代谢组学技术在中药研究中的应用

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1、代谢组学技术在中药研究中的应用作者：邹忠杰，袁经权，龚梦鹃，沈志滨【关键词】代谢组学技术;中药研究;应用人类对复杂生命体的认识循着从器官/组织、细胞到基因的方式，现在又回到了以整体性研究为特点的系统生物学(systemBiology)的时代，其鲜明的特征是各种“组学”(-omics)研究的繁荣。代谢组学(metabonomics)是继基因组学(genomics)、转录组学(transcriptomics)和蛋白质组学(proteomics)后新兴的一种组学方法，是系统生物学的重要组成部分，由Nicholson于1999年首次提出[1]。代谢组

2、学研究的核心思想在于利用现代分析技术定量测定生物体液(如尿液、血浆、组织提取液等)中的内源性代谢产物，考察生物体在不同状态下(生理病理状态、给药前后等)其代谢产物的变化，通过代谢物图的整体分析直接认识生理病理及生化状态，结合化学信息学分析方法确定内源性小分子代谢物成分的变化模式，获得相应的生物标记物群(biomarkers)，表征或揭示生物体在特定时间、环境下整体的功能状态[1,2]。其后又出现了针对植物的代谢组学研究(metabolomics)[3]。如今代谢组学已在药物毒性及安全性评价、疑难疾病诊断、新药研发及药物作用机制研究等生命科学的

3、多个领域展示了广阔的应用前景[4,5]。　　完整的代谢组学分析流程应包括样品的采集、预处理、仪器分析与鉴定、数据分析及生物标记物意义解读，最终认识机体生化反应机理和生命现象[6]。主要研究手段包括核磁共振谱(NMR)、气相色谱-质谱(GCMS)和液相色谱-质谱(LCMS)等各种高通量、高分辨、高灵敏度的谱学技术[7]，特别是UPLCQTOF/MS以其灵敏度高、分析速度快、样品无需衍生化等优点，受到众多研究者的关注[8]。主成分分析(PCA)及偏最小二乘法判别分析(PLSDA)等多元模式识别方法是代谢组学常用的数据降维和信息挖掘方法

4、[9]。　　中药“多组分、多靶点、整合调节作用”的特点及中医药理论的“整体观、动态观、辨证观”与代谢组学整体性、系统性、综合性相吻合。因此，以代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是现代科学中可以概括中医药抽象整体观思想的重要途径。作者遴选了近年来国内外学者在中药代谢组学研究领域颇具代表性的论文作一综述，希望能够为读者提供一定参考。　　1代谢组学技术在现代中药研究中的应用　　1.1代谢组学与中医证候模型的研究　　辨证论治是中医药的特色与精华，“证”是机体在疾病发展过程中某一阶段的病理概括。建立中医“证”动物模型是开展符合中医药理论药效评价的重

5、要前提，由于中医“证”的主观不确定性，缺乏合适的动物模型建立与评价方法，根据不同种属、不同品系动物模型与人的代谢状态的差异，以特征性标记物为参考，寻找模拟人类疾病且适用于药效和毒性等研究的动物模型，将成为代谢组学的重要应用领域之一。Chen[10]应用经典的氢化可的松造大鼠肾阳虚证模型方法，采用GCMS和模式识别技术对模型大鼠的尿液进行内源性代谢物分析，发现在氢化可的松诱导下动物初期的代谢活动尤其是能量相关代谢明显增强，儿茶酚胺生物合成通路在药物诱导下加速，肾阳虚模型大鼠造模前后，代谢网络明显偏离出给药前的平衡状态并随时间不断变化。对慢性束

6、缚应激大鼠(肝郁脾虚模型)的血浆代谢表型改变的研究发现：模型组醋酸、乳酸、酪氨酸、低密度脂蛋白等发生较大变化，提示动物能量代谢及脂肪、蛋白质代谢功能异常，与已知的应激状态动物体内代谢的调节过程及结果相一致[11]。　　1.2代谢组学与中药整体疗效、药效物质基础及作用机制的研究　　对中药疗效的评价、物质基础及作用机制的研究基本上都是沿用化学药的方法，即使引入了细胞分子生物学的研究加深了认识，但从目前的研究结果分析，中药基本上没有优于化学药的作用特点可言，可能我们忽视了其“君臣佐使”、“升降沉浮”等理论和整体性作用机制很难在单一机制的药理模型和分

7、子水平加以诠释，这就需要建立适用于中药多组分、多靶点整体综合效应的药效评价体系，采用代谢组学的方法来对比分析服用中药前后机体内体液之间所存在的不同，来证实中药的疗效，可能成为未来系统生物学研究中药的重要手段。利用GCMS方法观察人参总皂苷对急性冷应激的作用发现[12]：大鼠处于-10℃环境中2h，一方面交感神经系统活动的增强导致儿茶酚胺代谢通路的上调，可以调动机体抵御外来侵害;另一方面，糖皮质激素分泌的增加，尤其是兴奋性氨基酸的大量分泌会对神经内分泌系统、海马区和血脑屏障造成潜在的损害;三羧酸循环和色氨酸代谢可以发挥自身代偿调节机制;肠道菌

8、群在冷应激反应中也发挥了重要作用。预防性给予人参总皂苷(100mg/kg)14d，可以有效减弱机体对急性冷应激的反应。Zhao[13]利用UPLCQTOF/MS