浅论代谢组学在中药组方中的作用机理

浅论代谢组学在中药组方中的作用机理 广东省深圳市中医院 ( 518000) � 钱 � 方, 纪云西� ,刘艳玲 ,易志彪� 关键词 � 代谢组学;中药; 作用机理 � � 中药药效作用物质基础是现代中药研究的核 心之一, 但中药所含确切成份不清、作用途径不 明、靶点不定等因素给中医药现代化研究带来了 巨大的困难。虽然提取和筛选临床确有疗效的中 药方剂的药效物质成份, 研究其药代动力学, 结合 分子药理学、细胞分子生物学等学科深化了对中 药效应成份、药效作用和相关 机制 综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图 的认识。但从 本质上偏离了中医药的整体观和辨证论治的精神 实质。运用系统生物学如蛋白质组学、代谢组学 开展中药的现代研究将是中药组方现代化研究的 有效途径。 1� 中药组方是中医理论指导下的药物集合体 中药组方是祖国医学整体观和辨证施治特点 的集中体现,也是中医临床用药的特点和疗效的优 势所在, 通过中医基础理论指导, 合理配伍而成的 药物集合体,从整体上防治疾病。中药组方药效的 特点是药效物质多成份、多途径、多靶点的整体调 节, 因此中药效应是药物干预机体的整体综合效 应。然而,以单一成份作用到单靶点的药物对复杂 性疾病就束手无策。疾病发生的不同阶段需要不 同的药物组分发挥调节作用。因此, 复方中药或多 组分复方将在疾病治疗中担当重要角色。比如四 君子汤治疗腹泻和便秘,因其病机实质均为脾胃气 虚。而脾胃气虚可以理解成导致代谢网络产生特 定的损伤或破坏,这种损伤的两个 !极端 ∀的结果就 是腹泻和便秘, 四君子汤的使用一旦 !方证对应∀, 就可以通过多种成份、多层次、多靶点地对 !网络 性 ∀损伤进行修复,从而达到治疗疾病,甚至是相反 的疾病 [ 1] ,这属于中医的 !异病同治 ∀。药理学家利 用各种药理模型发现四君子汤具有增加胃肠细胞 表面粘液蛋白、拮抗乙酰胆碱、促进肝糖原合成、抗 氧化作用等多种作用, 这无非是证明这个方剂确实 在代谢网络的多个节点上能起到 !修复 ∀作用 [ 2]。 但中药组方的 !君臣佐使∀、!升降浮沉∀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子 水平上加以诠释 [ 1 ] ,对其进行系统的科学研究, 对 于继承和发展中医药并赢得全世界的认同, 亟待开 发一套客观、全面的 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 体系和手段, 用于保证中 药组方的科学性。所以运用机体对药物作用的整 体效应进行代谢组学研究,系统地研究组方配伍对 人体的影响及毒性作用的靶器官和标志物, 为复方 中药的疗效及安全正确使用提供科学依据。中药 的整体性作用机制和疗效在代谢组学的研究方法 下将可能得到充分的展示和 !挖掘∀ [ 1]。 2� 代谢组学将可能是揭示中药组方作用机制的最 佳途径 中药组方的多成份、多靶点、多环节的作用特 点, 导致其作用机制的研究赋予了相当大的困难, 一直是困扰中医药现代化的瓶颈问题之一。中药 组方治疗疾病就是多成份、多系统调控生命体的 代谢网络,使代谢网络中的缺陷部分正常化,同时 又不得干扰其他维持健康所必须代谢途径的正常 调控。中药作用机制的研究就是要阐明中药在这 种调控作用中所起的作用和如何起作用。中药及 其组方的研究方法随着认识和技术的进步经历了 !简单 -复杂系统 ∀的发展历程, 目前已进入了系 统生物学研究阶段。代谢组学是作为后基因组时 代的一门新兴 !组学 ∀学科,已经被应用于评价实 验动物或临床患者对外源性刺激 (药物 )所产生的 一系列代谢过程、作用机制和靶器官效应等方面。 #82# 第 26卷第 1期 2010年 1月 湖南中医杂志 HUNAN JOURNAL OF TRADIT IONAL CH INESE MEDICINE Vo l�26� No�1 Jan� 2010� � � � � � � 广州中医药大学 ( 510405) 广州中医药大学第一附属医院 ( 510405) 将代谢组学技术应用到中药的整体药效评价、作 用机制及药物在体内的 !代谢指纹图谱 ∀研究, 不 仅可监测药物本身在体内的代谢变化过程, 更重 要的是可以通过观察药物所引起的内源性代谢物 的变化,推测体内生化过程和状态的变化, 进而推 断中药的作用机制, 利用代谢物的终端性信息寻 找或阐明药物作用的靶点或受体。有研究者 [ 3 ]对 由钩藤等多味中药组成的多动合剂的生化机制研 究中, 应用代谢组学方法, 采用高效液相色谱 (HPLC )测定给药动物血清中多种内源性神经递 质的动态变化, 从代谢物组成和含量的经时变化 发现具有疗效的生物标志物, 认为药物的整体作 用产生的生物化学物质 (神经递质 )是其药效的基 础物质,证明其药物的作用机制与脑内多巴胺受 体有关。亦有学者运用代谢组学方法研究参麦注 射液的生化机制和代谢基础, 分析体内多肽和多 种细胞因子与给药的经时变化关系, 发现该中药 能够激发机体形成洋地黄样的多肽物质, 证明该 种多肽是缓解心衰的物质基础 [ 4]。王喜军等 [ 5 ]研 究了茵陈蒿汤干预四氯化碳 ( CC I4 )诱导肝损伤大 鼠的尿液代谢表型变化, 观察其代谢组的回调趋 势, 借助超高压液相色谱串联飞行时间质谱仪分 析系统和主成份分析方法, 明晰表征大鼠肝损伤 的 5个内源性生物标记物, 并结合系统生物学的 理论还原肝损伤的机制和实质, 以及茵陈蒿汤对 肝损伤的防治机理, 从代谢组学角度对经典方剂 防治肝损伤给出全新解释。贾伟课题组发现经致 癌剂处理肠道形成结肠癌癌前病变的大鼠, 其尿 中代谢物的组成与对照组出现明显差异, 用治疗 胃肠道疾病的左金丸灌服大鼠, 可使癌前病变动 物的异常代谢恢复正常, 并鉴定出了可能受中药 调控的几条关键代谢途径 [ 6] ; 其另一项代谢组学 研究发现对处于冷应激的大鼠给予人参提取物 后, 动物体内包括儿茶酚胺类、糖皮质激素、三羧 酸循环、肠道菌群代谢物等多种不正常代谢途径 得以恢复 [ 7]。李发美等 [ 8 ]对补肾壮骨中药淫羊 藿、骨碎补及其组方进行了药效物质 - 代谢组学 研究,利用 UPLC- M S对中药本身体内外成份谱 比较, 动物体内基础代谢物谱比较, 发现这些中药 给予模型动物后使体内代谢网络不正常部分得以 修复, 由此获得的相关生物标志物和产生的中药 药效物质,探讨中药作用机制。蒋宁等 [ 9 ]对经典 名方六味地黄汤对快速老化模型 ( SAM )小鼠的抗 衰老作用的代谢组学研究, 发现其在代谢网络的 多个节点上对 SAM小鼠的代谢紊乱起到调节和 改善作用,这些结果的获得为深入研究六味地黄 汤作用机制及肾阴虚、肾阳虚的现代生物学基础 提供了新的线索。有研究者 [ 10]运用代谢组学方法 对人参总皂苷双向调节高血压作用机制进行了研 究, 发现自发性高血压大鼠 ( SHR )和正常大鼠 (WKY )血浆代谢组存在明显差异, SHR大鼠给予 人参总皂苷后, 血浆代谢谱向正常组代谢谱靠近, 表明人参能够使机体趋向正常, 且人参总皂苷对 于代谢组的整体调节作用明显优于卡托普利等化 学降压药。分析相关生物标志物十六酸、吡喃半 乳糖、十八碳二烯酸、羟基丁酸等的形成、转运机 制和过程,可以深入了解高血压病的发病机理和 疾病过程,与经典的血压指标测定、常规的临床生 化检测及组织病理学检查相比, 代谢组学所展示 的药效具有整体性和较为客观的生物学基础。