代謝組學在中醫藥抗抑郁研究中的應用進展＊

王雪雪，陶柱萍，厲 穎，張成桂，2，韋桂寧，劉衛紅，高鵬飛，2，5＊＊

（1. 大理大學藥學與化學學院 大理 671000；2. 云南省昆蟲生物醫藥研發重點實驗室 大理 671000；3. 廣西中醫藥研究院藥理所 南寧 530022；4. 大理大學農學與生物科學學院 大理 671000；5. 藥用特種昆蟲開發國家地方聯合工程研究中心 大理 671000）

抑郁是一種常見的高風險精神疾病，以心境低落為主要臨床癥狀。研究表明，抑郁具有高復發率、高致殘率和高發病率的特點，同時還增加了其他常見復雜疾病的發病率，嚴重影響人們的生活質量[1-2]。臨床上抗抑郁化學合成藥起效快、療效好，但副作用較為明顯；在尋找療效好、毒性低的新型抗抑郁藥的過程中，中醫藥抗抑郁成為近年來研究熱點[3]。

代謝物的含量變化是生物體對基因改變、疾病或環境影響的最終應答，代謝組學是對生物系統內所有內源性低分子量代謝物（< 1500 Da）含量進行整體分析，通過建立代謝物含量變化與生物表型變化之間的直接關系，確定研究對象的生理學或病理生理學終點[4-5]，這適合于中醫藥“多組分、多靶點、整體調節”特點的研究。代謝組學已被廣泛應用到腦部疾病研究中，在抑郁研究中，可通過腦組織及生物體液中代謝物含量的動態變化規律，直接反映腦部的病理變化趨勢及藥物干預效果[6-7]；有研究表明抑郁患者體內的代謝產物在臨床癥狀出現以前，可能已經發生改變[8-10]。

1 代謝組學簡介

1.1 代謝組學技術平臺

核磁共振譜（NMR）和質譜（MS）是目前常用的代謝組學技術。NMR 具有樣品制備簡單，不需要電離或衍生、無損性、無偏倚、易于量化、能獲得豐富的信息等優勢；它還適合于通過固態核磁共振（ssNMR）魔角自旋（MAS-NMR）來研究完整的組織、器官和其他固體或半固態樣品；但NMR 也存在設備成本、維護費用高等缺點[11-12]。MS 具有高靈敏度、高特異性、高通量的優點，可以檢測和識別未知的化合物，并對所識別的組分進行確認和定量；但其存在樣品制備較復雜、成本高、捕捉信息量較少等不足[13]。

代謝組學技術平臺的發展趨勢，是多種技術的聯合應用，例如氣相色譜法與MS 聯用（GC-MS）、液相色譜法與MS 聯用（LC-MS）、超高效液相色譜法與MS 聯用（UPLC-MS）、超高效液相色譜-四極飛行時間-質譜（UPLC-QTOF-MS）、NMR 與UPLC-QTOF-MS[14]或UPLC-MS/MS[15]聯用，這不僅互補不足，還可進行整合及驗證分析，提高數據的準確性。

1.2 代謝組學分析流程

代謝組學分析流程包括：（1）樣品的采集與制備；（2）代謝物的分離與檢測；（3）數據處理；（4）生化解釋。其中，數據處理與生化解釋為整個操作步驟中的關鍵環節。

數據處理：利用模式識別技術等化學計量學方法對數據進行降維和信息挖掘。模式識別技術是常用的方法，它包括非監督和有監督的模式識別方法[11]：非監督的主成分分析（PCA）方法及有監督的偏最小二乘法-判別分析（PLS-DA）、正交偏最小二乘法判別分析（OPLS-DA）等。在數據處理的各階段，模型的質量及有效性驗證尤為重要。模型驗證主要分為內部驗證（交叉驗證）及外部驗證（排列試驗、交叉驗證的方差分析）兩種方法。

