系統(tǒng)生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的小分子代謝組學(xué)策略創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)中藥現(xiàn)代研究＊

徐 欣，張文華，羅夏琳，劉京凈，王天宇，張 寧，孫慧峰，呂海濤＊＊

（1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院 哈爾濱 150040；2.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)佳木斯學(xué)院 佳木斯 154007；3.上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院 上海 200240）

代謝組學(xué)創(chuàng)始于20世紀(jì)初期，是一種由全新的系統(tǒng)生物學(xué)理念驅(qū)動(dòng)下，借助質(zhì)譜和核磁等高通量?jī)x器平臺(tái)，精準(zhǔn)表征生命體對(duì)于外源或內(nèi)源的刺激產(chǎn)生相應(yīng)代謝動(dòng)態(tài)變化反應(yīng)的定性定量方法[1]。基于近20年的科學(xué)內(nèi)涵拓展與外延實(shí)踐應(yīng)用，代謝組學(xué)已經(jīng)被寬口徑應(yīng)用于生命科學(xué)領(lǐng)域。代謝組學(xué)不僅可以通過(guò)特征小分子化合物辨別植物物種或研究植物生長(zhǎng)發(fā)育[2,3]，而且能通過(guò)特征性代謝修飾與調(diào)控分析廣泛應(yīng)用于包括中樞神經(jīng)、心血管、呼吸系統(tǒng)、內(nèi)分泌、消化系統(tǒng)、生殖泌尿系統(tǒng)甚至是癌癥等[4-10]多種人類(lèi)復(fù)雜疾病早期預(yù)警診斷和發(fā)病機(jī)理研究。此外，代謝組學(xué)已經(jīng)有效應(yīng)用于現(xiàn)代藥物研究[11]和相關(guān)毒理學(xué)研究[12]。經(jīng)過(guò)多學(xué)科的交叉融合發(fā)展，代謝組學(xué)已經(jīng)突破原有生物機(jī)體的宏觀(guān)系統(tǒng)生物學(xué)研究，擴(kuò)展至低等微生物和單個(gè)細(xì)胞的研究[13,14]?？茖W(xué)家正在尋求將代謝組學(xué)與上游的基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)聯(lián)姻應(yīng)用[15,16]，更好的解決生物醫(yī)藥領(lǐng)域的多種復(fù)雜關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

中醫(yī)藥是經(jīng)過(guò)幾千年的臨床實(shí)踐，根據(jù)不同時(shí)期人類(lèi)實(shí)際疾病病理的整體表達(dá)性狀特征的總和，經(jīng)過(guò)個(gè)性化辨證施治和遣方用藥，發(fā)展形成的一種獨(dú)特的傳統(tǒng)醫(yī)藥理論和應(yīng)用體系。而中藥是中醫(yī)臨床實(shí)踐的主要用藥形式，其固有化學(xué)物質(zhì)組成的復(fù)雜性與作用模式的系統(tǒng)性，與代謝組學(xué)秉承的系統(tǒng)生物學(xué)理念深度契合，因此當(dāng)下代謝組學(xué)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于諸多中藥關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的解決，如中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)辨識(shí)，中藥質(zhì)量控制評(píng)價(jià)，中藥作用機(jī)理，中藥配伍規(guī)律等（圖1）。

圖1 基于系統(tǒng)生物學(xué)理念的小分子代謝組學(xué)策略應(yīng)用于中藥現(xiàn)代研究

1 代謝組學(xué)系統(tǒng)表征中藥的化學(xué)物質(zhì)組/藥效物質(zhì)基礎(chǔ)

