赵 丹，徐建良，2*，肖明中，2

(1.湖北中医药大学 中医临床学院，湖北 武汉 430065；2.湖北省中医院 肝病科，湖北 武汉 430061)

代谢组学概念首次由Nicholson[1]教授提出，代谢组学通过检测生物体在不同生理病理条件下内源性代谢产物的变化，确定其变化规律与病理生理过程的相关性。作为系统生物学的重要组成部分，其特有的整体观、动态观与中医学理论的整体观不谋而合，推动中医药现代化研究快速发展。近年来，代谢组学已广泛应用于临床前药物开发研究，在中医理论指导下用于中医证候研究、中药安全性评价、复方配伍研究及中药药理研究等方面。现将代谢组学的特点和在中医药研究中的应用综述如下。

1 代谢组学概述

代谢组学整体描述内源性代谢物的动态变化，通过对内源性小分子代谢物进行定性定量分析，反映机体外源性和内源性变化和整体功能状态[2]。代谢组学可分为4个层次：代谢轮廓分析、代谢指纹分析、代谢物靶标分析和代谢组学分析[3]，研究对象主要为生物体内的如体液、器官组织和细胞等。采集样品，对样本进行简单预处理，提取并检测样品上清液，收集、分析数据，检测代谢物及分析代谢通路，动态描述生物系统表型。研究者可根据被测代谢物的理化性质结合不同分析技术的优势，选择合适目标代谢物的技术平台进行检测[4]。近年来一系列分析平台的快速发展，包括核磁共振(NMR)、气相色谱-质谱联用(GC-MS)、液相色谱-质谱联用(LC-MS)和毛细管电泳质谱(CE-MS)等，可以实现对代谢产物及其相关代谢途径的分离、检测、表征和定量[5]。由于代谢组学得到的原始图谱复杂、数据量大，对数据信息进行充分解读是代谢组学的关键问题，因此需要对数据进行降维和信息挖掘[6]。与基因组学和其他组学不同，代谢组学与疾病表型直接相关，其能够鉴定代谢表型以及代谢紊乱和疾病之间的相关性。

2 代谢组学在中医理论研究中的应用

代谢组学对整个有机体进行研究，与中医学理论的整体观、辨证论治相一致，反映了人体在多因素相互作用下的整体状态。中医药在疾病治疗中具有多成分、多靶点的特点，阐明中医的作用机制是一个巨大挑战。代谢组学通过对生物体液、细胞和组织中的代谢物的分析，可以检测到生物途径的细微改变，从而为深入了解各种生理和病理过程(包括疾病)的机制提供依据[7]。

2.1 中医体质研究

中医体质学说渊源于《黄帝内经》，认为体质形成与先天及后天因素有关，饮食不节、情志变化、用药不当及所处社会环境不同致机体失调等病理变化，从而影响体质变化，体内代谢物也随之变化。利用代谢组学技术研究可以通过体内代谢产物和代谢通路的变化推断出各种外源性因素引起的最终结果[8]，实时监测和分析生物体的代谢产物，能够较准确得到中医不同体质的物质基础，从而将体质判定在代谢物水平上进行量化和标准化[9]。

李英帅[10]应用1H-NMR技术比较分析了阳虚体质和阴虚体质血清与尿液中的内源性代谢差异，结果显示阳虚质血液中乳酸、谷氨酰胺、葡萄糖、丙氨酸、高密度脂蛋白水平较阴虚质升高；尿液中肌酐、乳酸、二甲胺、柠檬酸、马尿酸含量增多，甘氨酸、葡萄糖含量降低。DU等[11]通过代谢组学方法分析结肠腺瘤息肉阳虚质和无结肠腺瘤息肉平和质患者的血清内源性代谢物，共鉴定出59个差异生物标志物，主要存在于甘油磷脂代谢途径，生物标志物胆汁酸3-氧-4，6-胆二烯酸对阳虚质结肠腺瘤性息肉患者可能有潜在诊断价值。

