生物標(biāo)簽的探索：中藥藥性研究的新模式＊

李煦照，朱魁元，張帥男＊＊

（1.貴陽中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院 貴陽 550025；2.深圳市藥品檢驗(yàn)研究院 深圳 518057）

中藥的藥性，也稱為中藥的偏性，是對中藥作用的性質(zhì)和特征的高度概括，是中藥研究的核心與基礎(chǔ)。中藥藥性的確定，是從藥物作用于機(jī)體所產(chǎn)生的反應(yīng)概括出來的，主要是與所治疾病的氣血陰陽盛衰相對而言的。近年來，國家對中藥藥性研究已投入了巨大的人力、物力與財(cái)力[1]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，多種方法學(xué)已經(jīng)運(yùn)用到中藥藥性研究之中，例如代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及生物信息學(xué)等[2-6]。這些方法學(xué)不僅可以在病理情況下用于研究中藥的治療作用，也可以在生理情況下用于探索中藥的治療潛能[7-9]。在病理情況下，我們通常趨向于關(guān)注中藥對某一個(gè)特定疾病靶點(diǎn)的干預(yù)作用。在生理情況下，我們可以排除其他因素的干擾，關(guān)注中藥干預(yù)任意靶點(diǎn)的潛能。由此，我們可以同時(shí)探索出中藥對同一部位或系統(tǒng)中多種疾病的治療潛能，以及它們產(chǎn)生作用的機(jī)制。在上述觀點(diǎn)的指導(dǎo)下，一個(gè)新的概念——“生物標(biāo)簽（Biolabel）”應(yīng)運(yùn)而生。生物標(biāo)簽是指可以表征藥物作用（活性與毒性）及機(jī)制的內(nèi)源性靶點(diǎn)，主要包括代謝物靶點(diǎn)、蛋白質(zhì)靶點(diǎn)及基因靶點(diǎn)等。藥物的生物標(biāo)簽是與疾病的生物標(biāo)志物相對而言的。藥物若要運(yùn)用于疾病的治療，則要求其生物標(biāo)簽中所包含的內(nèi)源性靶點(diǎn)應(yīng)與疾病生物標(biāo)志物中的相同（表達(dá)趨勢應(yīng)相反）。唯有如此，藥物才能使得疾病中異常表達(dá)的靶點(diǎn)恢復(fù)到常態(tài)水平。這與中藥治療疾病的方式是相符合的，以其偏性糾正疾病所表現(xiàn)出來的氣血陰陽的偏盛偏衰，即“以偏糾偏”。近年來，以生物標(biāo)簽為切入點(diǎn)的中藥藥性研究體系已逐步建立和完善。本文對近年來的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行收集整理，分析總結(jié)生物標(biāo)簽在中藥藥性研究中的運(yùn)用情況。

1 生物標(biāo)簽與中藥治療作用研究

以往的研究模式一般是基于生物標(biāo)志物，以疾病為出發(fā)點(diǎn)，尋找適用的藥物。然而，在醫(yī)學(xué)信息學(xué)和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)高度發(fā)展的今天，我們也可以基于生物標(biāo)簽，以藥物為出發(fā)點(diǎn)，探索出其對哪種疾病具有治療潛能。