中藥是中醫(yī)臨床遣方用藥的主要物質(zhì)形式，其固有化學(xué)物質(zhì)組成非常復(fù)雜，這些化學(xué)物質(zhì)是結(jié)構(gòu)多樣化的藥用植物的次生代謝產(chǎn)物，按其合成途徑的不同，主要包括黃酮類(lèi)、萜類(lèi)、生物堿類(lèi)、香豆素、木質(zhì)素類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)和酚類(lèi)等小分子化合物[17,18]。而對(duì)中藥化學(xué)物質(zhì)組成的科學(xué)認(rèn)知是中藥現(xiàn)代研究最重要的一環(huán)，將有助于中藥質(zhì)量控制、作用機(jī)制、配伍規(guī)律等諸多關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的解決和助推現(xiàn)代臨床應(yīng)用。鑒于中藥所含這些小分子化合物呈現(xiàn)多樣復(fù)雜性，而且中藥于臨床應(yīng)用中多以由幾種或者幾十種中藥飲片相配伍而成的中醫(yī)方劑為主要用藥形式，因此，傳統(tǒng)天然藥物化學(xué)研究方法已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高效表征中藥化學(xué)物質(zhì)組的緊迫需求。大量實(shí)踐證明，具有復(fù)雜基質(zhì)小分子代謝組高效表征的代謝組學(xué)分析策略，是當(dāng)下表征中藥化學(xué)物質(zhì)組的優(yōu)勢(shì)方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。趙新峰等[19]采用代謝組學(xué)方法一次性識(shí)別檢出六味地黃丸中的40種特征性化學(xué)成分。以代謝組學(xué)理念為方法學(xué)基礎(chǔ)，王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[20]采用高效靈敏的超高效液相-電噴霧-四極桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜首次報(bào)道了六味地黃丸中50種化合物的信息。另外，李睿等[21]也采用氣相-質(zhì)譜聯(lián)用和超高效液相色譜聯(lián)用兩種儀器手段研究麻黃湯的化學(xué)物質(zhì)組，分別有效表征40個(gè)和39個(gè)特征小分子化合物。這些實(shí)例都表明代謝組學(xué)策略用于中藥化學(xué)物質(zhì)組研究的科學(xué)性與可行性。然而，如何闡明已鑒定出的化合物是否對(duì)靶向疾病具有質(zhì)量作用，即是否為載體中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，這又是一個(gè)新的方法學(xué)挑戰(zhàn)。王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[22]對(duì)此提出了一種新的中藥現(xiàn)代研究思路和方法—中醫(yī)方證代謝組學(xué)。此方法將代謝組學(xué)與中藥血清藥物化學(xué)研究方法相整合，更科學(xué)直觀(guān)地從生物效應(yīng)的角度闡明中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。例如王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[23]對(duì)茵陳蒿湯首先進(jìn)行體外成分檢測(cè)鑒定，接著通過(guò)口服喂藥后在大鼠體內(nèi)檢測(cè)并鑒定對(duì)比出了包含有機(jī)酸、環(huán)烯醚萜類(lèi)、香豆素類(lèi)、黃酮類(lèi)等21種的化合物，其中19種為體外檢測(cè)得到的原始形式化合物，2種為代謝產(chǎn)物。另外，他們還對(duì)治療腎陽(yáng)虛證的男仕膠囊進(jìn)行了研究，不僅確定了咖啡酸等8種化合物為其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，還初步闡釋了這些化合物的作用方式和途徑[24]。盧盛文等[25]也利用此研究方法，從復(fù)雜的化學(xué)物質(zhì)組中系統(tǒng)表征木質(zhì)素和人參皂苷類(lèi)等成分為生脈散方劑預(yù)防老年癡呆的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，同時(shí)還表明了與老年癡呆發(fā)生發(fā)展密切關(guān)聯(lián)的小分子生物標(biāo)志物和關(guān)聯(lián)修飾代謝通路，為后續(xù)的組分中藥的藥效和成藥性評(píng)價(jià)奠定科學(xué)基礎(chǔ)。目前，以代謝組學(xué)為驅(qū)動(dòng)內(nèi)核的中醫(yī)方證代謝組學(xué)策略正廣泛應(yīng)用于不同中藥的化學(xué)物質(zhì)組與藥效物質(zhì)基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。

