代谢组学在中药研究中的应用

代谢组学在中药研究中的应用四川省第二中医医院周丽娟代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后发展起来的一种研究生物系统的组学方法。它是通过分析生物体液及组织中所有小分子物质以研究有机体内物质代谢规律和健康状况。代谢组学术语在国际上有两个英文名,即metabolomics和metabonomics。Metabolomics是由德国的植物学家Fiehn等通过对植物代谢物研究提出来的,认为代谢组学(metabolomics)是定性和定量分析单个细胞或单一类型细胞的代谢调控和代谢流中所有低分子量代谢产物,从而监测机体或活细胞中化学变化的一门科学[1]。目前已被越来越广泛地用于中药研究，本文对代谢组学在中药药理及中药体内研究中的应用作一综述。1、代谢组学在中药药理中的研究后基因组时代的药理学研究重点是确定药物效应基因组功能,并且从药物作用的靶基因或靶分子出发,阐明药物作用机制,为改善药物质量、提高药物疗效、开发新药、发现药物新用途并为探索细胞生理生化及病理过程提供科学依据。代谢组学目前在植物生理、疾病诊断、营养学以及药物研发等方面的应用正成为研究的前沿领域。代谢组学在药理学的应用正逐步展开,并且在新药的药理评价、安全性评价和药物诱导的毒理研究领域等方面的研究模式和平台逐渐成熟,取得了不少研究成果[2～4]。而基于药物代谢、药效成分及其作用机制、药理模型识别和确证、个体化治疗等方面的药理代谢组学研究也处于了起步阶段,表明代谢组学在药理研究中有巨大潜力,有望成为后基因组时代药理研究的一个重要部分。西方医学长期来把人体分割成许多独立部分,采取各个“击破”法,忽视了系统的整体特性,在慢性疾病研究方面难有根本性突破。而我国中医学蕴藏着系统论观念,强调用系统化、动态化、整体化的观点去认识和调节人体生命活动规律,认为疾病是由于人体的平衡与失调问题,并通过合理配伍的复方药的不同成分,相互协同作用采用作用于多位点的多种药物或者复方药物进行治疗,并根据疾病发生的不同阶段又有不同表现和不同症状动态调整药物组分和药物剂量,使失调恢复平衡达到治疗效果。但受技术手段限制中药研究一直没有取得更大作为。[5]代谢组学也是把人体作为一个完整的系统来研究,通过测定人体分泌的各种体液内代谢物的组成变化来认识和反映人体代谢网络在疾病和药物作用下的变化规律,这对于揭示复杂性疾病的机理和药物的代谢模式具有独特的优势,也与中医药学的整体观和系统观非常吻合。我国研究者敏锐地感觉到将代谢组学技术溶入中医药现代化研究领域具有重要的发展前景,中药(尤其是复方)的整体性作用机制和疗效在系统代谢组学的研究方法下将可能得到充分的展示和“挖掘”。现在我国的多所大学和研究所与代谢组学之父Nicholson教授及其研究人员结成了合作研究关系共同展开中药的代谢组学研究。已有研究人员应用代谢物组学方法对钩藤等多味中药组成的多动合剂的药效机制研究,采用高效液相色谱法跟踪给药动物血清中多种内源性神经递质(ACh、DA、52HT等)的动态变化,从而发现了具有疗效的生物标记物,认为药物的整体作用所产生的生物化学物质(神经递质)是其药效的基础物质,证明多动合剂的作用机制与DA受体有关[6]2、代谢组学在中药体内的研究与其他组学相比,代谢组学研究的对象是基因和蛋白作用的最终产物,因此更能反映生物体对药物的最终反应。从系统生物学的角度看,生命体所产生的疾病是因其基因调节和蛋白质网络被“扰动”而致,这一被“扰动”可通过生命体分泌的体液中内源性代谢物组的改变而反映出来。中药(尤其是复方)进人生命体后,起效的是中药中的原形成分或代谢产物,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多靶点、多系统,协调干预人体内源性代谢物组来治疗疾病。中药代谢物组的作用都会反映到各种生物学途径上,对内源性代谢物组中某种或多种物质的浓度和比例发生变化[7]。2.1中药活性成分的代谢研究从天然植物中提取、分离、纯化得到各活性组分,将其进行功效的比较。如Lin等[8]在使用抑制抗坏血酸FeCl2造成大鼠的脂质过氧化,后给予白花蛇舌草抗氧化。发现白花蛇舌草的三种成分[Hedyotisdif2fusa(HD)、Hedyotiscorymbosa(HC)和Mollugopentaphylla(MP)]的抗氧化能力有所不同,使用电子自旋共振分析大鼠肝脏匀浆发现HC的清除氧自由基的能力最强。车庆明等[9]从口服黄芩苷的人尿液中,发现并鉴定了3个主要代谢产物的化学结构,证明黄芩苷苷元是主要药物代谢产物的中间体,它们在体内共存,构成黄芩苷的药效。