1.1 代謝組學(xué)對中藥活性生物標(biāo)簽的探索

代謝組學(xué)研究表明了刺五加可以增加大鼠腦組織中谷胱甘肽、環(huán)腺苷酸及環(huán)鳥苷酸的含量，這些內(nèi)源性代謝物表達(dá)的上調(diào)分別起到抗氧化應(yīng)激損傷、抗凋亡和改善學(xué)習(xí)記憶的作用[8]。除了對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用外，刺五加對外周系統(tǒng)疾病也具有一定的治療潛能。刺五加可以增加S-腺苷甲硫氨酸（心臟組織）、肌酸（肝臟組織）及瓜氨酸（腎臟組織）的含量，它們分別有助于先天性心臟病、非酒精性脂肪肝及腎臟氧化應(yīng)激損傷的治療[10]。穿山龍對外周系統(tǒng)的干預(yù)作用也是較強(qiáng)的。通過代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，穿山龍具有治療冠狀動脈心臟病、急性肝損傷、脾萎縮及痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的潛能，涉及的生物標(biāo)簽分別為尼克酰胺、左旋肉堿、左旋谷氨酸及尿酸[11]。刺五加還可以使大鼠尿液代謝輪廓發(fā)生擾動，增加其中犬尿酸的的濃度，有利于體內(nèi)自由基的清除及氧化應(yīng)激反應(yīng)的抑制[12]。代謝組學(xué)也可以用于分析中藥炮制對于藥性的影響，黃連及其姜汁炮制品影響了尿液中9個(gè)與藥性相關(guān)的生物標(biāo)簽的表達(dá)，且它們的表達(dá)趨勢隨著黃連藥性的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化，并進(jìn)一步影響藥物的抗炎作用[13]。

1.2 蛋白質(zhì)組學(xué)對中藥活性生物標(biāo)簽的探索

天麻可以用于亨廷頓氏病的治療，通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，與該治療作用直接相關(guān)的靶點(diǎn)是Pacsin1和Arf3[6]。另外，天麻也可以通過促進(jìn)神經(jīng)再生的方式來治療神經(jīng)退行性疾病，涉及的蛋白質(zhì)靶點(diǎn)是CALR、FKBP3/4 及HSP70/90[14]。除此之外，蛋白質(zhì)組學(xué)也可以用于探索中藥復(fù)方的活性生物標(biāo)簽。由人參及丹參組成的雙龍方可以用于心臟病的治療。羅國安等[15，16]通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，雙龍方能輔助骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞定向分化為心肌樣細(xì)胞，該過程涉及了細(xì)胞骨架蛋白、代謝酶蛋白、抗氧化蛋白及熱休克蛋白等。

1.3 轉(zhuǎn)錄組學(xué)對中藥活性生物標(biāo)簽的探索

中藥復(fù)方丹芪膠囊（NeuroAiD）能夠誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞增殖和神經(jīng)突起的生長[17]，被廣泛運(yùn)用于中風(fēng)患者的治療。經(jīng)轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該藥物調(diào)控的基因與神經(jīng)形成過程是密切相關(guān)的，涉及的基因靶點(diǎn)為FGF19、GALR2、MMP10、FGF3 及TDO2[17]。補(bǔ)腎益肝活血方可以誘導(dǎo)骨髓基質(zhì)細(xì)胞成軟骨細(xì)胞分化，能有效地控制骨關(guān)節(jié)炎患者的疼痛及改善其功能[18]。通過基因芯片技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)其作用機(jī)制可能與MMP3、EFEMP1 介導(dǎo)的通路相關(guān)[18]。

1.4 生物信息學(xué)對中藥活性生物標(biāo)簽的探索

近年來，生物信息學(xué)也被廣泛運(yùn)用于中藥活性生物標(biāo)簽的探索。本課題組通過生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，刺五加化學(xué)成分的潛在治療靶點(diǎn)參與了內(nèi)皮信號通路、阿爾茨海默病淀粉樣蛋白分泌酶通路及纖溶酶原激活級聯(lián)通路等[2]。這些通路的激活使得刺五加在高血壓、阿爾茲海默病及血栓性疾病的治療中發(fā)揮積極的作用。另外，本課題組也運(yùn)用生物信息學(xué)預(yù)測了穿山龍化學(xué)成分的潛在治療靶點(diǎn)[3]。這些靶點(diǎn)可以作為生物標(biāo)簽，用于表征該中藥對痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎及心血管疾病的治療作用[3]。此外，吳嘉瑞等也運(yùn)用生物信息學(xué)對中藥藥對及中藥復(fù)方的活性生物標(biāo)簽進(jìn)行了探索。通過對“桔梗-甘草”藥對中化學(xué)成分潛在干預(yù)靶點(diǎn)的分析，發(fā)現(xiàn)它們對阿爾茨海默癥、痛癥及炎癥等具有較強(qiáng)的治療潛能[19]?！敖疸y花-連翹”藥對中化學(xué)成分具有64 個(gè)潛在干預(yù)靶點(diǎn)，涉及的疾病主要為心血管病、炎癥及阿爾茨海默癥等[20]。四君子湯為補(bǔ)脾益氣的代表方，臨床中主要用于慢性腹瀉、消化性潰瘍及慢性胃炎等疾病的治療。通過生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該方劑對93個(gè)靶點(diǎn)具有干預(yù)潛能，這些靶點(diǎn)主要參與了鈣離子信號通路、神經(jīng)活性受體-配體相互作用信號通路及癌癥信號通路[21]。另外，吳嘉瑞團(tuán)隊(duì)也運(yùn)用相同的方法學(xué)分析了吳茱萸湯的作用機(jī)制，探索出相應(yīng)生物標(biāo)簽77 個(gè)，主要涉及癌癥信號通路、鈣離子信號通路及神經(jīng)活性配體-受體相互作用信號通路[22]。

