基于代謝組學的中藥毒性評價研究進展

高小恒，陳達艷，李喜香，劉效栓

(甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州 730050）

基于代謝組學的中藥毒性評價研究進展

高小恒，陳達艷，李喜香，劉效栓

(甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州 730050）

傳統(tǒng)藥物的毒性評價方法有時難以發(fā)現(xiàn)某些藥物的潛在毒性，代謝組學通過分析與毒性作用靶位與作用機制密切相關(guān)的生物液體中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物濃度的特征性變化，可以確定毒性靶組織、毒性作用過程以及生物標志物［1］。代謝組學已被應(yīng)用于中藥安全性及毒性作用機制研究，并在中藥毒性作用機制的研究中顯示出強大的潛力［2］?，F(xiàn)綜述如下。

1 代謝組學在中藥毒性評價中的優(yōu)勢

代謝組學(metabonomics)最早是由Nicholson教授及其同事于1999年正式提出，將代謝組學定義為是生物體在病理生理刺激和遺傳因素改變的條件下，在不同時間、多方位定量檢測其代謝變化，通過測定整個機體的系統(tǒng)代謝圖譜來探討基因功能調(diào)控機制的學科［3］。

代謝組學應(yīng)用高效液相色譜(HPLC)、液相色譜－質(zhì)譜(LC－MS/MS)、氣相色譜－質(zhì)譜(GC/MS)以及核磁共振(NMR)等高通量、高分辨和高靈敏度的現(xiàn)代分析儀器分析手段，定性定量研究生物體體液中(包括血漿、尿液、組織液和細胞培養(yǎng)液等)的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物即代謝組，并結(jié)合模式識別等化學信息學技術(shù)，分析生物體在不同狀態(tài)下(如生理與病理狀態(tài)、給藥前后等)的代謝指紋圖譜的差異，獲得相應(yīng)的生物標志物群(Biomarkers)，從而揭示生物體在特定時間、環(huán)境下的整體功能狀態(tài)［2］。

作為一門新興的學科，代謝組學從研究生物體整體代謝變化出發(fā)，全面反映藥物作用后生物體內(nèi)各個組織器官代謝的變化，并可發(fā)現(xiàn)藥物毒性及不良反應(yīng)的情況。因此，代謝組學作為毒理學研究中一種重要的手段，廣泛應(yīng)用于藥物毒性早期評價及其機制研究等多項領(lǐng)域［4］。

2 代謝組學在中藥毒性評價中的應(yīng)用

代謝組學技術(shù)應(yīng)用于毒性作用機制的研究，其基本原理是毒性破壞正常細胞的結(jié)構(gòu)功能，改變代謝途徑中內(nèi)源性代謝物的穩(wěn)態(tài)，從而通過直接或間接效應(yīng)改變細胞體液成分［5］。

2.1 在腎毒性評價中的應(yīng)用

腎臟不僅是排泄藥物的主要器官，也是藥物毒副作用的重要靶器官。據(jù)文獻報道，急性腎功能衰竭和終末腎病分別有34.2%和20%是由藥物毒副作用所致［6］。王清秀等［7］利用 NMR技術(shù)研究大黃素處理后大鼠尿液、血漿和腎臟組織萃取物中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物譜的變化，發(fā)現(xiàn)大黃素可能是其導致腎毒性的主要毒性成分，損傷機制可能為大黃素引起腎臟脂類代謝異常，從而引發(fā)腎小管上皮細胞周期阻滯，進而導致線粒體膜電位途徑凋亡的損傷，造成腎小管上皮細胞的膜性結(jié)構(gòu)破壞，從而導致腎小管重吸收障礙，這種毒性作用是可逆的，并尿液中的氨基酸、葡萄糖、TMAO以及肌酐可作為大黃素的主要生物標志物研究。這與有關(guān)研究［8］相一致。

趙劍宇等［9］研究經(jīng)關(guān)木通染毒后大鼠尿液的代謝表型改變及其與組織病理和尿液、血漿生化指標的相關(guān)性，結(jié)果尿樣中氧化三甲胺、檸檬酸、?；撬?、肌酐、甜菜堿等代謝物均有不同程度的下降，而醋酸、丙氨酸則顯著上升。結(jié)果表明，給藥組與對照組的代謝譜有明顯差異，而造成組間差異的主要影響因素是醋酸和氧化三甲胺的變化，這些化合物的變化與已報道的腎毒性化合物引起的變化相似［10］。另用相同的研究方法表明，丙氨酸和牛黃酸也是造成組間差異的主要影響因素，而對組間差異貢獻最大的主要代謝物是乙酸和氧化三甲胺，進一步證實了這兩種化合物都是腎毒性的標志物［9，11，12，13］。另有研究初步獲得關(guān)木通致腎臟損害的”代謝產(chǎn)物譜”，根據(jù)不同的代謝表型能夠區(qū)分出關(guān)木通的毒性作用。證實關(guān)木通能夠?qū)δI臟造成損害，且大鼠尿液的代謝物譜與關(guān)木通毒性作用強度密切相關(guān)［14］。

