基于代謝組學的針灸作用機制研究及其應用思路*

方 芳，陳巖波，王艷麗，馬育軒，王偉明

(1.黑龍江中醫(yī)藥大學，黑龍江 哈爾濱 150040； 2.黑龍江省中醫(yī)藥科學院，黑龍江 哈爾濱 150036； 3.黑龍江護理高等?？茖W校，黑龍江 哈爾濱 150301)

代謝組學(Metabolomics)作為系統(tǒng)生物學的一部分，是運用現(xiàn)代分析技術如核磁共振(NMR)、色譜、MS對內源性和外源性代謝物進行定性和定量分析，通過測定系統(tǒng)內所含的所有代謝物如尿液、唾液、糞便等來分析代謝物變化規(guī)律的一門學科[1-2]。是系統(tǒng)生物學中繼基因組學、轉錄組學和蛋白質組學之后的又一重要分支，代謝組學的研究具有全局性和實時動態(tài)的特點[3]，已被廣泛應用于醫(yī)學、生命科學和生物學相關的各個領域，如疾病診斷、發(fā)病機制、作用機制、中醫(yī)藥科學現(xiàn)代化、藥物毒理及安全評價、植物、環(huán)境、營養(yǎng)衛(wèi)生等。

針灸學(Science ofacupuncture andmoxibustion)是以中醫(yī)理論為指導，研究經(jīng)絡、腧穴及刺灸方法，探討運用針灸防治疾病規(guī)律的一門學科。針灸學作為中醫(yī)學的重要組成部分，屬于中醫(yī)領域重要的外治方法之一[4]，在整體觀念和辨證論治思想的指導下，其內容包括經(jīng)絡、腧穴、針灸方法、臨床治療、針灸醫(yī)經(jīng)醫(yī)籍、實驗針灸等。傳統(tǒng)醫(yī)學認為針灸具有疏通經(jīng)絡、調理陰陽、扶正祛邪等作用[5-6]，且多途徑、多環(huán)節(jié)、多層次、多靶點的進行整體調節(jié)[7]。針灸以人體五臟為中心、配以六腑，經(jīng)絡為聯(lián)系通路,腧穴為產(chǎn)生生物學效應的整體[8]，腧穴是臟腑氣血輸入與輸出的主要部位，也是針灸刺激人體的主要穴位。通過穴位刺激產(chǎn)生的生物學效應，傳遞生物學信息進而發(fā)揮作用。

1 針灸與代謝組學的內在聯(lián)系

針灸在國際標準化進程中的發(fā)展機遇與挑戰(zhàn)并存[9]，隨著針灸學的發(fā)展，用現(xiàn)代科學技術手段闡明針灸經(jīng)典理論的科學內涵已成為傳統(tǒng)醫(yī)藥發(fā)展的重要方向。將代謝組學技術引入針灸學研究，并利用該技術對腦卒中、失眠、焦慮、功能性消化不良等針灸臨床常見疾病的針灸作用機制進行初步探索，有利于揭示針灸療法臨床效應機制。古代研究認為針灸有疏通經(jīng)絡、扶正祛邪、調和陰陽等作用，現(xiàn)代研究認為針灸可通過“神經(jīng)-內分泌- 免疫”系統(tǒng)調節(jié)機體的免疫功能,即針灸通過對免疫細胞、免疫分子的調節(jié)以及“針灸-經(jīng)絡-神經(jīng)內分泌免疫”網(wǎng)絡的調節(jié)，實現(xiàn)防治疾病的目的?，F(xiàn)代醫(yī)學認為針灸防治疾病的機制是因為經(jīng)絡與淋巴管、血管、神經(jīng)節(jié)段、中樞神經(jīng)等相關，治療后可以引起血液中某種活性物質的轉變[10]，這種物質的轉變可以通過代謝組學技術進行定性或定量的評價。近些年國內外學者進行著大量的臨床、實驗研究探索代謝組學與針灸的內在聯(lián)系。針灸學作為中醫(yī)學的一個重要分支，遵循整體觀念和辨證論治思想，與代謝組學的整體觀、全局性和動態(tài)性相吻合，那么運用代謝組學技術研究針灸領域的疑難問題,對全面、系統(tǒng)地揭示針灸學的科學內涵、促進針灸現(xiàn)代化具有重要意義。

