代谢组学在中药制剂体内评价的进展

[摘 要]目的：总结代谢组学在中药制剂体内评价中的研究现状.方法：收集近几年国内外的相关文献,对代谢组学在中药制剂体内评价的最新研究情况进行分析归纳.结果：代谢组学在中药制剂体内评价中得到了广泛应用,包括中药整体药效评价、物质基础的研究、毒理学、药动学研究等.结论：代谢组学是中药制剂体内评价的一个重要途径和手段,具有广泛的应用价值.

[关 键 词]代谢组学；中药制剂；体内评价；药效学；毒理学

[中图分类号]R28[文献标识码]A[文章编号]1673-7210（2010）11（b）-006-03

ResearchonmetabonomicsinvivoevaluationofTraditionalChineseMedicinepreparations

CUIYifei,HUANGShengwu,YANLu

(ZhejiangUniversityofTraditionalChineseMedicine,Hangzhou310053,China)

[Abstract]Objective:TosummarizetheresearchonmetabonomicsinvivoevaluationofTraditionalChineseMedicinepreparations.Methods:SummarizedthelateststudyonmetabonomicsinvivoevaluationofTraditionalChineseMedicinepreparationbycollectingofarticlesathomeandabroadinrecentyears.Results:MetabonomicswerewidelyusedinvivoevaluationofTraditionalChineseMedicinepreparations,includingtheoverallefficacyevaluation,material-basedresearch,toxicology,pharmacokiics.Conclusion:Metabonomics,asasignificantwaysandmeansinvivoevaluationinTraditionalChineseMedicinepreparation,isofextensiveapplicablevalue.

[Keywords]Metabonomics,ChineseMedicinepreparation,Invivoevaluation,Pharmacodynamics,Toxicology

国内外众多学者认为中药的特点是多组分、多途径、多靶点,很难阐明其整体药效、物质基础、作用机制和毒副作用等,尤其是物质基础的问题[1].近几年,为了探索和研究符合中药自身特点的评价体系,涌现出大量结合实验与信息计算处理的新型中药评价方法和新技术,如中药蛋白质组学、药物基因组学、代谢组学等.其中代谢组学具有整体性、系统性、综合性等特点,与中医药理论的整体观相一致[2],决定了其在中药整体作用评价中发挥突出优势,是近几年的热点.如今代谢组学已在药物毒性及安全性评价、药物作用机制研究等多个领域展示了广阔的应用前景[3-4].本文通过参阅近几年国内外学者在中药代谢组学研究领域代表性论文的相关文献,现对其研究进展综述如下：

1代谢组学与药效学评价

1.1中药作用机制的研究

代谢组学所测定的对象是内源性物质,反映了机体内在指标,能准确地反映机体的本质状态.将代谢组学应用于中药药效学评价,用整体内源性物质或生物标志物群作为指标,对比分析服用中药前后机体内源性化合物的浓度水平变化,从而证实中药的疗效[5].

王广基等[6]用代谢组学方法进行中药整体药效作用评价,比较研究了人参总皂苷和卡托普利、氨氯地平、特拉唑嗪、氢氯噻嗪的降血压作用、对组织器官的保护作用和体内代谢组的影响.研究结果表明,人参总皂苷降压幅度虽然比化学药降压作用平缓,但停药后血压上升缓慢,呈现持久的后续降血压效果.其次,人参总皂苷在降低血压的同时也能缓解高血压引起的并发症.另外,人参皂苷治疗后自发性高血压大鼠内源性小分子化合物明显接近正常组,而化学药物对整体代谢组学的调节作用较弱.总结认为,血压是个体所表现出来外在指标,而代谢组学所测定的对象是内源性物质,反映了机体内在指标,是内在本质问题的直接表现,这体现中药的整体作用优势和特点,揭示其潜在作用机制.

邱云平等[7]研究金复康对大鼠大肠癌癌前病变的改善作用及尿液代谢物,经主成分分析表明,模型组大鼠代谢谱随时间逐步偏离起始点,金复康干预组大鼠的代谢谱先偏离再回归起始点,正常组大鼠的代谢谱无明显变化.对这些代谢谱分离的权重变量进行鉴定和研究,发现三羧酸循环、色氨酸循环、多胺代谢等代谢通道的波动,以及肠道菌群代谢的紊乱与二甲肼诱导的大肠癌癌前病变相关.代谢组学研究表明,金复康能有效逆转二甲肼诱导的大肠癌癌前病变大鼠的代谢谱的偏移.