梁琦等［15］應(yīng)用基于NMR的代謝組學方法，分析口服廣防己后不同時間點大鼠尿液中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，結(jié)果廣防己引起大鼠尿液代謝變化涉及的主要代謝物有檸檬酸、?；撬?、馬尿酸鹽、肌酐/肌酸、TMAO、醋酸、2－酮戊二酸、甘氨酸、乳酸、丙氨酸、葡萄糖和氨基酸等。進一步研究表明廣防己配伍黃芪可使降低的馬尿酸鹽、葡萄糖，升高的肌酸/肌酐恢復正常;降低的檸檬酸、2－酮戊二酸，升高的TMAO含量接近正常水平，表明黃芪有對抗廣防己的腎損害作用［16］。另相同研究表明廣、粉防己早期可造成腎臟損傷，主要影響腎小管排泌功能，持續(xù)長期給藥均可引起腎小管、腎髓質(zhì)及腎小球濾過功能的損傷;其中粉防己損傷嚴重，早期損傷就可涉及腎髓質(zhì)。廣、粉防己的腎臟毒性作用有所不同，廣防己主要影響腎小球濾過功能，粉防己則更多地影響腎小管的刷狀緣及腎乳頭［17］。

李建新等［18］基于核磁共振的代謝組學方法研究雷公藤甲素口服給藥后對大鼠尿液中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明雷公藤甲素對大鼠具有明顯的腎臟毒性。其對腎臟的損傷部位及其過程表現(xiàn)為，第1天即可觀察到腎皮層S1受損傷，然后是腎乳頭，最后腎臟皮層S3段受到損傷。醋酸、乳酸、甘氨酸為腎臟皮層S1段毒性標記物，甜菜堿、二甲基甘氨酸為腎乳頭、丙酮為腎臟皮層S3段的毒性標記物。其中以醋酸鹽、甜菜堿和丙酮最為顯著。PCA分析表明給藥組和對照組能夠被完全區(qū)分開來。這些代謝物的變化說明大鼠尿液代謝組學分析能夠較好地反映雷公藤甲素的腎毒性特征，并對毒性作出早期預測。

2.2 在肝毒性評價中的應(yīng)用

到目前為止，藥物和肝毒性物質(zhì)是導致肝損傷的主要原因［19］。崔立然等［20］研究經(jīng)黃藥子染毒后大鼠尿液的代謝表型的改變及其與血漿生化指標的相關(guān)性，建立了尿液內(nèi)源性小分子代謝物評價黃藥子的肝損傷的評價體系并驗證了代謝組學方法用于黃藥子毒性評價的可行性。從代謝物組的角度詮釋了傳統(tǒng)中藥黃藥子的肝毒性。曹敏等［21］以蒼耳子致肝損傷模型大鼠為研究對象，觀察了蒼耳子對模型大鼠尿液代謝輪廓和整體表征的影響，結(jié)果提示高劑量蒼耳子水提取液對大鼠肝臟有毒性作用，低劑量組在給藥28天時出現(xiàn)聚類，說明內(nèi)源性代謝物發(fā)生了變化，可能存在潛在肝毒性，提示即便按照臨床常用劑量給予患者蒼耳子制劑，也不宜服用時間過長。梁琦等［17］運用代謝組學方法比較觀察廣防己、粉防己口服給藥不同時間大鼠血、尿內(nèi)源性代謝物的變化，表明廣、粉防己給藥早期即有一定肝臟毒性作用，涉及糖、脂代謝和肝線粒體功能的受損，其中粉防己表現(xiàn)出急性肝損傷作用;隨著給藥時間的延長，廣、粉防己的肝損傷作用進一步加重，其中粉防己的損傷作用更為明顯，涉及能量代謝紊亂及線粒體功能受損。

3 小結(jié)

目前尚無中藥毒性作用評價的標準及客觀依據(jù)，也無安全性評價的統(tǒng)一標準。代謝組學技術(shù)最終將會發(fā)展成高通量的方法，用于毒性篩選、機制區(qū)分、毒性預測以及發(fā)現(xiàn)毒作用相關(guān)的生物標志物，以此作為體內(nèi)藥物安全性評價的方法，從而更快、更準確地發(fā)現(xiàn)毒性物質(zhì)和毒性規(guī)律［2］。

［1］彭雙清，廖明陽，顏賢忠.代謝組學方法的建立及其在藥物安全評價中的應(yīng)用［J］.衛(wèi)生毒理學雜志，2004，18(3):186.