生化解釋：檢測結果經數據分析后，需根據代謝組學數據庫及網絡等資源，確定代謝物的化學結構，了解代謝物的生物功能，進而分析其可能的代謝通路及網絡路徑。目前常用的代謝組學數據庫有：人類代謝 組 數 據 庫（Human Metabolome Database，HMDB，www.hmdb.ca）、METLIN 代謝組學數據庫（https://metlin.scripps.edu）、京都基因和基因組百科全書（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG，http://www.genome.jp/kegg/）等；常用網絡分析資源包括獨創性路徑分析（IPA）、LIPID MAPS-Nature Lipidomics Gateway、MetaboAnalyst、MetaMap等[3,8,11]。

2 應用代謝組學研究的部分抗抑郁中藥

本研究通過檢索PubMed、CNKI數據庫，從研究對象與樣品、研究技術和抗抑郁中藥作用機制等方面，初步總結了近年來代謝組學在中藥抗抑郁研究中的部分文獻，為相關研究提供一定參考（見表1）。

2.1 研究對象與樣品

研究對象：分為臨床抑郁患者和實驗動物模型兩種。實驗動物模型有CUMS 模型、CVS 模型、VD 抑郁模型、CORT 誘導模型及LPS 誘導模型等。抑郁研究中常用的實驗動物類型有：Spragu-Dawley大鼠、Wistar大鼠；C57BL/6J小鼠、ICR小鼠等。

樣品類型：尿液、血清或血漿、肝臟及腦組織等是抑郁研究中常用的生物樣本。

2.2 與代謝組學聯用的常規研究技術

常規研究技術主要有：行為學指標測試，例如強迫游泳實驗（FST）、尾吊實驗（TST）、曠場實驗（OFT）、蔗糖偏好實驗（SPT）等[15-16]；生化指標檢測，如海馬組織中NE、5-HT、腦源性神經營養因子（BDNF）含量等[18]及血清中腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-6（IL-6）和皮質酮（CORT）等[19,21]；蛋白印跡法[15]；qRTPCR技術[33]等。

2.3 與代謝組學聯用的交叉學科和新技術

2.3.1 腸道菌群

有研究顯示，腸道菌群與抑郁發生關系密切[42]。臨床研究表明，抑郁患者出現腸道微生物群紊亂，包括代謝物的濃度變化，如三甲胺、二甲胺和二甲甘氨酸等[31]。LIU 等[31]觀察到，逍遙散可調節抑郁患者血漿中，參與腸道菌群代謝的相關差異代謝物含量，使其趨于正常；通過建立代謝物與腸道菌群之間的聯系，揭示了抑郁的發生與腸道微生物代謝紊亂有關，提示調節腸道微生物紊亂可能中醫藥抗抑郁的部分作用機制。

2.3.2 免疫

有神經影像學研究顯示，免疫代謝失調的標記物與海馬體積成反比關系，而這一區域與多種精神疾病的病理生理學密切相關[43]。有研究報道[15]，甘氨酸與缺血細胞的保護及免疫功能的改善有關，丙氨酸在淋巴細胞再生和免疫過程中起著至關重要的作用。GONG 等[15]基于代謝組學技術發現，當歸提取物能夠恢復CUMS引起的大鼠血清中丙氨酸和甘氨酸的異常變化，表明其藥理作用與減輕免疫功能受損密切相關。這從代謝組學層面揭示，增強免疫功能可能是中醫藥抗抑郁的治療靶點。

2.4 抗抑郁中藥藥效生物標記物（抑郁生物標記物）及其作用機制研究進展

中藥的藥效物質基礎及作用機制研究過程十分復雜，許多抗抑郁中藥的藥理機制尚未闡明。與傳統研究方法相比，代謝組學通過檢測生物液體或組織樣本中小分子代謝物，反映這些小分子代謝物在治療的過程中的整體水平，并從中篩選和鑒定出特異性生物標記物，揭示中藥作用的相關代謝途徑，從而深入研究抑郁的發生發展規律，同時進一步探索中藥的作用機制。