2.2 中医证候研究

证候是对疾病过程中某一阶段或某一类型的病理概括，是中医临床诊治的核心[12]。中医证候研究是利用整体观和辨证施治，对中医诊断和治疗疾病的本质和作用规律进行综合评价。利用代谢组学方法研究不同病证之间内源性物质的差异，寻找潜在的生物标志物，有助于理解其病理生理机制，从而确定新的诊断方法和治疗目标[13]。LI等[14]应用液相色谱质谱法研究银屑病(PV)不同中医证型的血清代谢特征，结果发现血瘀证组血脂代谢异常，表现为磷脂酰胆碱(PC)水平低、溶血磷脂酰胆碱(LPC)水平高，磷脂酰胆碱有望被用作诊断和鉴别血瘀证银屑病的潜在生物标志物，其水平表明银屑病的中医证候鉴别有客观的物质基础；LIN等[15]应用代谢组学方法检测气虚证大鼠尿液代谢物，结果鉴定出包括黄嘌呤酸、泛酸等在内的15个潜在生物标志物，主要涉及色氨酸代谢、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、柠檬酸循环等。金艳涛等[16]运用高效液相色谱质谱联用技术检测了艾滋病脾肾亏虚证患者和健康人群的血液，确定了11种差异代谢物，主要涉及胆汁酸代谢途径。一项多中心大样本研究[17]采用UPLC-Q-TOF/MS代谢组学技术检测冠心病不同证型受试者的尿液生物标志物，结果找到15个痰瘀互结证生物标志物和12个气阴两虚证生物标志物，且两证型差异明显，表现为痰瘀互结证患者糖代谢明显升高，气阴两虚证患者能量代谢紊乱。孙琛琛[18]应用GC-MS方法探寻血脂异常不同中医证候间的血清差异代谢物及代谢通路，结果分别筛选出14种肝肾阴虚证、气滞血瘀证、阴虚阳亢证各14种、33种、20种差异代谢物，识别血脂异常的代谢途径有ABC转运蛋白、脂肪酸生物合成、β丙氨酸代谢。

2.3 中药安全性评价

中药及其制剂广泛应用于临床治疗各种疾病并取得良好疗效，因中药引起的肝肾损伤等安全性问题，导致中药国际认可度逐年下降，制约了其在世界范围内的发展与地位[20]。

目前对中药毒理研究选择的指标主要为组织形态学及生化指标，焦点在中药的急性毒性和长期毒性，检测的结果尚不能阐明毒性物质基础的变化规律[20]。代谢组学是一种旨在全面分析生物样品中所有代谢物的“组学”方法，与中医整体观一致，在中医药疗效和毒性评价方面显示出了巨大潜力[21]，为中药研究开发提供了技术手段，并得到广泛应用[22]。

唐丹丹[23]应用UPLC-HDMS代谢组学技术结合药理学的方法，检测马兜铃肾病(AAN)大鼠不同阶段的尿液代谢产物，结果鉴定出早期AAN和晚期AAN的不同生物标志物，柠檬酸循环、肠道菌群代谢、氨基酸代谢、嘌呤代谢和胆汁酸合成等紊乱与马兜铃导致的肾损伤有关。王旭彬等[24]使用NMR技术研究乌头碱对大鼠的粪便提取物代谢物的影响，结果共鉴定出包括短链脂肪酸、氨基酸在内的40种生物标志物，给药组大鼠α-氨基戊酸、谷氨酸、苯丙氨酸的含量显著降低，乌头碱使大鼠肠道菌群代谢异常及分解胃肠道食物的能力下降。吴昊等[25]应用LC-MS技术结合代谢组学方法，观察了甘草炮制雷公藤对小鼠血清中代谢物的影响，结果发现甘草炮制雷公藤组小鼠血清ALT、AST、TNF-α、IL-6水平较雷公藤小鼠组显著降低，共筛选出脂肪酸、磷脂酸、甘油酯等在内的12个潜在生物标志物，涉及9个代谢通路，其中脂肪酸代谢通路是甘草炮制可降低肝毒性的关键代谢通路。DONG H等[26]利用UPLC-Q-TOF-HDMS对川乌(CW)诱导毒性的尿液进行代谢组学分析，结果鉴别出了与CW毒性相关的17个生物标志物，配伍使用甘草、白芍、干姜后筛选出的相关毒性标志物表达水平被有效地调节到正常范围。表明代谢组学对于评价中药毒性和寻找解毒方法具有重要意义。