2 生物標(biāo)簽與中藥毒性作用研究

中藥是由多種化學(xué)成分組成的復(fù)雜體系，可以作用于多個(gè)內(nèi)源性靶點(diǎn)，并從多個(gè)生物學(xué)通路來控制一些復(fù)雜性疾病的發(fā)病進(jìn)程。然而，這也可能存在一定的安全隱患，它們的作用靶點(diǎn)越多，其中出現(xiàn)毒性相關(guān)靶點(diǎn)的可能性也越大。

2.1 代謝組學(xué)對中藥毒性生物標(biāo)簽的探索

內(nèi)源性代謝物靶點(diǎn)除了能表征中藥的治療作用外，還能用于表征它們的毒性。前期代謝組學(xué)分析表明了，刺五加能顯著上調(diào)腦組織中哌啶酸、左旋谷氨酸、二氫鞘氨醇及植物鞘氨醇的含量，它們的異常表達(dá)與神經(jīng)毒性密切相關(guān)[8]。除了能產(chǎn)生潛在的神經(jīng)毒性外，刺五加對心、脾等組織的正常生理功能也能產(chǎn)生不利的影響，與之相關(guān)的生物標(biāo)簽分別為異丁酰左旋肉堿及腎上腺素[10]。代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，穿山龍對外周系統(tǒng)也能產(chǎn)生潛在的毒性，涉及的內(nèi)源性代謝物靶點(diǎn)主要為檸檬酸、胍基乙酸、腺苷、γ-氨基丁酸及左旋谷氨酰胺等[11]。除了組織樣本外，尿液樣本的代謝輪廓也可以用于毒性生物標(biāo)簽的探索。刺五加可以使大鼠尿液中3-甲基鳥嘌呤、甲基巴豆酰肉堿及3-羥基十二烷二酸的含量發(fā)生異常變化，這也可以用于表征該中藥的潛在毒性[12]。通過尿代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，10 個(gè)異常表達(dá)的內(nèi)源性代謝物有可能成為蒼耳子的毒性生物標(biāo)簽，它們使得機(jī)體脂質(zhì)過氧化及脂肪酸氧化過程發(fā)生擾動[23]。代謝組學(xué)除了能運(yùn)用于單味中藥的毒性機(jī)制的研究外，還能用于中藥配伍或炮制減毒作用的研究[24]。李春雨等[25]通過血清代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了10個(gè)與何首烏炮制減毒相關(guān)的潛在代謝物靶點(diǎn)，它們主要影響了鞘脂代謝、亞油酸代謝及甾類激素生物合成等代謝通路。另外，謝彤等[26]基于“異類相制”中醫(yī)理論，運(yùn)用代謝組學(xué)研究了清絡(luò)通痹方中雷公藤的配伍減毒機(jī)制，發(fā)現(xiàn)雷公藤肝臟毒性的發(fā)生與氨基酸代謝及能量代謝等過程密切相關(guān)，而清絡(luò)通痹方通過改善機(jī)體氨基酸水平發(fā)揮配伍減毒作用。趙佳偉等[27]通過尿液代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)人參能通過對泛醌、泛酸、核黃素及甲硫氨酸的調(diào)節(jié)來減輕附子的毒性。