表1 應用代謝組學研究的部分抗抑郁中藥

抑郁的復發性高、初期臨床特征不明顯，且極易與焦慮癥、雙向情感障礙、精神分裂癥等疾病混淆，如何做到抑郁臨床的精準診療是重點問題。篩選和鑒定出的特異性抗抑郁中藥藥效生物標記物，同時也可作為抑郁生物標記物，為抑郁的早期診斷及療效評價提供參考。

本研究總結了基于代謝組學研究方法得到的潛在抗抑郁中藥藥效生物標記物（抑郁生物標記物），詳見表2。

通過總結文獻發現，抗抑郁中藥的作用機制與調節機體內差異性代謝物含量密切相關。文獻中出現頻率等于或大于3次（≥3）的差異性代謝物有15種，與正常組比較，模型組或抑郁患者體內的丙氨酸、乳酸、甘氨酸、絡氨酸、馬尿酸鹽、脂質、泛酸等代謝的含量增加；色氨酸、谷氨酸、纈氨酸、肌氨酸酐、NAA、異亮氨酸、膽堿、檸檬酸的含量降低；文獻中出現2 次的差異性代謝物有14 種，即硬脂酸、二甲胺、尿囊素、花生四烯酸、苯丙酮酸、LysoPC 的含量升高，琥珀酸鹽、丙酮酸鹽、肌酸、次黃嘌呤、煙酰胺、二羥喹啉甲酸、甜菜堿、植物鞘氨醇含量降低。結果提示，這29 種差異性代謝物可作為潛在的抗抑郁中藥藥效生物標記物；同時也可將其作為潛在的的抑郁生物標記物，用于抑郁的診斷及治療。

表2 抑郁生物標記物總結

經相關代謝路徑分析表明，中藥主要通過調控參與氨基酸代謝、能量代謝、TCA 循環、糖代謝、脂質代謝、腸道菌群代謝等一種或多種代謝途徑的差異性代謝物，使其趨于正常水平，從而發揮抗抑郁療效。

3 中藥的抗抑郁機制研究和藥效評價

3.1 單味中藥提取物

3.1.1 京尼平

DU 等[16]探討了京尼平對CUMS 應激大鼠的抗抑郁作用。血清及尿液代謝組學發現，京尼平可顯著逆轉應激引起的血清中氧化三甲胺（TMAO）和β-羥丁酸（β-HB）減少，脂類、乳酸、丙氨酸和N-乙酰糖蛋白增加及尿液中肌酐和甜菜堿的下降，檸檬酸鹽、三甲胺和二甲胺的增加，使得這些差異性代謝物濃度恢復至接近正常水平。實驗結果表明，京尼平具有明顯的抗抑郁療效，其作用機制可能與調節涉及上述差異性代謝物的腸道微生物、能量代謝和糖代謝紊亂有關，這一抗抑郁效果也在行為學實驗中得到了證實，如增加體重及糖水攝入量，提高大鼠自主活動性。

3.1.2 淫羊藿苷

GONG 等[18]探討了淫羊藿苷在CORT 誘導大鼠抑郁中的抗抑郁活性。在血清、尿液及腦組織代謝譜中，分別發現9種、5種和3種代謝差異物，除血清中異亮氨酸、尿液中牛磺酸外，其余代謝物均可被淫羊藿苷回調接近于正常水平。這些差異性代謝物主要涉及能量代謝、脂代謝、氨基酸代謝和腸道微生物代謝，表明淫羊藿苷可能通過調節紊亂的代謝途徑，逆轉CORT 所致抑郁的病理過程。同時，淫羊藿苷還可顯著增加海馬中BDNF含量，改善大鼠抑郁癥狀，這些結果與代謝組學結果均可相互佐證。

3.1.3 延胡索生物堿（YHTA）

WU 等[3]探索了YHTA 抗抑郁作用。通過血漿代謝譜分析，CUMS 大鼠血漿中共鑒定出13 種代謝差異物：肌醇、甘油、甘氨酸等。YHTA 給藥后，這些差異代謝物水平均有恢復正常的趨勢，與陽性藥作用相似，提示YHTA可能通過調控氨基酸代謝、糖代謝、脂質代謝和TCA 循環紊亂，實現抗抑郁作用。這一結果與行為學檢測結果相一致，如YHTA 改善了由于應激引起的FST 不動時間明顯增加，蔗糖攝入量及體重降低等抑郁樣癥狀。