［2］劉樹民，崔立然.代謝組學技術(shù)在中藥毒性研究中的應(yīng)用前景［J］.毒理學雜志，2008，22(2):155 －158.

［3］Nicholson JK et al.”Metabonomics”:understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical an analysis of biological NMR spectroscopic date［J］.Xenobiotica，1999，29:1181 －1189.

［4］邊育紅，莊朋偉，王麗，等.藥物潛在毒性發(fā)現(xiàn)技術(shù)及其在中藥安全性評價中的應(yīng)用展望［J］.中草藥，2011，42(12):2380.

［5］陳立娟，彭雙清.代謝組學技術(shù)及其在毒理學研究領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.生物技術(shù)通訊，2007，18(1):149 －151.

［6］劉瑞媛，葉華，謝婷，等.代謝組學及其在藥物毒性評價中的應(yīng)用［J］.生命的化學，2010，30(5):774 －777.

［7］王清秀，吳純啟，廖明陽.大黃及其主要成分的毒性毒理研究［J］.毒理學雜志，2007，21(4):301 －302.

［8］王青秀.大黃及其主要成份的毒性毒理研究［D］.北京:中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院，2007.85－112.

［9］趙劍宇，顏賢忠，彭雙清.關(guān)木通腎毒性的代謝組學研究［J］.中草藥，2006，37(5):725 －730.

［10］Beckwith － Hall B M，N icholson J K，Nicholls A W ，et al.Nuclear magnetic resonance spectro scopic and principal components analysis investigations into biochemical effects of three model hepatotoxins［J］.Chem Res Toxicol，1998，11(4):260 －272.

［11］趙劍宇，顏賢忠，彭雙清.利用代謝組學技術(shù)研究中藥關(guān)木通的腎毒性作用［J］.世界科學技術(shù)－中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2007，9(5):54－59.

［12］Nicholson J K，T imbrell JA，Sadler P J.ProtonNMR spectra of urine as indicators of renal damage Mercury－induced nephrotoxicity in rats［J］.Mol.Pharmacol，1985，27(6):64 －51.

［13］Gart land K P R，Bonner FW，Nicholson J K.Investigations into the biochemical effects of region － specific nephrotixins［J］.Mol.Pharmacol，1989，35:242 －250.

［14］樊夏雷，劉文英，王廣基，等.基于GC－TOF－MS的關(guān)木通腎毒性代謝組學研究［J］.毒理學雜志，2007，21(4):323.

［15］梁琦，倪誠，謝鳴，等.廣防己的腎毒性及代謝組學研究［J］.中西醫(yī)結(jié)合學報，2009，7(8):746 －751.

［16］梁琦，謝鳴，倪誠，等.廣防己配伍黃芪腎毒性的代謝組學研究［J］.浙江中醫(yī)藥大學學報，2010，34(1):42 －45.

［17］梁琦，倪誠，顏賢忠，等.廣防己、粉防己的肝腎毒性及代謝組學比較研究［J］.中國中藥雜志，2010，35(21):2882 －2887.

［18］李建新，華嘉，何翠翠.中藥毒性的代謝組學研究(Ⅰ):雷公藤甲素的腎臟毒性［J］.亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2007，3(7):41 －44.

［19］Nicholson JK et al.The consortium for metabonomic toxicology(COMET):aims，activities and achievements［J］.Pharmacogenomics，2005，6:691 －699.

［20］崔立然，于棟華，徐浩，等.基于代謝組學整體表征的黃藥子肝毒性研究［J］.時珍國醫(yī)國藥，2010，21(8):1942 －1943.

［21］曹敏，武斌，馬丁，等.蒼耳子對大鼠肝臟毒性作用的代謝組學研究［J］.藥物不良反應(yīng)雜志，2011，13(5):287 －293.

R285.1

B

1004－2814(2012)11－976－02

2012－05－10