2 代謝組學在針灸研究中的應用

2.1 作用機制研究

針灸作為中醫(yī)的一種外治療法，具有操作簡便、適應證廣、療效顯著、經(jīng)濟安全等優(yōu)點，其歷史悠久，數(shù)千年來深受廣大患者的青睞，但其產(chǎn)生效應的作用機制尚未明確，現(xiàn)代科學研究的方法和手段還不足以闡明針灸療法引起的機體生物學的效應，在某種程度上阻礙了針灸現(xiàn)代化的發(fā)展進程[11]。而代謝組學技術正好與針灸治療的多指標、多途徑、多靶點的研究相吻合，可以為闡釋針灸效應規(guī)律和生物學基礎提供有價值的信息。

陳茜等[12]采用“標本配穴”電針法研究其對慢性心肌缺血大鼠的心電保護作用及代謝組學的影響，通過核磁共振質譜技術檢測相關代謝物信息，利用偏最小二乘分析法分析大鼠血清的差異生物標記物和代謝組學的特點。結果篩選出代謝差異生物標記物葡萄糖、乳酸、肌酸、乙酸、3-羥基丁酸。通過代謝通路分析，“標本配穴”電針防治大鼠心肌缺血的作用機制主要通過對糖、脂代謝及能量代謝的調控實現(xiàn)的。田鴻芳[13]采用隔藥灸臍針三陰交法和隔藥灸臍法治療原發(fā)性痛經(jīng)，取尿液樣本通過液相色譜-質譜聯(lián)用(LC-MS)技術進行代謝組學分析，結果顯示，隔藥灸臍針三陰交法和隔藥灸臍法治療原發(fā)性痛經(jīng)的代謝組學機制主要是通過調整患者機體生殖內分泌激素水平，改善患者的神經(jīng)和免疫通路，進而減輕痛經(jīng)的疼痛程度，且隔藥灸臍針三陰交法較隔藥灸臍法更為有效。佘暢[14]應用核磁共振氫譜技術觀察艾灸與針刺對慢性萎縮性胃炎大鼠胃組織代謝的影響，從代謝組學角度探討艾灸與針刺治療慢性萎縮性胃炎的靶器官及效應響應機制的差異。結果提示，艾灸可促進慢性萎縮性胃炎大鼠胃黏膜的修復和免疫力的提高。同時，艾灸和針刺均可提高慢性萎縮性胃炎大鼠胃組織中EGF、TGF-α、PGE2 的含量，且差異具有統(tǒng)計學意義。

2.2 經(jīng)穴效應特異性研究

經(jīng)絡與腧穴是針灸產(chǎn)生臨床效應的核心和關鍵物質基礎，應用代謝組學技術進行經(jīng)穴效應特異性研究已成為針灸現(xiàn)代化、國際化研究最重要的發(fā)展方向和熱點領域[15]。國內學者利用代謝組學技術在針灸經(jīng)穴效應特異性研究方面進行了初步探索。

于正[16]采用辨證循經(jīng)的方法針刺治療原發(fā)性高血壓患者，收集血漿標本，運用高效液相色譜串聯(lián)質譜多反應監(jiān)測技術檢測，比較治療前后患者血漿內靶向代謝小分子的含量變化，從代謝組學角度探討循經(jīng)取穴降壓的作用機理，研究循經(jīng)取穴對關鍵代謝物的調控效應。結果顯示，針刺后改變的小分子主要是蘇氨酸、色氨酸、尿素、蔗糖、肌醇等，說明循經(jīng)取穴治療原發(fā)性高血壓主要通過調控能量代謝實現(xiàn)的。