通 过对体内内源性代谢物 (组 )进行时间相关性的定 量测定,研究 (疾病 )系统在中药干预下的整体性 和动态性应答, 这是一种对人体的整体生理代谢 特性进行非破坏性、系统测量的全新的技术体系, 有望实现对不同健康状况的人体的分类识别, 以 及对同一生物体在疾病发生发展过程和药物干预 前后的整体生理代谢特性的动力学控制, 以此作 为评价中药疗效的依据。在通过多变量统计和模 式识别研究宏观的代谢网络变化的同时, 还应该 结合对微观的细胞模型和基于关键生化指标和单 一靶点的药物模型的分子生物学研究、常规的药 理学研究和药物代谢动力学研究, 从而对中药复 方的作用机制获得深入系统的认识, 形成整合代 谢组学的系统药理学新方法, 而这样的中药复方 的系统药理学将是实现现代生物医学与中医药学 融合的 !契合点 ∀ [ 1 ]。总之, 代谢组学的发展将进 #83#� � � � 第 1期 � � � � � � 钱 � 方 ,纪云西, 刘艳玲,等: 浅论代谢组学在中药组方中的作用机理 一步发挥中药从整体和平衡上进行功能调节的治 疗优势。 3� 代谢组学与中药活性成份筛选的研究 将代谢组学用于中药单味药及复方的活性成 份研究, 然后筛选出中药的药活性成份, 对其做进 一步研究, 对于阐明中医药理论实质有着重要意 义,是中医药现代化、国际化的有效方法。如车庆 明等 [ 11]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, 证明黄芩苷元是主要 药物代谢产物的中间体, 他们在体内共存, 以此构 成黄芩苷的药效。日本学者安田高明 [ 12]在大鼠尿 中鉴定出 5个葛根汤代谢物, 而在人尿中则只有一 个代谢物;本间真人 [ 13]对柴朴汤在体内的代谢产物 及其活性进行了解析。谭锐等 [ 14]对麻黄汤在人工 胃、肠液中和大鼠灌胃给药后的不同时间段胃、肠、 血液中的活性成份变化进行了比较,进一步证实了 麻黄碱和甘草酸作为活性成份能被机体迅速吸收。 代谢组学方法在中医药现代化研究呈现出了很大 的优势,国内外众多学者已经证实了代谢组学方法 上的先进性,但是代谢组学终究能否为中医药的现 代化研究带来新的突破,将有待于更多的中西医人 的共同努力。 4� 代谢组学在中药研究中的问题与展望 虽然,国内已在此方面取得了喜人的研究成果, 但目前仍局限于中药整体药效作用的判别研究上,即 无效或有效,如何基于代谢组学研究结果,对中药整 体药效作用进行定量表征,阐明中药整体药效作用区 别于相应单靶点化学药物的作用特点是我们亟待解 决的关键科学命题。理论上讲,无论是药物的毒性还 是疗效均是通过药物或者药物代谢物影响基因表达、 改变蛋白质活性或功能、调控内源性代谢而对机体产 生作用。药物或其代谢物通过血液分布到一些组织、 器官和细胞,进而对血液、尿液和组织代谢组产生影 响。因此,分析这些体液或组织的代谢组就有可能获 取丰富药物效应的信息。用代谢组学的方法来对比 分析服用中药或采用中医疗法前后,机体内体液之间 所存在的不同, 以及药物体内外成份谱的比较,来证 实祖国传统中医药的作用物质基础和疗效,已成为未 来系统生物学研究中医药的重要手段。越来越多的 西方学者也关注到了这一领域,试图从中国传统医学 中寻找创新源泉。陈竺院士认为这是中医药现代化 所面临的前所未有的契机,利用西方技术手段的支 持,结合中国传统医学在分子水平上的机制认识,将 加快中医与西医的沟通和融合,使其更好地被现代社 会所认可。 参考文献 [ 1] � 贾伟,蒋健,刘平,等.代谢组学在中医药复杂理论体系研究中 的应用 [ J] .中国中药杂志, 2006, 31( 8 ) : 621- 624. 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