基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎的研究思路與實踐＊

王恒和，王苗森，呂雙宏，張寒芳，趙夢竹，占思穎

（1. 天津中醫藥大學第一附屬醫院 天津 300193；2. 南京醫科大學第一臨床醫學院 南京 211166；3. 天津中醫藥大學研究生院 天津 300193）

中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究是中醫藥學現代研究的幾個關鍵問題之一[1]，亦是揭示中醫藥防病、治病和養生保健科學內涵的重要瓶頸。然而，目前評價中藥（單體/復方）療效的指標仍主要取決于患者的自報告和臨床醫生的主觀判斷而形成的經驗總結，采用分子生物學的方法和部分生化指標在簡單機制的藥理模型及分子水平探析中藥（單體/復方）的療效和作用機制，這對闡釋中藥（單體/復方）對疾病個體的整合調節作用（多靶點、整體性和動態性）尚缺乏令人信服的證據[2]。因此，應當遵循中醫藥學自身的發展規律，基于現代定性定量相結合的精確檢測手段與中藥（單體/復方）對疾病個體的整合調節作用特點，探尋可體現中藥（單體/復方）多靶點、整體性和動態性、揭示其藥效物質基礎的研究方法與技術[3]。

為此，本課題組提出了基于“證治代謝組學”假說[4]進行中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究的設想，本文就該研究思路的內涵、提出的背景與依據、實踐的方式與可行性、創新與特色及其研究意義等方面進行介紹。

1 基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究思路的內涵及模式

1.1 研究思路的內涵

“證治代謝組學”假說[4]指出，不同中醫證候存在著各自的代謝物組，即證相關代謝譜群和證相關生物標志物。為此，本課題組提出了基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究總體思路，其內涵主要包括：①中藥（單體/復方）作用于機體后，可能通過調節多條代謝通路，以引起機體內源性特異性代謝物組變化，產生特征性的代謝標志物群和生物標志物，使偏離正常的代謝網絡功能呈現修復的趨勢，從而改善其病理狀態；②這些特異性代謝標志物群和生物標志物可能是中藥（單體/復方）的藥效物質基礎所在，也是中藥（單體/復方）發揮防病治病和養生保健作用的部分內源機制，亦可能是其對疾病個體整合調節作用的具體體現；③中藥（單體/復方）作用于機體產生的毒副作用也可能與這些特異性代謝標志物群和生物標志物有關。

1.2 研究總模式圖

如圖1所示。

圖1 研究總模式圖

2 基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究思路提出的背景

利用代謝組學的方法研究中藥（單體/復方）藥效物質基礎及對疾病個體的整合調節作用是中醫藥現代研究的必然趨勢。21 世紀是一個信息爆炸的時代，科學技術突飛猛進，代謝組學（Metabonomics）作為系統生物學的重要分支也發展迅速，綜合性、集成性及整體性的系統生物學研究方法是其重要特點。這與傳統中醫藥學防病治病和養生保健的整體觀、系統觀是一致的，為“中藥（單體/復方）”藥效物質基礎研究提供了借鑒和可能[4,5]。中藥（單體/復方）成分相對復雜，對機體產生的影響不會只體現在單一的某一靶點、某一組分或某一器官，其效用體現的是機體的整體變化，可以影響到機體的各個部分，也就影響到了機體的各個代謝組分。代謝組學強調把生物個體在一定生化和環境條件下的所有代謝物組分，通過整體分析方法對全部的這些小分子代謝物進行非靶向的定量測定；通過測定生物個體受刺激或干預后其代謝產物的變化或其隨時空的變化來研究該生物體代謝網絡在疾病和藥物作用下的變化[6-8]。代謝組學注重把人作為一個系統來研究，并且在方法學上具有無創、動態、接近生理狀態研究等特點，跟中藥（單體/復方）防病、治病具有多靶點、整體性和動態性的整合調節特點很相近，這為中藥（單體/復方）的現代研究帶來了曙光[9-11]。因此，應用代謝組學的方法和技術研究中藥（單體/復方），一方面能相對全面地了解藥物在機體內的代謝情況，利于探尋藥物的藥效物質基礎和作用機制；另一方面，又充分符合了中醫學整體觀，即中藥（單體/復方）對疾病個體整合調節的特點，這也許有望成為中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究的一個突破口。