3.1.4 桔梗葉甲醇提取物（HPF）

WANG 等[19]研究了HPF 對LPS誘導抑郁小鼠的影響。血清及海馬代謝譜圖分析顯示，抑郁小鼠模型中分別鑒定出21 和11 種差異代謝物，涉及脂質代謝、氨基酸代謝、能量代謝、花生四烯酸代謝、谷胱甘肽代謝和磷酸肌醇代謝；HPF 干預后，可顯著恢復參與這些代謝通路的部分代謝物水平。這些結果與行為學指標檢測及生化指標結果相吻合，如HPF 顯著提高蔗糖攝入量、體質重等，降低血清中促炎細胞因子TNF-α和IL-6水平等。

3.1.5 當歸乙醇提取物（AS）

GONG 等[15]探討了AS對CUMS誘發抑郁大鼠的治療作用。血清代謝譜分析顯示，AS 可調控組氨酸、葡萄糖、甘氨酸等26 種差異代謝物含量，使其有恢復正常的趨勢。此外，AS 還可恢復小鼠血液學異常的現象，如調節血液中紅細胞、血小板數、紅細胞分布寬度等水平，與代謝組學結果一致。這些結果表明，AS 的抗抑郁作用機制可能與調節參與促進機體能量代謝和血清蛋白質合成、穩定細胞膜、增強免疫功能及血液系統等相關代謝物含量有關。

3.2 中藥藥對

DU 等[20]探究知母與百合藥對（ZB）對大鼠CUMS抑郁模型是否有協同治療作用。血清代謝譜顯示，氨基酸代謝（谷氨酸、纈氨酸、色氨酸等）、能量代謝（L-肉毒堿、丙酰肉堿、乙酰肉堿）及其他如膽酸、鞘氨醇等30 種代謝物在模型組大鼠血清中異常改變；其中，22 種差異性代謝物在ZB 給藥后恢復趨于正常。結果提示，ZB 抗抑郁作用機制與調節氨基酸代謝、膽汁酸代謝、脂代謝和鞘脂代謝代謝、能量代謝等相關。

3.3 中藥方劑

3.3.1 小柴胡湯（XCHT）

XIONG 等[22]研究了XCHT 對CUMS 誘發抑郁大鼠的改善作用。尿液代謝組學分析顯示，XCHT 可顯著上調肌酐、檸檬酸鹽和硫酸吲哚，下調馬尿酸鹽、苯乙尿酸等6 種代謝物水平，提示XCHT 對抑郁的治療作用可能與調節氨基酸和脂質代謝紊亂、抑制氧化應激和炎癥反應有關。行為學實驗結果表明，XCHT 可顯著逆轉CUMS 引起蔗糖攝入量和攝食量的減少，改善大鼠抑郁樣行為，與代謝組學結果一致。

3.3.2 半夏厚樸湯（BHD）

MA 等[23]探索了BHD 的抗抑郁作用。腦組織代謝組學結果顯示，與CUMS 模型組相比，BHD 對涉及氨基酸、有機酸和脂肪酸代謝的8 種受干擾的內源性代謝物有明顯調節作用，包括升高谷氨酸和8，9-環氧二十碳三烯酸水平，降低山崳酸、硬脂酸和甘氨酸等。研究提示，恢復代謝途徑紊亂可能是BHD 發揮抗抑郁作用的主要原因之一。在行為學相關研究中發現，BHD 可明顯縮減大鼠FST 中的不動時間，增加蔗糖攝入量，緩解大鼠抑郁癥狀，與上述代謝組學研究結果相互佐證。