2.2 蛋白質(zhì)組學(xué)對中藥毒性生物標(biāo)簽的探索

目前，蛋白質(zhì)組學(xué)主要被用于探索中藥化學(xué)成分的毒性生物標(biāo)簽。Wei J 等[28]運(yùn)用蛋白組學(xué)技術(shù)分析梔子苷對大鼠肝臟的毒性作用，涉及的生物標(biāo)簽為甘氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶及糖原磷酸化酶。這兩個(gè)生物標(biāo)簽比目前的肝毒性指標(biāo)更早地預(yù)測出該成分的肝毒性。

2.3 轉(zhuǎn)錄組學(xué)對中藥毒性生物標(biāo)簽的探索

早在1999 年，轉(zhuǎn)錄組學(xué)就被運(yùn)用于藥物毒性研究[29]。近年來，轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)在中藥毒性研究領(lǐng)域中的運(yùn)用也備受關(guān)注[30]。前期研究表明，大黃總蒽醌具有明顯的腎毒性，通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，該毒性涉及的生物標(biāo)簽主要為MAPK 激酶6、周期蛋白D1 和周期素依賴性蛋白激酶1[31]。蟾酥對心臟具有明顯的毒性，通過基因芯片技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，蟾酥主要通過花生四烯酸和亞油酸代謝通路及脂肪細(xì)胞因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來影響心臟的正常生理功能[32]。黃藥子具有誘導(dǎo)肝損傷的不良反應(yīng)，通過miRNA 芯片技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，血清中miR-122、miR-192及miR-193可作為表征其潛在肝毒性的生物標(biāo)簽[33]。盛云華等[34]也運(yùn)用miRNA芯片技術(shù)分析了山豆根對肝臟的損傷性，涉及的生物標(biāo)簽為血清中miR-291a-5p。

2.4 生物信息學(xué)對中藥毒性生物標(biāo)簽的探索

生物信息學(xué)也被廣泛運(yùn)用于中藥毒性生物標(biāo)簽的探索。通過毒物與毒物靶點(diǎn)數(shù)據(jù)庫（T3DB，http：//www.t3db.ca/）的分析，本課題組發(fā)現(xiàn)刺五加化學(xué)成分的潛在毒性靶點(diǎn)主要參與了促性腺激素釋放激素受體通路、多巴胺受體介導(dǎo)的信號通路、ATP合成通路及氨基丁酸降解通路等[2]。刺五加可能通過這些通路對機(jī)體的一些正常生理過程產(chǎn)生不利影響，例如促性腺激素釋放過程及能量代謝過程等[2]。另外，通過生物信息學(xué)預(yù)測，穿山龍化學(xué)成分的潛在毒性靶點(diǎn)主要參與了離子型谷氨酸受體通路及代謝型谷氨酸受體通路[3]。這些通路的異常共同影響了神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的正常生理功能，由此可能進(jìn)一步引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性毒性[3]。另外，許可嘉等[35]通過生物信息學(xué)構(gòu)建了雷公藤化合物靶標(biāo)“蛋白-蛋白”相互作用網(wǎng)絡(luò)及“在靶、脫靶”相關(guān)分子網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)脫靶效應(yīng)主要參與了細(xì)胞增殖、凋亡、炎癥反應(yīng)等重要生物化學(xué)反應(yīng)過程，間接提示雷公藤的脫靶效應(yīng)可能對應(yīng)其副反應(yīng)（毒性）。生物信息學(xué)除了能運(yùn)用于單味中藥的毒性機(jī)制的研究外，還能用于中藥配伍減毒研究[36]。四逆湯由附子、干姜、甘草組成，其中附子為有毒中藥。生物信息學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，附子中的化合物主要影響了腎上腺素能、5-羥色胺、多巴胺、M 膽堿能受體及阿片受體的相關(guān)靶點(diǎn)[37]。通過TCMGeneDIT 數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)，在四逆湯配伍環(huán)境下，甘草、干姜對生附子的減毒效應(yīng)可能與共享靶標(biāo)基因或關(guān)聯(lián)基因有關(guān)[36]。