3 基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究思路提出的依據

3.1 理論依據

本課題組提出了“證治代謝組學”新假說[4]，其內涵主要包括：①生物個體不同的生理和病理狀態存在不同的物質代謝網絡特異性改變，并與中醫證候有關，即存在著“證相關代謝譜群”；②同一生理和病理狀態不同中醫證型間存在特征性代謝物組，即存在著“證相關生物標志物”；③病理狀態下的代謝網絡功能存在偏離，而辨證論治后呈現修復的趨勢；④“證相關代謝譜群”和“證相關生物標志物”可能與中藥（單體/復方）藥效物質基礎、毒副作用及其對疾病個體的整合調節作用有關。該假說為中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究提供了重要的理論依據。

3.2 實踐依據

基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究的相關工作積累為本研究思路奠定了重要的工作基礎。參照“證治代謝組學”假說理論，本課題組設計、完成了“心力衰竭氣陰兩虛證及生脈注射液干預的代謝組學研究”（國家自然基金，NO：90709037/C190103，2011年4月22 日國家自然科學基金委結題驗收，結題號：30007402-4060）發現：心衰患者的代謝網絡功能偏離正常，氣陰兩虛證存在特異的生物標志物，生脈注射液干預后呈現代謝網絡修復的趨勢。2015年獲得了國家自然科學基金面上項目的資助，設計并完成了“基于代謝組學的冠心病生化代謝譜與其中醫證型的相關性研究”（NO：81573849，已結題），本課題組發現，與健康受試者相比，冠心病受試者唾液的顯著性差異代謝物有15種，尿液的顯著性差異代謝物有21種；冠心病心血瘀阻證與氣陰兩虛證患者唾液的顯著性差異代謝物有7 種，尿液的顯著性差異代謝物有6 種。這為進一步開展基于“證治代謝組學”假說的中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究提供了借鑒和可能。近年來，本課題組完成了國家自然科學基金“參麥注射液對心衰犬地高辛藥動學的影響及機制研究”（NO：30371752）、國家中管局“生脈注射液對心衰患者地戈辛血濃度影響機制研究”（NO：02-03ZP17）、天津市教委“參附注射液對心衰大鼠地高辛藥動學的影響”（NO：20030111）、“生脈注射液對心衰大鼠地高辛藥動學影響的實驗研究”（NO：020342）等各類基金課題多項，發表了相關研究成果[12-16]，并就冠心病中醫證候客觀化研究、六五一丸（651 丸）治療冠心病心絞痛的臨床療效[17-19]等問題進行了研究，在證候基礎、藥效/藥代和藥效物質基礎研究方面積累了一定經驗。

4 基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究思路的實踐方式與可行性

以冠心病為研究載體、氣陰虛血瘀證為切入點、活血保心丸（651 丸）為干預措施，基于“證治代謝組學”假說理論，借鑒代謝組學的方法和相關技術進行中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究實踐是可行的。

4.1 代謝組學在冠心病證候基礎及其發病機制研究方面成果豐碩，為本研究思路的開展在方法學上奠定了堅實基礎

冠心病（Coronary heart disease，CHD）是冠狀動脈粥樣硬化、血管狹窄而致心肌缺血缺氧的一組臨床綜合征，同時亦是一種代謝紊亂性疾病，其病因主要涉及環境和遺傳因素，二者相互作用可能影響機體多種代謝網絡功能，進而引起血液、唾液和尿液等體液中各種代謝物含量的變化。因此，表征、辨識血液、唾液和尿液等體液的中代謝物及其水平變化有望詮釋疾病發生發展的病理生理學機制[20]。作為系統生物學重要分支的代謝組學是對生物個體（細胞、組織或器官）中全部分子量＜1000 Da 的代謝產物進行鑒定分析，現已廣泛應用于心血管疾病研究。通過對CHD 患者及模型樣品中多種小分子物質進行非靶向定性定量分析，探尋CHD 患者內、外環境改變后其體內代謝產物水平的變化特征，發現與疾病發生發展相關的標志性代謝物組，有利于CHD的防治關口前移[21-23]。