3.3.3 逍遙散（XYS）

LIU 等[32]研究了XYS 對抑郁患者的影響。血漿代謝組學分析顯示，相比于健康者，抑郁患者血漿草酸和硬脂酸水平顯著升高，而纈氨酸和尿素水平顯著下降；XYS 通過調節乙醛酸和二羧酸代謝功能失調（草酸）、脂肪酸生物合成（硬脂酸）、纈氨酸與亮氨酸、異亮氨酸生物合成（纈氨酸）、精氨酸和脯氨酸代謝（尿素）等代謝物的變化發揮抗抑郁療效，并提示草酸和硬脂酸的結合可能成為未來抑郁診斷候選標志物。

3.3.4 柴胡疏肝散（CHSGS）

CHANG 等[14]探 究 白 芍（QBS）在 柴 胡 疏 肝 散（CHSGS）抗抑郁中的作用。尿液代謝譜發現的46 種差異代謝產物中，有20種與行為實驗中觀察到的蔗糖消耗量有顯著相關性，并被認為是評價CSGS 抗抑郁作用的療效標志物。實驗進一步證明，QBS 能夠改善在CUMS 引起的抑郁中6 種差異代謝物（谷氨酸、乙酰乙酸、肌酐、黃嘌呤酸、犬尿喹啉和N-乙酰羥色胺）的代謝紊亂，研究提示QBS 在抗抑郁作用中起著不可或缺的作用，并通過指紋圖譜明確QBS 的有效成分為芍藥苷、白芍苷、異麥芽牡丹苷和苯甲酰芍藥苷。

JIA 等[33]應用肝臟靶向代謝組學結合qRT-PCR 技術探究CHSGS 對肝損傷相關抑郁的保護作用。通過肝臟代謝譜分析，CHSGS 可使油酸、甘油磷膽堿、肉毒堿等多種由CUMS引起差異代謝物水平正常化。研究揭示，CHSGS 對小鼠肝臟的保護作用不僅與調節肝臟代謝（磷脂代謝和膽汁酸合成等）有關，也與抑制肝細胞凋亡關系密切。

3.4 中成藥

3.4.1 養心氏片（YXST）

DU等[38]探究YXST對小鼠血管性抑郁模型的抗抑郁作用。通過對腦組織中海馬的代謝組學分析發現，模型組中38 種代謝物發生了顯著性變化；YXST 給藥后，可將其中的23 種差異代謝物逆轉接近于正常水平，提示YXST 可能通過調節氨基酸和能量代謝等多種代謝途徑，保護小鼠免受血管抑制性損傷，發揮抗抑郁作用。行為學實驗與生化檢測顯示，YXST 可明顯上調海馬中NE、DA 及5-HT 的含量，減輕小鼠抑郁癥狀，這與代謝組學結果相符。

3.4.2 銀杏內酯注射液（DGMI）

LANG 等[38]以文拉法辛（抗抑郁藥）為陽性對照藥物探討了DGMI 的抗抑郁作用和機理。在SPT 和TST實驗中觀察到，DMGI 給藥后產生與陽性藥類似的抗抑郁樣作用。通過分析小鼠腦組織中海馬代謝譜圖，發現腹腔注射DGMI，可顯著改變磷酸鹽、甘氨酸、乙醇胺和肌苷等18 種差異代謝物水平，其中10 種代謝物的調節作用與陽性藥一致，這些生化變化包括神經遞質代謝、氧化應激、谷胱甘肽代謝、脂質代謝、能量代謝等。研究結果提示，DMGI 抗抑郁作用與調節多個代謝通路紊亂有關。

3.5 其他

3.5.1 沙棘籽油

TIAN 等[41]探索沙棘籽油抗抑郁作用。尿液代謝譜圖分析顯示，CUMS 抑郁大鼠尿液中庚二酸和棕櫚酸含量明顯減少，辛二酸、檸檬酸、鄰苯二甲酸、肉桂酸和5-羥甲基-2-呋喃甲酸（sumiki's acid）顯著增高；沙棘籽油給藥后，可使這些差異代謝物水平恢復至接近正常；這些差異代謝物分別參與了能量代謝、神經遞質合成以及脂肪酸代謝等代謝過程，提示沙棘籽油對大鼠的抗抑郁作用可能與調節這些代謝途徑有關。