2.2药物体内代谢部位的研究即观察药物中有效的成分或其组合,在体内具体的代谢作用部位的研究。雷厉等[10]首次探讨了管花肉苁蓉苯乙醇苷类成分在胃肠道的代谢规律。从狗的粪便中分离鉴定了4个化合物,并对不同时间内胃肠内容物和粪便中这4种成分进行了相对含量测定。2.3单味药材和复方的代谢研究由于许多药材的化学成分或有效成分尚不明确,且临床上多以复方用药,目前以单味药材作为整体进行代谢的研究甚少,对中药复方研究尚处于起步阶段。Zhang等[11]以马兜铃酸及相关中药作为典型研究对象,寻找马兜铃酸肝肾毒性的代谢模式特征,发现新的肝肾毒性生物标志物并研究马兜铃酸致肝肾毒性的分子机制,在此基础上建立了用代谢组学评价中药肝肾毒性的新方法,通过尿1H-NMR谱发现马兜铃酸可引起肾脏近端肾小管和肾乳头损伤和轻微的肝细胞损伤。Lu等[12]利用LC-MS联用技术研究了黄连解毒汤主要有效成分黄连素和黄藤素在小鼠体内的代谢动力学,分别测定了黄连解毒汤灌胃5,10,15,20,25min以后黄连素和黄藤素的血药浓度,并计算出各种药代动力学参数。参考文献：[1]FiehnO,KopkaJ,DormannP,etal.Metaboliteprofilingforplantfunctionalgenomics[J].NatureBiotechnology,2000,18:1157-61.[2]NicholsonJK,LindonJC,HolmesE.Metabonomics:under2standingthemetabolicresponsesoflivingsystemstopathophysio2logicalstimuliviamultivariatestatisticalanalysisofbiologicalNMRspectroscopicdata[J].Xenobiotica,1999,29:1181-9.[3]NicholsonJK,ConnellyJ,LindonJC,etal.Metabonomics:aplatformforstudyingdrugtoxicityandgenefunction[J].NatRevDrugDiscov,2002,1:153-61.[4]GriffinJL,BollardME.Metabonomics:Itspotentialasatoolintoxicologyforsafetyassessmentanddataintegration[J].CurDrugMetab,2004,5:389-98.[5]何君,周宏灏.代谢组学及其在药理学中的进展,中国药理学通报，2006,22（11），1304-1309[6]黄玉荣,魏广力,龙红,等.钩藤多动合剂的药效作用及用代谢物组学方法研究其生化机制[J].中草药,2005,36:398-402.[7]仲芳，王伟铭，陈楠.代谢组学及其在中药体内研究中的应用，中国中西医结合肾病杂志，2008,9（10），920-922[8]LinCC,NgLT,YangJJ.Antioxidantactivityofextractsofpeh-hue-juwa-chi-caoinacellfreesystem.AmJChinMed,2004,32(3):339-349.[9]车庆明,黄新立,李艳梅,等.黄芩苷的药物代谢产物研究.中国中药杂志,2001,26(11):768-769.[10]雷厉,宋志宏,李寅增,等.管花肉苁蓉苯乙醇总苷在狗胃肠道内的生物转化.药学学报,2001,36(6):432-435.[11]ZhangX,WuH,LiaoP,etal.NMR-basedmetabonomicstudyonthesubacutetoxicityofaristolochicacidinrats.FoodChemToxicol,2006,44(7):1006-1014.[12]LuT,LiangY,SongJ,etal.SimultaneousdeterminationofberberineandpalmatineinratplasmabyHPLC-ESI-MSaf2teroraladministrationoftraditionalChinesemedicinalprepara2tionHuang-Lian-Jie-Dudecoctionandthepharmacokinet2icapplicationofthemethod.JPharmBiomedAnal,2006,40(5):1218-1224.作者简介：周丽娟（1974.05-），女，副研究员，主要研究方向：中药药理与毒理,Email:[e-mail]通讯地址：四川省成都市青羊区四道街20号