然而，由于中藥固有化學(xué)物質(zhì)組成的極端復(fù)雜性，中藥的化學(xué)物質(zhì)組與藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究仍存在居多挑戰(zhàn)，有待研究方法與策略的進(jìn)一步創(chuàng)新。聚焦組分精準(zhǔn)鑒定，以功能表征為導(dǎo)向的精準(zhǔn)修飾代謝組學(xué)策略[26]，或許為當(dāng)下解決中藥復(fù)雜性的一個(gè)全新方法學(xué)選擇。該方法的核心理念是首先精準(zhǔn)表征載體中藥/藥物的化學(xué)物質(zhì)組，繼而對(duì)其中功能組分進(jìn)行靶向聚焦研究，最終從體內(nèi)外化學(xué)代謝共修飾角度闡明載體中藥的有效成分，作用靶點(diǎn)和作用機(jī)理，切實(shí)為組分中藥的現(xiàn)代化研究提供全新方法學(xué)策略和科學(xué)基礎(chǔ)。盡管該策略的若干方法學(xué)問(wèn)題仍有待進(jìn)一步完善和解決，但前景看好。

2 代謝組學(xué)創(chuàng)新助力中藥質(zhì)量控制研究

中藥臨床有效性的好壞，完全取決于載體中藥的系統(tǒng)質(zhì)量。由于中藥化學(xué)物質(zhì)組成的復(fù)雜多樣，其質(zhì)量控制方法與實(shí)踐研究一直是中醫(yī)藥學(xué)家開(kāi)展現(xiàn)代中藥研究最重要的一環(huán)，也是中藥現(xiàn)代化研究諸多領(lǐng)域中最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。影響中藥系統(tǒng)質(zhì)量的因素頗多，如不同中藥品種在其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中會(huì)受到不同環(huán)境因素的顯著影響，其化學(xué)物質(zhì)組成必然會(huì)發(fā)生顯著變化[27]，這將決定中藥飲片及其成藥的系統(tǒng)質(zhì)量，必將制約其臨床有效性的客觀(guān)表達(dá)?；诳茖W(xué)家知識(shí)儲(chǔ)備的豐富程度，以及對(duì)中藥客觀(guān)復(fù)雜性的認(rèn)知水準(zhǔn)，中藥系統(tǒng)質(zhì)量控制研究經(jīng)歷從簡(jiǎn)單的采取單一且高含量的化學(xué)成分來(lái)定量表征中藥質(zhì)量[28]，發(fā)展到基于色譜聯(lián)用技術(shù)建立中藥材整體質(zhì)量指紋圖譜配合“一測(cè)多評(píng)”的方法來(lái)系統(tǒng)評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量[29-31]。盡管，思想認(rèn)知的改變和方法的系統(tǒng)化升級(jí)，但單純靠指紋圖譜去認(rèn)知中藥的復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)組成，進(jìn)而客觀(guān)控制中藥的系統(tǒng)質(zhì)量，其無(wú)論是在檢測(cè)化學(xué)成分的種類(lèi)/數(shù)量，還是聚焦成分的有效定性和相對(duì)定量，以及活性對(duì)應(yīng)性方面，仍存在明顯的缺陷。系統(tǒng)生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的代謝組學(xué)方法，鎖定特異性的生物標(biāo)記物來(lái)作為制定中藥質(zhì)量控制因子的新策略，顯著提升了中藥質(zhì)量控制評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性和實(shí)用性。目前該方法已經(jīng)被越來(lái)越多的中醫(yī)藥學(xué)家用于載體中藥的質(zhì)量評(píng)價(jià)與控制。如Shu等[32]利用代謝組學(xué)結(jié)合血漿藥理學(xué)方法，對(duì)四種柑橘藥材活性次級(jí)代謝物群聚焦定量表征32種特征性小分子代謝物，成功應(yīng)用于目標(biāo)中藥材的質(zhì)量評(píng)價(jià)與品種分類(lèi)，這將為臨床基于該類(lèi)藥材的中藥合理使用提供科學(xué)選擇基礎(chǔ)。此外，Jiang等[33]利用代謝組學(xué)分析方法，以厚樸藥材中厚樸酚、和厚樸酚兩種標(biāo)志性的活性化合物為檢測(cè)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行定量表征，有效地對(duì)來(lái)自18批厚樸藥材的藥用來(lái)源進(jìn)行區(qū)分辨識(shí)，表明這兩種活性化合物可成功作為質(zhì)量標(biāo)志性物質(zhì)用于厚樸類(lèi)中藥材的系統(tǒng)質(zhì)量控制。同理，Wu等[34]采用代謝組學(xué)方法，聚焦表征澤瀉藥材中的三萜類(lèi)化合物，建立特征化學(xué)組分為導(dǎo)向的中藥質(zhì)量控制方法，實(shí)踐證明該方法可成功應(yīng)用于不同產(chǎn)地澤瀉類(lèi)中藥材質(zhì)量?jī)?yōu)劣的辨別，筆者深信這將為其臨床使用提供質(zhì)控參考，確保臨床有效性的最大程度發(fā)揮，改善病人群體健康。