2.4 中药复方研究

中药复方是临床用药的主要形式，按照“君臣佐使”“升降浮沉”理论将不同单味中药配伍通过不同的组合形成了复方，达到了单味药不能达到的治疗效果，具有多组分、多靶点、整体性的复杂特点，且药效物质基础和作用机制不明确。

代谢组学凭借其高通量、高灵敏的优点，可以客观且无差别地反映出机体内源性代谢产物的代谢状况，从而反映出其生理状态，是中药复方研究复杂的“量效关系”与“组效关系”的最有效的分析方法[27]。通过对机体代谢产物进行系统的分析，已被应用于发现生物标志物和干扰通路，从而阐明中药的作用机制[28]。ZHANG等[29]基于NMR的代谢组学和综合药理学研究防己黄芪汤(FHD)治疗肾病综合征的作用机制，多因素分析显示16种异常代谢物中13种可被FHD逆转；综合药理学分析发现FHD有93个潜在靶点，FHD对肾病综合征的保护作用可能与免疫调节、能量代谢和脂肪酸代谢有关。王海峰[30]应用1H-NMR技术研究朱砂的肝肾毒性以及朱砂安神丸配伍的合理性，检测不同给药组的大鼠尿液代谢物，结果发现朱砂安神丸组恢复朱砂给药组引起的TMAO、Citrate、Succ和2-oxogluarate代谢下降，对朱砂引起牛黄酸和乙酸丙氨酸的升高也有一定的抑制作用。YANG等[31]利用超高效液相色谱法检测肾气丸治疗皮质酮诱导肾阳虚证大鼠模型的血清差异生物标志物，结果鉴定出肾阳虚组27种潜在生物标志物，主成分分析显示运用肾气丸治疗后这些代谢物的变化恢复正常水平。CUI等[32]应用于UPLC-Q-TOF-MS技术研究黄芩(SR)、黄连(CR)配伍治疗T2DM大鼠血浆和尿液的代谢变化，研究结果发现黄芩、黄连和联合提取物能改善2型糖尿病大鼠高血糖、血脂异常和胰岛素抵抗。YUE C等[33]利用UHPLC-FTICR-MS技术从代谢组学角度研究甘遂甘草配伍机理和甘遂半夏汤的配伍作用，初步鉴定出20个生物标志物，主要涉及7条与肝肾毒性相关的代谢途径，甘遂半夏汤组将差异生物标志物含量调整至正常水平。

3 结语

中医学以整体恒动观为指导原则，将人体看成一个整体，随证施治，辨证处方，在治疗各疾病方面取得确切疗效。然而中医认识疾病的方法、理论尚缺乏合适的现代科学表达体系，难以检测中药的有效成分，与西医相比缺少可测量的指标或数据，因此阐明中医药的作用机制具有重大挑战，使得中医理论的科学价值及中医临床经验的实用价值难以被现代医学科学乃至于生命科学家所认可和接受，难以被现代社会理解和接受，其在国际上的地位和发展受限。

运用代谢组学技术，不仅可以解释中医证候的本质和“辨证论治”的理论，而且可以阐明中药的现代科学内涵。通过代谢组学研究，寻找与中医治疗相关的代谢物和差异性生物标志物，阐述疾病的发病机制，深化中医药疗效评价。