近年來，有很多學者借助代謝組學技術對CHD 做了相關的研究，并發現了潛在的CHD 相關代謝標志物群，如氨基酸代謝異常，膽堿代謝異常，磷脂代謝異常以及與CHD 相關的其他代謝標志物。在CHD 氣虛證、血瘀證和氣陰兩虛證領域，已有大量的研究，為本研究思路的實踐奠定了重要的方法學基礎。代表性研究有：史琦等人利用代謝組學技術篩選出氣虛證的特征性代謝產物包括乙酞補氨酸、賴氨酸、纈氨酸和肉堿[24]，纈氨酸和丙酮有可能作為CHD 血瘀證的特異代謝產物[22]。新近有學者開展了一些基于核磁共振技術的CHD 血瘀證和氣陰兩虛證動物模型的代謝組學研究[25-26]表明，CHD 不同中醫證型與代謝物組譜存在一定的相關性。而對于CHD 氣陰虛血瘀證復合證型的研究則相對較少，目前僅見于華何與等團隊的研究[27-28]。該團隊對CHD心血瘀阻、氣滯血瘀、氣虛血瘀三種證型進行代謝組學研究，結果表明氣虛血瘀證患者血漿代謝產物較心血瘀阻證和氣滯血瘀證差異顯著，但心血瘀阻與氣滯血瘀兩證型組間無明顯差異；同時，發現CHD 不穩定性心絞痛痰濁痹阻證與氣虛血瘀證患者血清代謝物組及其水平有明顯不同，兩證型組間的存在各自的特異性代謝標志物，能輔助區分上述兩種證型[29-31]。

4.2 活血保心丸作為益氣養陰活血的中藥復方制劑，治療CHD 的臨床療效確切，開展其藥效物質基礎研究具有重要意義

CHD 屬醫學“胸痹”“心悸”“心痛”等范疇，病機以“陽微陰弦”為統領，證屬本虛標實；本虛以氣虛、陰虛、陽虛為主，標實以痰飲、血瘀以及寒凝為要[17]。心之氣虛陰虛是CHD 發病的病機關鍵，而血瘀、痰飲是其重要的病理基礎；氣陰虛血瘀為最突出的病理改變，這與現代醫學的認識是相符的[17]。國內學者研究發現，氣陰虛血瘀是CHD 的主要病機[32]，氣虛、陰虛、血瘀則為CHD 最常見的證素[33]，其中醫證型以氣陰虛血瘀型最為多見[34，35]。新近幾年的研究顯示，運用益氣養陰活血治法防治CHD 獲得了較為滿意的臨床療效，相應的對其物質基礎研究與內源機制探討已成為備受關注的重大課題[36，37]。

活血保心丸又名六五一丸（651 丸），是我院結合冠心病的病機特點創制的用于慢性穩定性心絞痛治療的院內制劑，功擅益氣養陰，活血通脈[17]，臨床已運用六十載，療效確切，但目前有關其藥效/物質基礎研究甚少。本課題組前期臨床研究[17]顯示，活血保心丸可明顯改善CHD 氣陰虛血瘀型患者的臨床癥狀，提高運動耐力和生活質量，近遠期療效均較好[17]。藥理研究表明，活血保心丸中黨參、麥冬、五味子、雞血藤等主要藥味可擴張冠狀動脈、降低心肌氧耗、調節血壓、血脂、血糖和改善血液流變學等，這或許是活血保心丸防治冠心病的某些藥效機制[16，17]。然而，就益氣養陰活血復方活血保心丸對CHD 氣陰虛血瘀證心肌血供的具體影響以及其改善心肌血供的藥效物質基礎研究，目前還未見報道。本課題組認為，活血保心丸作用于機體后，可能通過調節多條代謝通路，以引起機體內源性特異性代謝物組變化，產生特征性的代謝標志物群，從而改善心肌缺血缺氧狀態，使偏離正常的代謝網絡功能呈現修復的趨勢。因此，在“沒有全民健康就沒有全面小康”的新時代，加強對中藥優勢品種的保護和優秀院內制劑的二次開發，惠及眾多百姓，利用代謝組學的方法和技術開展中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究就顯得尤為重要。