王丽等[8]分析大鼠腹腔注射大蒜辣素后尿液内源性代谢产物的变化,研究大蒜辣素对正常大鼠代谢过程的作用机制.Xie等[9]基于HPLC-UV代谢组学研究方法,发现六味地黄丸对角叉菜胶所致大鼠关节炎模型的代谢组学改变具有显著调节作用.张启云等[10]研究吴茱萸水提液给药对大鼠内源性代谢产物的影响,结果发现,尿液中2,3-二磷酸甘油酸和1,3-二磷酸甘油酸在尿液中的含量升高,表明吴茱萸具有加速机体能量代谢的作用.

1.2中药物质基础的研究

中药物质基础研究强调整体性,但由于中药标准组分极性范围比较宽,化合物结构多样,很难利用单一的色谱分离模式实现所有标准组分的分离表征.代谢组学将高通量活性筛选技术与中药样品的制备相结合,能够快速获得中药组分的大量活性数据,建立中药组分在各种不同药理靶点上的信息数据,通过研究不同靶点之间的相互联系,揭示中药多靶点、多途径作用的本质,进行中药物质基础研究.

杨洁等[11]研究“广枣-降香”君-使对药用代谢组学的研究方法,用主成分分析法对获得的色谱数据进行了分析,并结合药时曲线的变化规律,确定了4个未知成分为“广枣-降香”的体内效应物质.进一步通过HPLC-MS对其进行了定性分析.建立了君-使对药体内效应物质研究的新模式.赵新峰等[12]研究六味地黄丸中的化学成分和代谢成分,在提取物中鉴定了40种化学成分,在大鼠血中鉴定了6种原型药物和9种代谢产物,并推断了以上产物的代谢途径.

2代谢组学与毒理学

2.1研究中药毒性作用机制

代谢组学技术应用于毒性作用机制的研究,其基本原理是药物改变代谢途径中内源性代谢物的稳态,直接或间接改变细胞体液成分.体液的谱图是代表着不同代谢路径的化合物,这些对机体改变和损伤的信息能很好地表征这种改变和损伤,代谢组学通过分析这些代谢谱图,确定毒性作用的靶器官和组织、毒性作用的过程和生物标志物,从而进行毒理作用机制研究或评价药物毒性[13].

王清秀等[14]在大黄及其主要成分的毒性毒理研究中,体外实验结果发现,大黄素能引起HK-2和HepG2细胞损伤,可能涉及细胞周期阻滞和经由线粒体膜电位途径凋亡的机制,结果还表明,大黄素具有弱的致突变性,是间接遗传毒性物质,可能具有一定的促癌作用.在研究大黄素处理后大鼠尿液、血浆和肾脏组织萃取物中内源性代谢产物谱的变化,尿液中葡萄糖和氨基酸升高,这是肾小管损伤的典型标志；通过对肾组织萃取物检测,推断大黄素可导致脂类成分的改变,破坏细胞膜性结构.尿液中的氨基酸、葡萄糖、TMAO以及肌酐可以作为大黄素的主要生物标志物研究.

2.2确定毒物作用靶器官及器官特异性新的生物标志物

有些代谢物的变化反应了毒性损伤的特征,可以作为器官特异性的标志物,利用代谢组学研究代谢指纹图谱,将这些代谢信息与病理生理过程中的生物学事件关联起来,从而确定发生这些变化的靶器官和作用位点,进而确定相关的生物标志物.

梁琦等[15]采用代谢组学方法研究大鼠给予广防己灌胃后尿液代谢产物的改变情况,利用核磁共振技术测定大鼠尿液代谢产物1HNMR谱,进行模式识别分析；结果发现给药不同时间后,广防己引起大鼠尿液代谢变化涉及的主要代谢物中马尿酸盐、肌酐、TMAO的变化被认为是肾受损的典型标记物[16-17].给药2周后,这些指标均出现了一定变化,提示肾器官出现了损伤和肾小管功能的紊乱；随着给药时间延长,肾脏功能进一步受影响,肾小管重吸收功能减弱,肾小球、肾髓质功能受到损害.停药后,肾小管、肾髓质功能均有一定功能恢复.此外还发现尿液中牛磺酸含量上升、柠檬酸含量下降,这预示着肝脏的异常变化.

