代謝組學在中藥制劑體內評價的研究進展

崔毅菲，黃繩武，顏 露

（浙江中醫藥大學，浙江杭州 310053）

國內外眾多學者認為中藥的特點是多組分、多途徑、多靶點，很難闡明其整體藥效、物質基礎、作用機制和毒副作用等，尤其是物質基礎的問題[1]。近幾年，為了探索和研究符合中藥自身特點的評價體系，涌現出大量結合實驗與信息計算處理的新型中藥評價方法和新技術，如中藥蛋白質組學、藥物基因組學、代謝組學等。其中代謝組學具有整體性、系統性、綜合性等特點，與中醫藥理論的整體觀相一致[2]，決定了其在中藥整體作用評價中發揮突出優勢，是近幾年的熱點。如今代謝組學已在藥物毒性及安全性評價、藥物作用機制研究等多個領域展示了廣闊的應用前景[3-4]。本文通過參閱近幾年國內外學者在中藥代謝組學研究領域代表性論文的相關文獻，現對其研究進展綜述如下：

1 代謝組學與藥效學評價

1.1 中藥作用機制的研究

代謝組學所測定的對象是內源性物質，反映了機體內在指標，能準確地反映機體的本質狀態。將代謝組學應用于中藥藥效學評價，用整體內源性物質或生物標志物群作為指標，對比分析服用中藥前后機體內源性化合物的濃度水平變化，從而證實中藥的療效[5]。

王廣基等[6]用代謝組學方法進行中藥整體藥效作用評價，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、對組織器官的保護作用和體內代謝組的影響。研究結果表明，人參總皂苷降壓幅度雖然比化學藥降壓作用平緩，但停藥后血壓上升緩慢，呈現持久的后續降血壓效果。其次，人參總皂苷在降低血壓的同時也能緩解高血壓引起的并發癥。另外，人參皂苷治療后自發性高血壓大鼠內源性小分子化合物明顯接近正常組，而化學藥物對整體代謝組學的調節作用較弱。總結認為，血壓是個體所表現出來外在指標，而代謝組學所測定的對象是內源性物質，反映了機體內在指標，是內在本質問題的直接表現，這體現中藥的整體作用優勢和特點，揭示其潛在作用機制。

邱云平等[7]研究金復康對大鼠大腸癌癌前病變的改善作用及尿液代謝物，經主成分分析表明，模型組大鼠代謝譜隨時間逐步偏離起始點，金復康干預組大鼠的代謝譜先偏離再回歸起始點，正常組大鼠的代謝譜無明顯變化。對這些代謝譜分離的權重變量進行鑒定和研究，發現三羧酸循環、色氨酸循環、多胺代謝等代謝通道的波動，以及腸道菌群代謝的紊亂與二甲肼誘導的大腸癌癌前病變相關。代謝組學研究表明，金復康能有效逆轉二甲肼誘導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源性代謝產物的變化，研究大蒜辣素對正常大鼠代謝過程的作用機制。Xie等[9]基于HPLC-UV代謝組學研究方法，發現六味地黃丸對角叉菜膠所致大鼠關節炎模型的代謝組學改變具有顯著調節作用。張啟云等[10]研究吳茱萸水提液給藥對大鼠內源性代謝產物的影響，結果發現，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體能量代謝的作用。

1.2 中藥物質基礎的研究

中藥物質基礎研究強調整體性，但由于中藥標準組分極性范圍比較寬，化合物結構多樣，很難利用單一的色譜分離模式實現所有標準組分的分離表征。代謝組學將高通量活性篩選技術與中藥樣品的制備相結合，能夠快速獲得中藥組分的大量活性數據，建立中藥組分在各種不同藥理靶點上的信息數據，通過研究不同靶點之間的相互聯系，揭示中藥多靶點、多途徑作用的本質，進行中藥物質基礎研究。

楊潔等[11]研究“廣棗-降香”君-使對藥用代謝組學的研究方法，用主成分分析法對獲得的色譜數據進行了分析，并結合藥時曲線的變化規律，確定了4個未知成分為“廣棗-降香”的體內效應物質。進一步通過HPLC-MS對其進行了定性分析。建立了君-使對藥體內效應物質研究的新模式。趙新峰等[12]研究六味地黃丸中的化學成分和代謝成分，在提取物中鑒定了40種化學成分，在大鼠血中鑒定了6種原型藥物和9種代謝產物，并推斷了以上產物的代謝途徑。

2 代謝組學與毒理學

2.1 研究中藥毒性作用機制

代謝組學技術應用于毒性作用機制的研究，其基本原理是藥物改變代謝途徑中內源性代謝物的穩態，直接或間接改變細胞體液成分。體液的譜圖是代表著不同代謝路徑的化合物，這些對機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志物，從而進行毒理作用機制研究或評價藥物毒性[13]。

王清秀等[14]在大黃及其主要成分的毒性毒理研究中，體外實驗結果發現，大黃素能引起HK-2和HepG2細胞損傷，可能涉及細胞周期阻滯和經由線粒體膜電位途徑凋亡的機制，結果還表明，大黃素具有弱的致突變性，是間接遺傳毒性物質，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源性代謝產物譜的變化，尿液中葡萄糖和氨基酸升高，這是腎小管損傷的典型標志；通過對腎組織萃取物檢測，推斷大黃素可導致脂類成分的改變，破壞細胞膜性結構。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志物