圖2 中藥及復(fù)方制劑的Q-marker研究思路及步驟[35]

鑒于中藥質(zhì)量控制的必要性和緊迫性，天津藥物研究院劉昌孝院士領(lǐng)導(dǎo)的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)基于多學(xué)科理論與實(shí)踐系統(tǒng)提出一種中藥質(zhì)量控制的新理念——中藥質(zhì)量標(biāo)志物（Q-Marker）[35]（圖2）。其內(nèi)涵是根據(jù)中醫(yī)藥理論，結(jié)合藥物中小分子化合物的生物活性功能，確證中藥材及復(fù)方制劑中與質(zhì)量高度關(guān)聯(lián)具有高度特異性的中藥質(zhì)量標(biāo)志物，基于此對(duì)中藥質(zhì)量進(jìn)行有效控制。其核心研究方法是通過(guò)系統(tǒng)生物學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)方法，從藥物的有效性、特異性、傳遞性和溯源性以及配伍等方面全面解析、表征和界定中藥質(zhì)量標(biāo)志物,多途徑地鎖定和規(guī)范中藥質(zhì)量[36]。張鐵軍等[37]基于此研究理念，采用代謝組學(xué)方法結(jié)合化學(xué)成分生源途徑分析以及藥性、藥效與藥動(dòng)學(xué)研究成功建立了以延胡索甲素、延胡索乙素、黃連堿等7個(gè)化合物為標(biāo)準(zhǔn)的延胡索的中藥質(zhì)量標(biāo)志物（Q-Marker）體系，可用于延胡索類(lèi)藥材質(zhì)量的客觀(guān)高效控制。此外，武欣等[38]通過(guò)代謝組學(xué)擬合動(dòng)力學(xué)參數(shù)的評(píng)價(jià)方法對(duì)大鼠腦組織中元胡止痛方的成分進(jìn)行系統(tǒng)研究，確定延胡索甲素、延胡索乙素、原阿片堿、歐前胡素和異歐前胡素為元胡止痛方的核心Q-marker，可用于該中藥的科學(xué)質(zhì)量控制，指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)和臨床實(shí)踐應(yīng)用。