王喜军等[18]以UPLC/QTOF分析系统为核心手段,结合生物样品分析制备方法,研究茵陈蒿汤干预后的肝损伤大鼠代谢组的回调趋势.结果证实,原先模型所致的5个生物标记物的改变在给予茵陈蒿汤后与空白组比较,个别大样品间代谢物组无显著性差异,说明茵陈蒿汤对大鼠肝损伤模型具有预防作用,从药物代谢组学角度对经典方剂防治肝损伤给出全新解释.以此为出发点可以以黄药子为典型研究对象,运用基于质谱的代谢组学方法研究黄药子致肝毒性对机体代谢物整体的影响,从中提取黄药子肝毒的代谢模式特征,发掘新的肝毒性生物标志物,并研究黄药子致肝毒性的分子机制,毒性剂量与时间、效应的关系,在此基础上建立运用代谢组学评价中药肝毒性的新方法.

2.3药物的临床前安全性评价

临床前安全性评价是确定新药安全性能指标并降低其毒副作用的重要技术手段,代谢组学能够快速、有效地分析多条代谢通路,帮助定位靶组织及判定毒副作用程度,寻找相应的生物学标志,大大缩短了新药安全性研究的周期.Li等[19]研究中药制品黑顺片的毒理效应时,通过分析不同剂量下小鼠尿液代谢图谱的改变,发现三个给药组尿液中的牛磺酸和N-三甲胺氧化物与对照组相比明显减少,而柠檬酸盐、戊酮异二酸、琥珀酸盐和马尿酸盐的含量相对增加.同时发现,这些代谢物在低剂量组的变化程度不如高剂量组明显,经过多次给药后,这些代谢物在低剂量组也发生了明显的变化,这说明黑顺片的毒性效应具有剂量依赖性和积累效应.

3代谢组学与药代动力学

中药进入生命体后,起效的是中药中的原型成分或代谢产物,或与机体作用形成的新成分,三者构成体内中药成分的代谢物组,而中药代谢物组通过干预人体内源性代谢物组来治疗疾病,所产生的一系列变化实质上仍然是代谢动力学变化.传统的中药药动学研究方法大多为生物效应法和血药浓度法,其采用某一标志性化合物进行研究,而不是某一味中药或复方中药的药代动力学,而与传统的药物动力学和药效动力学的研究方法相比,代谢组学的研究思路更接近中医药理论[20].代谢组学通过比较分析体外和体内色谱指纹图谱的异同,获得单一药材或复方的相应主要活性成分或其代谢产物的代谢浓度曲线,建立基于中药整体特性的药代动力学研究新方法,对确定中药制剂的给药时间与剂量,都是很有参考价值的信息,从根本上解决中药的药动学问题.中药药代动力学不仅要研究中药ADME的动态变化,而且要研究其时量-时效关系,基于代谢组学的技术平台与系统整体的研究思路,通过追踪中药体内代谢物组的组成和变化,基于代谢组学的中药代谢动力学研究为构建中药及复方的现代化研究标准提供了新的研究思路[21].徐国良等[22]用代谢组学研究黄连对大鼠的药物代谢过程,实验结果表明,草酰乙酸、顺乌头酸、2-酮戊二酸、苹果酸等生物标记物含量相对降低,提示黄连组大鼠能量代谢降低.

4展望

目前用代谢组学实验技术、测量方法以阐明相关生化机理和生命现象（如药效、毒理等）是需要提升的问题.其次,代谢组学的研究还处于模式识别和生物标记物鉴定的层次,如何利用代谢组学研究结果,并结合基因组学、转录组学、蛋白质组学等对中药整体药效作用和毒理作用进行定量表征,科学地阐明中药整体药效作用,是当前研究重点.再者,寻找高通量、高分辨率的分析检测技术,构建代谢组学对中药制剂体内评价方法还需要进一步研究.

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（收稿日期：2010-07-26）