3.5.2 圣約翰草提取物（St John’s Wort，SJ）

WANG 等[42]通過SJ、人參皂甙（GS）和丙咪嗪（CPM）的藥效對比，探討了SJ 抗抑郁的作用機制。大鼠血清、尿液和腦組織代謝譜分析顯示，SJ 主要抑制單胺類神經遞質代謝產物的變化，如下調血清、尿液和腦組織中酪氨酸和苯丙氨酸水平，上調尿液中5-HIAA 含量，與CPM 效果相似；而GS 對與興奮性/抑制性氨基酸和單胺類神經遞質代謝物均有影響，且比SJ和CPM 更能減輕應激引起的大鼠大腦和外周代謝產物的變化。該實驗首次從代謝組學層面闡明SJ 抗抑郁作用與調節單胺類神經遞質代謝產物相關。

4 小結與展望

基于代謝組學的中醫藥抗抑郁研究顯示，多種中藥有抗抑郁療效，其作用機制可能與調節抑郁患者或抑郁動物體內的差異性代謝物有關。通過分析總結的抗抑郁中藥藥效生物標記物有丙氨酸、乳酸、甘氨酸等29種差異性代謝物，這些物質亦可作為潛在的抑郁生物標記物，用于抑郁的早期診斷與治療等。相關代謝路徑分析表明，中藥調控的差異性代謝物，主要涉及氨基酸代謝、能量代謝、TCA 循環、脂質代謝、腸道菌群代謝、糖代謝等一個或多個代謝途徑，從而發揮抗抑郁功能。這些研究結果不僅從代謝組學層面驗證了抗抑郁中醫藥“多機制協同作用”的特點，同時也完善了中醫藥的抗抑郁機制。

代謝組學在中醫藥抗抑郁研究中，仍存在一些亟待解決的問題：一，中藥的成分復雜，藥效標志物的篩選具有一定的挑戰性；二，多數研究集中在中藥粗提取物層面，尚未揭示中藥抗抑郁活性單體成分；三，現有的研究多數只針對某一時間點機體靜態的代謝狀態，存在一定的局限性；四，基于代謝組學研究，文獻報道的與中藥抗抑郁相關的差異性代謝物數量很多，但有些代謝物在不同研究報道中的變化趨勢不一致，例如：N-乙酰天冬氨酸，有個別文獻報道在大鼠尿液中的含量升高[14]，與多數文獻報道不一致；檸檬酸鹽，不同文獻報道的大鼠尿液樣品中的NMR[16]與UPLCMS[22,25]的檢測結果相反。研究對象、造模方法、檢測樣本類別或數量、研究技術等的不同，可能是導致這些結果差異的原因。

未來代謝組學在中醫藥抗抑郁研究中，可從以下幾個方面深入探討：

其一，中醫藥抗抑郁的實驗對象，可考慮更多地偏向于臨床患者；同時考慮將在動物實驗中發現的具有抗抑郁功效的中藥，盡快的應用于臨床研究。

其二，可考慮引入動態的、多種生物樣本的代謝組學研究；多種代謝組學技術聯合應用；代謝組學結果與常規研究技術及其他新技術相互佐證等，提高數據的一致性與可靠性；此外，可應用循證醫學，采用Meta 分析等手段，對潛在的抑郁生物標記物進行臨床驗證。

其三，目前發現有抗抑郁功效的中藥品種多達數十種，其中一些品種已被應用于臨床抗抑郁治療，但藥理機制研究有待深入[44-45]；可考慮應用代謝組學技術，優先深入探索并完善這些潛在抗抑郁中藥的藥理機制。

其四，研究表明，傳統中醫療法治療抑郁，例如辯證論治[46]、針刺、艾灸結合穴位[47-49]等，具有療效明顯、毒副作用小、起效快和復發率低等優點，但具體作用機理尚未完全明確；目前已有基于代謝組學技術，探討針刺治療神經退行性疾病作用機制的研究[50]；今后可考慮采用代謝組學技術，深入探究上述傳統中醫療法的抗抑郁作用機制，推進中醫藥抗抑郁的研究進展。