節(jié)血小板合成途徑來減少血栓形成，還可抑制花生四烯酸環(huán)氧合酶產(chǎn)物的生成，從而減少可刺激骨髓造血功能的類固醇激素合成[41]。但大黃同時存在肝毒性，機制可能為蒽醌類和單寧類成分使多巴胺受體、下游產(chǎn)物環(huán)磷酸腺苷及其水解酶在肝臟表達減少，促進相關途徑誘導的肝細胞凋亡，同時肝臟中多巴胺、膽堿、輔酶Q9 消耗過多也與慢性肝損傷的發(fā)生相關[42]。

代謝物質譜分析發(fā)現(xiàn)蒽醌類化合物在腸道中進行水解、甲基化、碳鍵斷裂等過程，吸收入血的大黃素濃度明顯增加，腸道菌群是大黃在人體內進行生物轉化利用的重要一環(huán)[43]。整合代謝組學與網(wǎng)絡藥理學認為蒽醌類和黃烷醇為大黃主要活性成分，通過調節(jié)細胞外基質的異常積累，控制炎癥因子的釋放以及維持纖維蛋白溶解的平衡來發(fā)揮協(xié)同治療效果[44]。有研究分析CKD 大鼠的血尿代謝物后發(fā)現(xiàn)在氨基酸代謝途徑中大黃能恢復血清組氨酸的低水平，促進其參與抗氧化機制，并提高尿液苯丙氨酸、色氨酸的低排泄，抑制其在生物體內蓄積后向對甲酚、吲哚及犬尿酸的轉化，但大黃對CKD 引起的?；撬岽x紊亂無影響；在嘌呤代謝途徑中大黃能抑制血清尿腺嘌呤、尿脫氧腺苷和尿酸的水平升高，延緩高尿酸排泄引起的腎間質纖維化；在膽堿代謝途徑中大黃能抑制腸道菌群分解膽堿，減少副產(chǎn)物三甲胺及其氧化物的生成[45]。

結 語

綜上所述，代謝組學研究能夠明確CKD 治療中常用中藥對生物代謝途徑的影響，所發(fā)現(xiàn)的生物標記物可用于監(jiān)測療效及其副作用。治療CKD 常用中藥對生物體內能量供應、抗炎、抗氧化等相關代謝途徑具有積極作用，部分中藥的毒副作用與促進炎癥、氧化等代謝相關，相關研究在反應藥物對腎臟自身代謝干預方面還有待深入。同時，CKD 發(fā)病機制和中藥作用機制十分復雜，受體內外多重因素的影響，而代謝組學僅僅描述某一特定時刻代謝的變化，且代謝物受上游基因和蛋白質的調控，其研究存在局限性，在后續(xù)研究中結合多組學分析有可能更全面地認識中藥治療CKD 的機制。