代谢组学在中医中药研究中的应用

代谢组学在中医中药研究中的应用

综合征理论在中医学中发挥着重要作用。这是中医辨证诊断和治疗的精髓，与中医的基础和临床相结合，对于阐明中医的科学内容，促进中医各学科的发展具有重要意义。国家自然科学基金委指出:“证候与疾病和方剂的相关性理论是中医基础理论建立的最根本问题,并列为中医药重大研究计划”,沈自尹院士把“证”定义为“是一种综合性功能态,有具体的功能网络和调控中心”,21世纪生命科学的发展趋势是重视整体性和复杂性研究。代谢组学具有整体性和系统性的特点,它与中医学在方法论原理上具有统一性,即两者都把整体性、系统性作为认识的出发点,故可以把代谢组的理论、方法和技术作为研究中医证本质的出发点和切入点。代谢组学技术与中医证的研究相结合,可把证的研究再次推向科学发展的前沿,成为中医现代化最重要的研究方向之一和有效突破口之一。代谢组学的研究通过对某一病证相关特定组分的共性加以分析、判断,能够帮助人们更好地理解病变过程及机体内物质的代谢途径和状况。同时,代谢组学还有助于疾病的生物标记物的发现而达到辅助临床诊断的目的。代谢组学通过高能量的分子化合物结合模式分析的方式,是一项比较适合证候学研究的技术手段。中医病证引起代谢物组的共性分析和生物标记物的发现,将探索出中医药复杂理论体系研究的新方法与新途径,将证的研究可以和处于科学前沿、综合程度很强的系统生物学方法相结合,同时也是生命科学和临床医学相结合。这将把“证”的研究再次推向科学发展的前沿,成为中医现代化最重要的研究方向之一。随着分子生物学的发展,近年有人从神经-内分泌-免疫网络方面来探讨证的实质,对中医证候进行了各种客观指标的研究,取得了一定的成果。然而,这些研究都只反映了部分已知基因表达产物(受体、酶、细胞因子以及肽类等)的改变。其后基因组学和蛋白组学由于难于和生物学靶位点对位,以及不能动态、实时地反映整体信息,尚未能揭示证的实质。而代谢组学采用的是“自上而下”式的研究方法,是对代谢的终端产物进行多元化综合分析,从整体上展示生物体内在的变化状态,避免了以往采用单一指标或少数几个指标研究某种病理和生理变化,这与中医学的整体观念十分吻合。著名学者GermanJB曾在他的文章中写到:“基因组学反映了什么是可以发生的,转录组学反映的是将要发生的,蛋白质组学指出了什么是赖以发生的,只有代谢组学才真正反映业已发生的”。而且证候物质基础不一定会集中在某一脏器,而应是一组相关物质,非单一特异性物质,有“集群”和“组”的特征,故证本质的研究归根结底也是探寻物质基础群的研究。证候本质研究的目标是寻找和确定中医证的客观检测指标,对证进行定量的表达,借此对疾病作出定量的证的诊断。反映中医证候规律的“物质基础”将可能是“组”、“群”、“谱”的集成形式。而代谢组学正具备反映和解决这些问题的“组”、“群”、“谱”集成的分析功能,它通过检测和分析不同证候患者的尿液或血液中的代谢成分,帮助人们更好地理解证候形成过程及机体内物质的代谢途径和代谢状况,更准确地反映生物体系的状态。代谢组学能够提升中医证的科学价值,重要的意义在于其可能在阐明中医证本质方面蕴涵着巨大潜力。从古至今,临床中医证型主要是靠医生主观经验判定,很难标准量化。临床科研多采用流行病学的方法,通过望闻问切,将四诊所获得的信息进行整理,研究其中一些普遍性的规律建立诊断标准。由于这种诊断标准的准确性很大程度上依赖医生的临床经验,在一定程度上影响了所制定的“证候标准”的可靠性和准确性。