中医方证代谢组学研究进展(2020年卷)(精)

**章 中医方证代谢组学研究 中药有效性的科学阐明是站在更高层面理解中医理论科学价值及中医临床经验实用价值的必然之路，是发现药效物质基础及开展创新药物设计的前提，也是发挥中医药优势，沟通中医学与现代医学，“让中医药走向世界”的有效渠道。中药有效性包括三方面内容，即临床效应、效应机制及效应成分。有效性在临床上是以方剂为用药形式针对证候表达的，而经典的以单味中药为研究对象阐明中药效应、效应机制及效应成分的方法没有充分体现方剂配伍理论特点及方证对应临床用药实践特征，限制了中药有效性相关系列科学问题的揭示。 基于此，早期建立的中药血清药物化学理论及方法（2002年国家科学技术进步奖二等奖）与代谢组学技术相整合，以发现阳黄证生物标志物为切入点，开展茵陈蒿汤治疗阳黄证的有效性研究。首先利用代谢组学技术表征阳黄证生物标志物33个，并揭示阳黄证相关的代谢径路及关键代谢酶；以此为依据评价茵陈蒿汤临床治疗阳黄证的效应并揭示其作用机制；同时，利用中药血清药物化学方法在有效状态下表征21个茵陈蒿汤进入体内的化学成分及其动态变化规律；并将21个外源性化学成分动态与33个内源性阳黄证标志物动态相关联，发现蒿属香豆素、茵陈色原酮、京尼平苷、大黄酸等来源于方剂的体内成分能够调节阳黄证关键标志物代谢轨迹，揭示了茵陈蒿汤治疗阳黄证的作用靶点及通路和药效物质基础。研究结果既为阳黄证的客观诊断及治疗药物的效应评价提供了新靶点，也为充分认识和有效利用茵陈蒿汤提供了科学依据。 经过对15个中医证候标志物及对应的经典方剂有效性系统研究，建立了以证候为切入点，以方剂为研究对象，集阐明效应、揭示效应机制及鉴定效应成分于一体的中药有效性研究的新策略——中医方证代谢组学（Chinmedomics）。即：利用代谢组学技术表征证候生物标志物，以证候生物标志物为参数评价方剂效应；在显效状态下，以中药血清药物化学方法分析鉴定方剂进入体内的成分，将方剂进入体内成分与证候生物标志物相关联，挖掘与生物标志物轨迹变化高度关联的方剂体内成分，发现表达方剂临床疗效的药效物质基础并阐明其效应机制，从而解决中药有效性相关的科学问题。在国际上首次提出基于组学策略的中药药效物质筛选及鉴定一体化技术，实现了中药复杂体系的有效性评价及药效物质分析的同步完成，该理论及方法打破了以有限靶点评价中药效应的局限，走出了以单味药研究结果反映临床实践的误区，既丰富了中药血清药物化学内涵，又拓展了代谢组学应用领域，更为证候与方剂等科学问题解决提供了新策略。该理论和方法的出现，实现了用化学生物学理论阐释中药效应、效应机制及效应成分等有效性问题，让现代医学家乃至生命科学家能够充分认识到中医药理论的科学价值及中医药应用临床经验的实用价值，推动中医药的学术进步及新医学理论的形成。研究成果被国际“千名医学家”等学术机构重点推介，并以“Interesting Hypothesis，New Finding，Exceptional”等指出了该项工作的首创性和重大意义；Nature主刊对其进行专题报道：认为其是研究中药有效性的强有力方法，为沟通中医学与西医学的生物学语言。 **节 证候/疾病标志物表征 利用代谢组学技术表征中医证候代谢轮廓及生物标志物，为中医证候/疾病客观诊断及方剂临床疗效精准评价提供新靶点。方衡等[1]建立液相色谱串联质谱可视化和快速表征小分子代谢物技术，采用代谢物全覆盖方法并结合多元统计筛选关键的生物标志物，有助于发现小分子代谢物与功能代谢途径紧密相关的治疗靶标。李若瑜等[2]运用代谢组学技术寻找非酒精性脂肪肝肝郁脾虚证大鼠尿液的内源性代谢产物，发现了乙酸、肌酐、α-酮戊二酸、牛磺酸等12种差异代谢物。王东等[3]通过尿液代谢组学探讨原发性肝癌脾虚湿盛证患者代谢变化机制，发现患者尿中马尿酸、氧化三甲胺、柠檬酸、丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸含量均较健康人低，存在糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢紊乱。