有些代謝物的變化反應了毒性損傷的特征，可以作為器官特異性的標志物，利用代謝組學研究代謝指紋圖譜，將這些代謝信息與病理生理過程中的生物學事件關聯起來，從而確定發生這些變化的靶器官和作用位點，進而確定相關的生物標志物。

梁琦等[15]采用代謝組學方法研究大鼠給予廣防己灌胃后尿液代謝產物的改變情況，利用核磁共振技術測定大鼠尿液代謝產物1HNMR譜，進行模式識別分析；結果發現給藥不同時間后，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的變化被認為是腎受損的典型標記物[16-17]。給藥2周后，這些指標均出現了一定變化，提示腎器官出現了損傷和腎小管功能的紊亂；隨著給藥時間延長，腎臟功能進一步受影響，腎小管重吸收功能減弱，腎小球、腎髓質功能受到損害。停藥后，腎小管、腎髓質功能均有一定功能恢復。此外還發現尿液中牛磺酸含量上升、檸檬酸含量下降，這預示著肝臟的異常變化。

王喜軍等[18]以UPLC/QTOF分析系統為核心手段，結合生物樣品分析制備方法，研究茵陳蒿湯干預后的肝損傷大鼠代謝組的回調趨勢。結果證實，原先模型所致的5個生物標記物的改變在給予茵陳蒿湯后與空白組比較，個別大樣品間代謝物組無顯著性差異，說明茵陳蒿湯對大鼠肝損傷模型具有預防作用，從藥物代謝組學角度對經典方劑防治肝損傷給出全新解釋。以此為出發點可以以黃藥子為典型研究對象，運用基于質譜的代謝組學方法研究黃藥子致肝毒性對機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，發掘新的肝毒性生物標志物，并研究黃藥子致肝毒性的分子機制，毒性劑量與時間、效應的關系，在此基礎上建立運用代謝組學評價中藥肝毒性的新方法。

2.3 藥物的臨床前安全性評價

臨床前安全性評價是確定新藥安全性能指標并降低其毒副作用的重要技術手段，代謝組學能夠快速、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，尋找相應的生物學標志，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時，通過分析不同劑量下小鼠尿液代謝圖譜的改變，發現三個給藥組尿液中的牛磺酸和N-三甲胺氧化物與對照組相比明顯減少，而檸檬酸鹽、戊酮異二酸、琥珀酸鹽和馬尿酸鹽的含量相對增加。同時發現，這些代謝物在低劑量組的變化程度不如高劑量組明顯，經過多次給藥后，這些代謝物在低劑量組也發生了明顯的變化，這說明黑順片的毒性效應具有劑量依賴性和積累效應。

3 代謝組學與藥代動力學

中藥進入生命體后，起效的是中藥中的原型成分或代謝產物，或與機體作用形成的新成分，三者構成體內中藥成分的代謝物組，而中藥代謝物組通過干預人體內源性代謝物組來治療疾病，所產生的一系列變化實質上仍然是代謝動力學變化。傳統的中藥藥動學研究方法大多為生物效應法和血藥濃度法，其采用某一標志性化合物進行研究，而不是某一味中藥或復方中藥的藥代動力學，而與傳統的藥物動力學和藥效動力學的研究方法相比，代謝組學的研究思路更接近中醫藥理論[20]。代謝組學通過比較分析體外和體內色譜指紋圖譜的異同，獲得單一藥材或復方的相應主要活性成分或其代謝產物的代謝濃度曲線，建立基于中藥整體特性的藥代動力學研究新方法，對確定中藥制劑的給藥時間與劑量，都是很有參考價值的信息，從根本上解決中藥的藥動學問題。中藥藥代動力學不僅要研究中藥ADME的動態變化，而且要研究其時量-時效關系，基于代謝組學的技術平臺與系統整體的研究思路，通過追蹤中藥體內代謝物組的組成和變化，基于代謝組學的中藥代謝動力學研究為構建中藥及復方的現代化研究標準提供了新的研究思路[21]。徐國良等[22]用代謝組學研究黃連對大鼠的藥物代謝過程，實驗結果表明，草酰乙酸、順烏頭酸、2-酮戊二酸、蘋果酸等生物標記物含量相對降低，提示黃連組大鼠能量代謝降低。

4 展望

目前用代謝組學實驗技術、測量方法以闡明相關生化機理和生命現象（如藥效、毒理等）是需要提升的問題。其次，代謝組學的研究還處于模式識別和生物標記物鑒定的層次，如何利用代謝組學研究結果，并結合基因組學、轉錄組學、蛋白質組學等對中藥整體藥效作用和毒理作用進行定量表征，科學地闡明中藥整體藥效作用，是當前研究重點。再者，尋找高通量、高分辨率的分析檢測技術，構建代謝組學對中藥制劑體內評價方法還需要進一步研究。

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