代谢组学技术可以提高诊断的科学化、定量化,避免了人为主观因素的干扰和不确定性,为证候标准化的研究提供了一种可行的方法。可以让我们从多个层次理解阐明并最终诠释中医证的科学内涵。现将近年来代谢组学在中医证本质研究中的具体应用概述如下。生物标志物特征徐舒等建立并验证“肝郁证”大鼠模型,在此基础上运用代谢组学的方法(1H-NMR)研究“肝郁证”代谢组学特征及生物标志物。研究发现模型组血浆中葡萄糖和肌酸的含量明显偏高,而3-羟基丁酸(3-HB)、谷氨酰胺(Gln)、磷脂酰胆碱(PtdCho)、磷酸胆碱(PCho)和不饱和脂肪酸(UFA)的含量明显偏低,这些差异小分子物质构成“肝郁证”的代谢标志物群,成为肝郁证代谢水平的物质基础,有助于阐释肝郁证的本质。中医证候学的提出罗和古等研究慢性束缚应激大鼠(肝郁脾虚模型)的血浆代谢表型改变,采用核磁共振波谱仪检测并进行主成分分析,开展中医证候学的研究,试图通过对慢性束缚应激大鼠代谢物组的共性分析和生物标记物的发现,寻找肝郁脾虚证候的生物学本质。发现醋酸、乳酸、酪氨酸、低密度脂蛋白和3.44ppm的未知化合物的谱峰峰形改变较为明显。这些发生改变的代谢物可以作为肝郁脾虚证的生物标志物做进一步的研究。有机溶剂和药物代谢华何与等对冠心病心绞痛血瘀证(气滞血瘀证、心血瘀阻证、气虚血瘀证)患者的血浆样本进行氢核磁共振(1H-NMR)检测。通过偏最小二乘判别分析方法研究各组之间的血浆代谢产物谱差异。与健康人相比,心绞痛血瘀证患者血浆柠檬酸、琥珀酸、葡萄糖、乙酰糖蛋白、低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、3-羟基丁酸、谷氨酸、脯氨酸、亮氨酸含量较高,高密度脂蛋白、不饱和脂肪酸、苏氨酸、组氨酸含量较低。血浆1H-NMR代谢谱差异能明显区分健康人与心绞痛血瘀证患者。能在一定程度上区分气虚血瘀证与其他血瘀证。与其他血瘀证相比,气虚血瘀证组血浆柠檬酸、3-羟基丁酸、丙酮、氧化三甲胺含量较高,葡萄糖、N-乙酰糖蛋白、酪氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、亮氨酸含量较低。李林等利用基于核磁共振氢谱的组学分析方法研究气虚血瘀证大鼠对比正常大鼠尿液的组成变化,发现病变大鼠尿液中甲酸(formate)、肌氨酸酐(creatinine)、α-酮戊二酸(2-oxoglutarate/2-OG)、柠檬酸(citrate)、牛磺酸(taurine)、氧化三甲胺(trimethylamine-N-oxide/TMAO)、琥珀酸(succinate)、马尿酸(hippurate)等成分的含量发生了变化,为进一步提示气虚血瘀证的产生机制和病症治疗提供了证据。张红栓等利用1H-NMR方法研究冠心病心绞痛痰浊证、血瘀证患者的尿液代谢组学特征。结果显示冠心病心绞痛痰浊证患者与冠心病心绞痛血瘀证患者能够被区分,两组尿液样本之间的代谢物含量存在明显差异。冠心病心绞痛痰浊证组尿液中柠檬酸、α-酮戊二酸、顺式-乌头酸、葡萄糖、3-羟基丁酸、丙酮、酪氨酸、肌酐、氧化三甲胺、二甲胺、马尿酸的含量高于血瘀证组,而胆汁酸、组氨酸的含量低于血瘀证组。简维雄等[20运用气相色谱/质谱(GC-MS)联用法进行血浆代谢组学研究,对心血瘀阻证大鼠血浆的代谢产物、血液流变学指标的变化进行分析识别,发生改变的乳酸、丙氨酸、缬氨酸、琥珀酸、苹果酸、硬脂酸、花生四烯酸、果糖等8种代谢物与反映“血瘀”病理的血液流变学指标的改变具有一致性,有可能作为心血瘀阻证代谢性生物标志物。