總之，中藥質(zhì)量的科學(xué)控制與評(píng)價(jià)是中藥發(fā)揮臨床療效與實(shí)踐應(yīng)用的最關(guān)鍵一環(huán)，是中藥現(xiàn)代化與國(guó)際化進(jìn)程中不可忽視的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。盡管代謝組學(xué)和Q-Marker等全新研究理念與策略的客觀(guān)化引入，使得中藥質(zhì)量控制研究取得了巨大進(jìn)步，但面對(duì)中藥化學(xué)物質(zhì)組成的復(fù)雜性與質(zhì)量評(píng)價(jià)過(guò)程的系統(tǒng)性，中藥質(zhì)量控制仍有很多關(guān)鍵難題尚需克服，如有效成分的辨識(shí)問(wèn)題，藥效生物標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，藥效與中藥質(zhì)量的對(duì)應(yīng)性問(wèn)題，不同類(lèi)型中藥成品的質(zhì)量控制問(wèn)題等。但我們有理由相信這些科學(xué)難題的解決，需要多學(xué)科交叉融合，不同學(xué)科團(tuán)隊(duì)的共同努力，終究會(huì)破解中藥質(zhì)量控制這一行業(yè)難題，也必將帶動(dòng)中藥其他關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的科學(xué)解決。

3 代謝組學(xué)整體破解中藥毒理作用表型

早在《神農(nóng)本草經(jīng)》就提出，“藥物應(yīng)奏效為止，取效為度”的主張來(lái)避免藥物對(duì)人體產(chǎn)生的毒副作用。同理，藥物的現(xiàn)代研究與臨床應(yīng)用過(guò)程中，藥物毒性的評(píng)價(jià)與表征也是醫(yī)藥學(xué)家高度重視的問(wèn)題。中藥固有化學(xué)物質(zhì)組成的復(fù)雜性，使其毒性物質(zhì)基礎(chǔ)不明和毒性機(jī)理不清，嚴(yán)重影響對(duì)其毒性的客觀(guān)認(rèn)識(shí)和控制，進(jìn)而影響中藥創(chuàng)新藥物研究的現(xiàn)代化進(jìn)程。近年來(lái)，以分析表征復(fù)雜基質(zhì)小分子代謝物，表征其功能見(jiàn)長(zhǎng)的代謝組學(xué)策略被廣泛應(yīng)用于中藥毒理研究，闡明載體中藥的毒性物質(zhì)基礎(chǔ)和致毒機(jī)理[39-41]。例如，研究表明馬兜鈴酸是中藥馬兜鈴的主要成分，其廣泛存在于馬兜鈴科的系列藥材之中，具有很強(qiáng)的腎毒性，但其毒性作用與機(jī)理仍不完全明晰[42]。張莉等[43]運(yùn)用代謝組學(xué)方法對(duì)馬兜鈴酸Ⅰ誘導(dǎo)的馬兜鈴酸腎病進(jìn)行研究，以期闡明其腎臟系統(tǒng)毒性。結(jié)果顯示，馬兜鈴酸Ⅰ作用后，動(dòng)物體內(nèi)10種小分子代謝物及其代謝通路發(fā)生顯著的上調(diào)波動(dòng)，具體包括磷脂、膽汁酸及氨基酸代謝通路伴隨腎病的進(jìn)行發(fā)生明顯的改變，其活性的表征系統(tǒng)闡明了馬兜鈴酸的毒性特征與作用機(jī)制。此外，Heinrich等基于LC-MS和1H NMR的代謝組學(xué)方法對(duì)43種常見(jiàn)的藥用馬兜鈴屬植物提取液進(jìn)行活性成分分析及體外毒性評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除了常見(jiàn)的馬兜鈴酸I和馬兜鈴酸II外，其他的馬兜鈴酸類(lèi)化合物也具有腎毒性，這些發(fā)現(xiàn)有助于馬兜鈴的腎毒性機(jī)制研究，并對(duì)草藥的調(diào)節(jié)具有重要意義[44]。蟾酥作為一種傳統(tǒng)中藥在臨床應(yīng)用中存在心臟毒性等明顯副作用，Kong等基于1H-NMR的代謝組學(xué)方法并輔以行為觀(guān)察，臨床化學(xué)，心電圖記錄和組織病理學(xué)評(píng)估對(duì)其心臟毒性機(jī)理進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氧化應(yīng)激反應(yīng)，線(xiàn)粒體功能障礙和能量代謝紊亂都與蟾酥引起的心臟毒性有關(guān)[45]。此外，梁曉萍等[46]利用代謝組學(xué)方法結(jié)合心電圖分析對(duì)蟾酥導(dǎo)致的大鼠急性毒性機(jī)制進(jìn)行研究，結(jié)果表明蟾酥毒性可能是通過(guò)阻礙自由脂肪酸再?；蚣せ畹鞍准っ竿犯蓴_了脂質(zhì)代謝而產(chǎn)生的。