李维薇等[4]探讨了婴儿巨细胞病毒肝炎湿热内蕴证、脾虚湿困证及气滞血瘀证的尿液代谢特征，涉及多种氨基酸代谢、能量代谢及肠道菌群相关代谢紊乱。李佳曦等[5]基于代谢组学探究女童中枢性性早熟证的代谢特征，发现阴虚火旺证患者主要为氨基酸代谢、脂质代谢紊乱，肝郁化火证患者主要涉及氨基酸代谢紊乱，湿热内蕴证患者主要体现为5-羟色胺、儿茶酚胺代谢紊乱。荣立洋等[6]运用代谢组学方法研究缺血性中风痰湿证患者潜在生物标志物，主要为1-甲基组氨酸、谷氨酰胺、苯丙氨酸等，与氨基酸代谢、能量代谢、脂质代谢密切相关，涉及血脑屏障破坏、三羧酸循环无氧糖酵解增强、叶酸代谢通路障碍、胆碱代谢异常。孙振高等[7]从卵泡液代谢角度探寻不孕症肾阴虚证的证候物质基础，发现与肾阴虚型不孕症相关的潜在生物标志物有30种，主要包括脯氨酸、尿苷二磷酸、6-氧代己酸酯、亚油酸酯等。彭晓婷等[8]应用尿液代谢组学方法筛选了左旋谷酰基-左旋半胱氨酸、左旋甲酰犬尿氨酸和褪黑素等湿热泄泻型的7个潜在代谢标志物，涉及色氨酸代谢、核黄素代谢与亚油酸代谢等代谢通路。杨秀娟等[9]基于血浆代谢组学方法从血瘀模型大鼠中检测出46种差异代谢物，涉及脂质代谢、糖酵解、氨基酸代谢及不饱和脂肪酸代谢紊乱。梁谋等[10]采用代谢组学筛选确定5种代谢物为难治性肾病综合征脾肾阳虚证的生物标志物，差异代谢物提示机体出现氨基酸代谢、三羧酸循环紊乱及肝肾功能异常。 朱晓蓉等[11]采用代谢组学检测技术鉴定增殖期糖尿病视网膜病变的136种差异代谢物，显著富集3条通路，分别为硫代谢、鞘脂代谢以及半胱氨酸和甲硫氨酸代谢。谢静等[12]利用功能代谢组学方法揭示前列腺癌细胞中21种差异代谢物，建立前列腺癌整体代谢网络并揭示9种相关代谢途径，主要包括烟酸和烟酰胺代谢、苯丙氨酸代谢以及色氨酸代谢等。刘倩倩等[13]借助非靶向代谢组学方法获得了中国冠心病患者群体的代谢指纹图谱，发现了105种与冠心病相关的代谢物，挖掘了石胆酸和磷脂酰甘油（20∶3/2∶0）这两种与冠心病病理过程有强关联的潜在生物标志物。孙晖等[14]基于高通量代谢组学方法阐明结肠癌的病理代谢机制，共鉴定出28种生物标志物，包括吲哚乙醛、5-羟基吲哚乙酸、次黄嘌呤、2-羟基丁酸等，主要与色氨酸代谢和甘油磷脂代谢紊乱相关，为疾病预防、实时诊断、个性化治疗及预后转归或临床药物治疗等提供科学依据。 第二节 方剂效应精准评价 方剂有效性精准评价是挖掘和揭示中医药治疗优势的前提，只有对中医证候状态“精准”辨识，对中药方剂“精准”认识，以及基于有效状态“精准”地评价疗效，才能实现中医方剂的精准治疗。以中医证候代谢轮廓及生物标志物为靶点，建立了中医证候/疾病生物学评价体系，精准评价相应方剂的临床疗效并揭示作用机制。尹春园等[15]基于液质联用血清代谢组学方法发现理气活血颗粒主要通过调节组氨酸、甘油磷酸胆碱和二氢鞘氨醇，影响胆碱代谢、组氨酸代谢、脂肪酸转运和脂肪酸氧化代谢途径，对气滞血瘀证产生治疗作用。杜珂等[16]利用血清代谢组学方法分析发现龟龄集可显著改善阳虚证大鼠的肾亮氨酸-异亮氨酸代谢、醚酯代谢、胆汁酸代谢途径，调节能量平衡、肠道稳态和免疫功能。周严严等[17]运用代谢组学方法鉴定α-N-苯乙酰基-L-谷氨酰胺等10种化合物与黄连解毒汤干预胃火炽盛证作用代谢途径有关，主要涉及天冬氨酸和谷氨酸代谢，D-谷氨酰胺和D-谷氨酸代谢等。龚梦鹃等[18]发现护肝片明显回调急性肝损伤大鼠的8种代谢标志物，能调节机体三羧酸循环和肠道菌群代谢进而改善肝功能，减轻肝损伤。姬海南等[19]观察吴茱萸汤对虚寒呕吐大鼠尿液代谢谱的变化，可有效调节大鼠体内氨基酸代谢、能量代谢及脂质代谢紊乱。刘职瑞等[20]的研究表明，百合知母汤可使抑郁模型大鼠血清中23个差异代谢物回调至正常水平，通过脂肪酸酰胺、苯丙氨酸、甘氨酸和脂质代谢通路协同发挥抗抑郁作用。柴瑞平等[21]利用代谢组学方法发现生脉注射液调节牛磺酸和亚牛磺酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢是治疗脓毒症的关键效应机制。