不同时点模型大鼠代谢谱刘卫红等探讨了痰瘀证候的动态演变、时相特点和由痰致瘀在代谢方面的变化,采用核磁共振波谱仪检测并进行主成分分析,结果显示各组大鼠代谢谱亦不相同。随着造模时间的延长,不同时点模型组大鼠的代谢谱亦不相同,这与同时检测的血脂、血液流变学结果相一致。模型组大鼠血浆中差异性代谢物有以下物质:乳酸、丙氨酸、乙酸、N-乙酰糖蛋白-NCH3、O-乙酰糖蛋白-OCH3、氧化三甲胺(TMAO)、磷脂酰胆碱、葡萄糖、胆固醇、VLDL(-CH3)、LDL/HDL(-CH3)、VLDL(CH2)n、LDL/HDL-(CH2)n、不饱和脂肪酸,表明高脂血症痰瘀演变过程中存在着非常明显的代谢产物,阐释了中医痰瘀证候的生物学本质。慢性心力衰竭和肾衰患者高校代谢物质代谢分析郑海生等通过GC-MS联用及模式识别为主的代谢组学方法,研究慢性心力衰竭肾阳虚证患者的代谢模式。研究发现慢性心力衰竭肾阳虚证患者、非肾阳虚证患者和正常人具有不同的代谢模式,以GC-MS为技术特点的代谢组学研究方法能将三者区分。陶秀梅利用氯甲酸乙酯(ECF)衍生化,GC-MS方法测定慢性心衰和肾衰患者尿液的代谢物组,获得原始代谢图谱信息,然后通过多维统计,确定与不同生理病理状态密切相关的有显著特征的代谢物。与慢性心衰“肾阳虚”密切相关的代谢物范围广泛,主要包括氨基酸、脂肪酸、胺类。涉及到多条代谢通路,如脂肪酸代谢、氨基酸代谢、能量代谢和儿茶酚胺生物合成。慢性肾衰“肾阳虚”密切相关的代谢物有丙氨酸、柠檬酸、5-羟色胺、酪氨酸、十六烷酸、油酸、亚油酸。涉及到的代谢通路有氨基酸代谢、TCA循环、色氨酸代谢、儿茶酚胺代谢、脂肪酸代谢等。董飞侠从尿液代谢组学的角度研究慢性肾病Ⅲ期肾阳虚证患者代谢物质的变化,能够很好地区分阳虚与非阳虚的差异性。差异性物质的关键代谢成分分别是丙氨酸、氨基丙二酸二乙酯、脯氨酸、柠檬酸、马尿酸和组胺等物质。糖尿病肾阴虚证相关生物标记物识别孙永宁等运用GC-MS方法研究糖尿病肾阴虚证大鼠模型尿液的代谢表型变化,证实大鼠的尿液代谢谱与糖尿病肾阴虚证密切相关,识别了与糖尿病肾阴虚证相关的生物标记物有:甘氨酸、琥珀酸、十六烷酸、胆固醇。性私家车网络对性私家车网络的影响童宁宁应用代谢组学研究中医脾脏湿热蕴脾证唾液代谢组的变化,从唾液代谢组学角度探讨湿热蕴脾证的内涵,找到慢性胃炎湿热蕴脾证的特异性标志物有白氨酸、苯丙氨酸、丙酸盐、甘氨酸、精氨酸、羟丁氨酸、乙酰基糖、异丁酸、蔗糖、正丁酸,从现代科学的角度论证了脾在液为涎的科学内涵。郑丽红应用核磁共振(NMR)等方法研究湿热蕴脾证唾液的代谢特征,找到潜在标志物乳酸(1.34ppm)、N-乙酰蛋白(2.1ppm)、乙醇(1.18ppm)。存在的非定常性化合物初燕运用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱联用技术分析脾气虚患者血浆中小分子代谢组成分,发现carnitin(8:0)、GPCho(38:6)和分子量为341.282的未知化合物可能为脾气虚证的潜在标志物。张丽运用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱联用技术分析脾气虚患者尿液中小分子代谢组成分,发现了一些脾气虚证的潜在标记物,如leucylproline和苯乙酰谷氨酰胺。这些试验有助于脾气虚证临床微观指标的诊断,对中医脾气虚证的量化起了一定的规范作用。代谢组学有助于研究中医病证,为中医诊断和诊断提供了契机,促进了中医证