3 總結(jié)與展望

對于中藥的研究，現(xiàn)有的研究模式通常會先運(yùn)用藥效學(xué)分析對其可能治療的疾病進(jìn)行嘗試性研究，確定其治療作用后再進(jìn)行相關(guān)機(jī)制和物質(zhì)基礎(chǔ)的探討。然而，由于疾病發(fā)病機(jī)制及中藥組成的復(fù)雜性，這將有可能耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間去完成這些工作。而以生物標(biāo)簽為主導(dǎo)的研究模式則可以使得整個(gè)研究過程更加具有目的性和針對性。

該研究模式尤其適用于中藥這種成分不是十分明確的藥物的研究。生物標(biāo)簽的表達(dá)情況可以反映出進(jìn)入機(jī)體內(nèi)環(huán)境的中藥所有成分的聯(lián)合作用。在該研究模式的幫助下，研究者可以將研究焦點(diǎn)從模糊的中藥成分組成轉(zhuǎn)移到已知的內(nèi)源性靶點(diǎn)上。通過對這些靶點(diǎn)的分析，有可能實(shí)現(xiàn)中藥作用的確認(rèn)及質(zhì)量的控制。

人體由多個(gè)系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)中的疾病種類繁多、發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣。中藥是由多種成分組成的復(fù)雜體系，這有利于其通過對多種靶點(diǎn)的干預(yù)來控制疾病的進(jìn)程，從而實(shí)現(xiàn)對疾病的多維度治療。對于復(fù)雜性疾病而言，運(yùn)用單一類型靶點(diǎn)表征中藥的作用及機(jī)制，雖然能在一定層面上闡述問題，但仍然是不足的，這樣導(dǎo)致研究信息出現(xiàn)偏差的可能性也是較大的[38]。生物標(biāo)簽由多維度靶點(diǎn)組成，基于不同維度的靶點(diǎn)對中藥的作用及機(jī)制進(jìn)行協(xié)同分析，可以大幅度提升研究信息的準(zhǔn)確度與可信度，并可以對研究結(jié)果進(jìn)行相互補(bǔ)充，相互驗(yàn)證。通過對中藥生物標(biāo)簽及相關(guān)通路的生物學(xué)作用的分析，我們可以將它們與某個(gè)系統(tǒng)中的疾病的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從中篩選出中藥對何種疾病具有治療優(yōu)勢，并可以進(jìn)一步分析中藥治療該疾病的作用及機(jī)制。因此，通過生物標(biāo)簽研究模式，研究者可以有效地控制研究范圍，并對中藥治療疾病的作用及機(jī)制進(jìn)行多維度定位。另外，生物標(biāo)簽也可以作為“指揮棒”，指導(dǎo)后續(xù)的中藥新藥及配伍組方研究，可以有效地提高工作效率及縮短研究周期。在上述用于探索生物標(biāo)簽的方法學(xué)中，生物信息學(xué)的優(yōu)勢尤為突出。相比于組學(xué)技術(shù)，生物信息學(xué)的研究周期更短，資源耗費(fèi)更少，信息整合能力更強(qiáng)。該方法學(xué)在生物標(biāo)簽的探索中具有更大的潛力。

然而，目前還面臨一些問題，生物標(biāo)簽均是在正常生理模型中探索得到的，而且目前的數(shù)據(jù)檢測分析方法及統(tǒng)計(jì)學(xué)方法還具有局限性，如果直接根據(jù)生物標(biāo)簽來指導(dǎo)藥物在病理情況中的運(yùn)用，則會導(dǎo)致一定誤差的出現(xiàn)。因此，還需進(jìn)一步優(yōu)化方法學(xué)及進(jìn)行驗(yàn)證性研究，以提高生物標(biāo)簽表征中藥作用的準(zhǔn)確度，才能使得這些數(shù)據(jù)更好地運(yùn)用于后續(xù)研究及服務(wù)于臨床。