孙丽等[22]从整体代谢网络调控角度阐释清血消脂方通过改善糖脂代谢、同型半胱氨酸及胆碱/磷脂酰胆碱等代谢延缓动脉粥样硬化进展。 刘史佳等[23]评价白头翁汤治疗溃疡性结肠炎小鼠效应变化机制，共鉴定出6种潜在生物标志物，白头翁汤可以调节恢复３条异常代谢通路。潘琳琳等[24]利用代谢组学方法阐明理脾调脂胶囊调节高脂血症、脂质代谢紊乱。其主要作用机制与三羧酸循环、氨基酸代谢以及嘌呤代谢密切相关。夏伯候等[25]的研究表明妇科千金胶囊通过影响甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径、氨酰tRNA合成途径以及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸合成途径达到对盆腔炎的治疗作用。杨宇峰等[26]的研究揭示益糖康通过调节糖代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、三羧酸循环等途径来发挥对糖尿病气阴两虚证机体糖稳态的调控。王丽昀等[27]研究发现心复康口服液可以改善心肌梗死后心力衰竭大鼠受阻的三羧酸循环，减少中间代谢产物的堆积，改善心肌梗死后心力衰竭大鼠能量代谢障碍。隋雨桐等[28]确定了与肺癌相关的22个代谢生物标志物，发现芪杉方对其中18个代谢标志物具有明显的回调作用，涉及7个代谢通路。农菲菲等[29]利用代谢组学方法鉴定出炎症性肠病大鼠血清中8个生物标志物，大黄牡丹汤可上调苯乙酰甘氨酸、鞘氨醇、黄嘌呤、色氨酸、吲哚的含量，下调甘氨酸、苯丙氨酸的含量。曹瑞等[30]基于代谢组学研究四逆散干预创伤后应激障碍大鼠的分子生物学机制，筛选血清15个特征性调节分子。余鹏飞等[31]研究鉴定出哮喘患者尿液中26个差异性物质，镇喘保肺汤调节其中17种物质，通过抑制酪氨酸的合成从而控制哮喘的发作。张爱华等[32]采用代谢组学方法评价刺五加茎总木脂素对去卵巢骨质疏松模型大鼠的干预作用，证实早期干预对模型大鼠的代谢网络产生了明显影响，使得尿液和血液代谢谱发生了明显变化；表征了总木脂素显著回调的16个生物标志物，其中与骨质疏松密切相关的标志物有甘氨胆酸、酪氨酸、1-甲基组氨酸、皮质醇、皮质酮等，通过追踪与上述关键代谢产物相关联的代谢通路的变化规律，发现总木脂素主要干预的代谢通路包括类固醇激素合成、花生四烯酸代谢、组氨酸代谢、酪氨酸和色氨酸生物合成。 第三节 方剂药效物质研究 通过构建方剂体内成分与证候生物标志物关联度分析平台，发现可通过调整证候标志物轨迹变化，从而表达临床疗效的体内成分，成功实现了高效、整体解析中药药效物质基础。王喜军等[33]应用血清药物化学方法研究肝火亢盛型高血压疾病状态下大鼠口服罗珍胶囊后的血中移性成分，并采用方证代谢组学方法分析内源性生物标志物变化，构建罗珍胶囊血中移行成分与潜在内源性生物标志物关联网络关系，进而阐明罗珍胶囊治疗肝火亢盛型高血压的药效物质基础；从尿液中鉴定出32个潜在内源性生物标志物，罗珍胶囊可回调18个生物标志物水平；表征了47个血中移行成分，包括32个原型成分和15个代谢产物，将血中移行成分与生物标志物的变化进行关联分析，确定25个体内成分与肝火亢盛型高血压内源性生物标志物高度相关，初步阐明罗珍胶囊药效物质基础。刘晓等[34]利用化学成分和代谢特征之间的相关性方法研究防己黄芪汤治疗肾病综合征潜在药效物质基础，结果鉴定出肾病综合征17种生物标志物，主要涉及亚油酸代谢、氰氨基酸代谢、甘氨酸、花生四烯酸代谢和甘油磷脂代谢等代谢途径。通过超高效液相色谱串联质谱技术研究血清成分的动态过程，采用皮尔逊相关分析确定内源性代谢谱与化学血清谱之间的相关性，筛选出防己黄芪汤治疗肾病综合征的活性成分，包括粉防己碱、N-甲基芳基胆碱、甘草酸等。 孙晖等[35]采用方证代谢组学技术确定冠心病模型的生物标志物及相关的代谢通路并揭示精制冠心片药效物质基础，确定了与冠心病模型相关的25个生物标志物，主要涉及氨基酸、糖类、核苷酸、维生素和辅酶因子代谢通路，精制冠心片能够回调21个生物标志物水平，主要影响氨基酸代谢通路、核苷酸代谢通路；在精制冠心片治疗冠心病模型大鼠有效状态下进行