4.3 以“證治代謝組學”假說為指導，采用“病-證結合”研究模式，以CHD 為研究載體，借鑒代謝組學方法有望發現活血保心丸治療CHD的藥效物質基礎

氣陰虛血瘀證是臨床上CHD 最常見的和最具代表性的證候類型[32-33]，比較適合選擇作為研究切入點。以本課題組提出的“證治代謝組學”新假說[4]為指導，采用“病-證結合”研究模式，以CHD 為研究載體、“氣陰虛血瘀證”為切入點、活血保心丸為干預措施，并設益心舒膠囊（主治氣陰兩虛血瘀型CHD）為陽性對照，在前期“基于代謝組學的冠心病生化代謝譜與其中醫證型的相關性研究”（國家自然基金，NO：81573849）基礎上，借鑒代謝組學方法探討活血保心丸對CHD（胸痹心痛）氣陰虛血瘀證小型豬模型心肌血供影響及其可能的機制；并利用液相色譜質譜（LC-MS）聯用等現代分析技術分析活血保心丸干預前后小型豬的血清和尿液，通過模式識別等方法進行聚類分析和生物標志物分離、鑒定，以期找到特定的代謝標志物群，探尋小型豬經活血保心丸干預前后與心肌血供機制相關的小分子代謝物變化規律和代謝途徑，考察具有益氣養陰活血作用中藥復方活血保心丸對CHD 氣陰虛血瘀證小型豬偏離正常的代謝網絡功能的修復作用，以闡明其改善CHD 心肌血供的某些內源機制，有望發現活血保心丸這一優秀院內制劑治療CHD 的部分藥效物質基礎。

5 基于“證治代謝組學”假說探討中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究思路的創新特色與意義

5.1 創新與特色

“證”和“證候”是疾病發生、發展某一階段的病理概括，很可能是機體受內外環境等各種因素擾動后代謝網絡功能發生特異性改變的一種病理狀態；不同的證候類型可能代表著機體多條代謝通路的異常；采用中藥（單體/復方）辨證論治后其偏離正常的代謝網絡功能呈現回歸趨勢。基于此，筆者提出了中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究的總體思路和具體的實施模式，其創新在于：①總體思路注重系統生物學的方法及技術和傳統中醫學理論的交叉與融合，開啟了中藥藥效物質基礎現代研究的新模式。②以課題組提出的“證治代謝組學”假說理論為指導，借鑒代謝組學的方法與技術，結合中藥防病治病整體性、多靶點和動態性的整合調節特點，以CHD 為研究載體，以氣陰虛血瘀證為切入點，探討了中藥藥效物質基礎研究的思路與方法。③該研究思路著眼于從系統生物學角度發現中藥（單體和復方）的藥效物質基礎，闡釋中藥尤其是復方“方證相應”的科學內涵，是具有理論創新和方法創新的探索性工作。

5.2 研究意義

中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究已成為當今備受關注的熱點和難點課題。中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究是中醫藥現代化、產業化和國際化的前提和基礎，也是促進中醫藥向“一帶一路”沿線國家傳播和發展的關鍵所在[38]，更是在構建“人類命運共同體”和“人類衛生健康共同體”的大背景下中醫藥走出去得到國際醫學界廣泛認同的重要途徑和必然要求。綜上，基于“證治代謝組學”開展中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究的思路具有重要的理論價值（學術價值）和實踐價值，研究意義重大。相信在代謝組學等諸多學科技術的支持以及既往學者相關研究成果的基礎之上，以“證治代謝組學”新假說為指導，采用“病-證結合”研究模式，開展中藥（單體/復方）藥效物質基礎研究是切實可行和必要的。這將為研究中藥（單體/復方）藥效物質基礎及其對疾病個體的整合調節作用提供新的思路，有助于推動中藥（單體/復方）現代化研究的步伐；亦可為中醫證候基礎研究的客觀化與規范化提供參考。