鐘歡[17]采用艾灸與針刺對正常生理狀態(tài)及慢性萎縮性胃炎大鼠局部穴區(qū)進行治療，利用核磁共振氫譜技術檢測局部穴區(qū)組織中代謝物的變化，通過PCA、PLS-DA、OPLS-DA等分析方法對局部穴區(qū)組織進行代謝組學分析和差異代謝物篩選。結果艾灸與針刺兩種治療方式對“足三里”穴區(qū)組織代謝產(chǎn)生了不同的影響，艾灸主要影響“足三里”穴區(qū)組織的能量代謝、核酸代謝、?；撬岽x、磷酸膽堿代謝、糖酵解;針刺主要影響“足三里”穴區(qū)組織的能量代謝、氨基酸代謝、核酸代謝和糖酵解;艾灸主要調節(jié)慢性萎縮性胃炎大鼠局部穴區(qū)組織紊亂的神經(jīng)遞質，對能量代謝也起到了調節(jié)作用；針刺主要調節(jié)慢性萎縮性胃炎大鼠局部穴區(qū)組織神經(jīng)遞質的代謝紊亂狀態(tài)。該研究更加明確艾灸與針刺對皮膚的作用機制差異。陳美琳等[18]采用核磁共振氫譜技術觀察電針“內關”穴預處理對心肌缺血再灌注損傷模型大鼠血清代謝物及其代謝通路的影響，分析電針預處理對心肌缺血再灌注損傷模型大鼠預保護作用的代謝機制。具體方法是收集各組大鼠的血清為生物樣本，利用核磁共振氫譜技術檢測代謝產(chǎn)物，并通過偏最小二乘法進行模式識別。結果電針“內關”穴預處理通過調節(jié)糖代謝、氨基酸代謝、酮體代謝、丙酮酸代謝、能量代謝等途徑對心肌缺血再灌注損傷模型大鼠起到保護作用。郭玲玲[19]運用一維氫譜核磁共振技術研究SAMP8小鼠血漿、肝腎組織代謝產(chǎn)物譜圖的代謝輪廓變化，觀察電針“百會”穴、“涌泉”穴進行干預后對小鼠血漿和肝腎組織的代謝輪廓是否有調整以及對小鼠血漿、肝腎組織代謝產(chǎn)物的影響。結果提示電針“百會”穴、“涌泉”穴對血漿代謝輪廓的影響主要是通過對-CH3的調節(jié)產(chǎn)生的，對肝組織代謝輪廓的影響主要是通過對葡萄糖的調節(jié)產(chǎn)生的，對腎組織代謝輪廓的影響主要是通過對磷脂膽堿和不飽和脂肪酸的調節(jié)產(chǎn)生的。

3 討論

3.1 代謝組學和針灸結合研究的局限性

代謝組學為針灸的進一步發(fā)展開拓了新的思路，但仍具有一定的局限性。首先，代謝組學的研究技術方法不同，每種方法都有各自的優(yōu)缺點，如代謝組學引入針灸的早期研究中大多采用NMR技術,但NMR技術的缺點是檢測靈敏度較低，很難同時檢測到生物系統(tǒng)中高通量差異較大的代謝產(chǎn)物[20]。近年來，LC-MS技術在針灸的研究中頗多，但其缺點是樣本的預處理比較復雜，分析成本較高[21]。而氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)技術的缺點是只適用于易揮發(fā)且穩(wěn)定性差的樣本[22-24]。所以應根據(jù)實際情況選擇合適的代謝技術。其次，不同代謝產(chǎn)物對最終結果也可能產(chǎn)生一定的差異，如選擇血漿、血清、尿液、腦脊液不同的代謝產(chǎn)物對分析結果可能會產(chǎn)生一定影響，因代謝產(chǎn)物干擾因素不可控，如患者個體差異較大，這些外在因素均會影響結果的分析。因此，要求研究者更好的理解和掌握代謝組學、針灸技術，發(fā)揮二者的優(yōu)勢，從代謝組學角度深入探索針灸作用的特點和規(guī)律，如何將兩者有效的結合還需要進一步探索。相信隨著技術的進步和發(fā)展，針灸與代謝組學的有效結合，將會對針灸的現(xiàn)代化研究帶來新的突破和嶄新的未來。

3.2 展望

綜上所述，通過對文獻資料的查閱，采用代謝組學技術對針灸臨床效應機制的研究發(fā)現(xiàn)，不同的針灸療法產(chǎn)生臨床療效的代謝機制大多是通過調節(jié)某些代謝通路如能量代謝、核酸代謝、牛磺酸代謝、磷酸膽堿代謝等達到治療目的。針灸作為一種中醫(yī)外治療法，遵循中醫(yī)理論，整體性調節(jié)為其最本質的內容。而代謝組學也是通過對代謝產(chǎn)物的檢測來反映機體的整體狀況。同時針灸可以通過單穴、多穴刺激對機體進行調節(jié)，代謝組學也可以通過檢測不同的代謝產(chǎn)物反映機體的狀況。將二者有機結合，在系統(tǒng)生物學背景下的高通量代謝組學可以識別針灸產(chǎn)生臨床效應的潛在作用機制。因此，將代謝組學應用到針灸研究領域, 探索針灸治療疾病更為有效的療法及其效應機制，對推進針灸研究的國際化起到積極作用, 對促進針灸理論研究與臨床研究的深入發(fā)展具有一定的科學意義。