鑒于中藥毒性的客觀(guān)存在，中藥合理配伍是制約中藥毒性的常用方略，實(shí)踐證明代謝組學(xué)也可用于中藥方劑中毒性藥物的減毒增效研究。Wang等[47]對(duì)牛黃解毒片作用于大鼠后的血漿和尿液進(jìn)行代謝組學(xué)分析，以期理解牛黃解毒片發(fā)揮治療作用的同時(shí)，如何通過(guò)配伍降低中藥雄黃的毒性作用。結(jié)果表明，雄黃的毒性減小是由于方中大黃、黃芩、桔梗和甘草等配伍用藥共同逆向調(diào)節(jié)由于雄黃毒性作用引起的大鼠的能量代謝，膽堿代謝，氨基酸代謝以及腸道菌群的擾動(dòng)和偏離。同理，馬致潔等[48]基于大鼠模型，應(yīng)用代謝組學(xué)方法研究雷公藤配伍甘草后的毒性特征和減毒機(jī)制，結(jié)果顯示脂肪酸、甘油酯和甘油磷酸等15個(gè)潛在生物標(biāo)志物和以甘油磷脂代謝為關(guān)鍵的7個(gè)代謝通路是雷公藤毒性的作用靶點(diǎn)和靶點(diǎn)群，其毒性發(fā)生過(guò)程中，引起這些小分子代謝物的生物合成發(fā)生明顯的擾動(dòng)，當(dāng)配伍甘草后，這些代謝修飾被明顯恢復(fù)，進(jìn)而從中藥配伍角度減輕了雷公藤的系統(tǒng)毒性，增強(qiáng)其治療活性的客觀(guān)表達(dá)。Li等基于超高效液相色譜-四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜方法（UPLC/Q-TOF-MS）對(duì)馬錢(qián)子（SNV）及雷公藤（TwHF）誘導(dǎo)的腎毒性雄性大鼠血漿進(jìn)行代謝譜分析，將SNV組及TwHF組與對(duì)照組代謝譜圖數(shù)據(jù)比對(duì)分析，分別篩選出了15和17種腎毒性生物標(biāo)志物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SNV和TwHF誘導(dǎo)的腎毒性機(jī)制存在一定差異，對(duì)揭示不同藥物腎損傷的機(jī)制具有重要意義[49]。

總之，代謝組學(xué)從藥物與機(jī)體的相互作用出發(fā)，通過(guò)機(jī)體代謝的特征性修飾，可以系統(tǒng)理解載體中藥的毒性模式與機(jī)理，然而當(dāng)前多是表型層面的研究，尚缺乏對(duì)于中藥毒性分子機(jī)理層面的深層次理解，后續(xù)的研究實(shí)踐中，我們鼓勵(lì)將代謝組學(xué)技術(shù)、細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)和生物信息學(xué)技術(shù)有效聯(lián)姻，突破中藥毒理表型研究，深層次闡明其分子機(jī)理，為中藥配伍過(guò)程的增效減毒實(shí)踐提供科學(xué)基礎(chǔ)支撐。

4 代謝組學(xué)有效解析中藥的系統(tǒng)作用

中藥系統(tǒng)作用的有效闡明，主要受制于載體中藥有效成分的鑒定與表征，否則其作用仍處于一種模糊狀態(tài)，無(wú)法科學(xué)解析。代謝組學(xué)從機(jī)體與藥物的體內(nèi)外小分子的相互作用角度認(rèn)知藥物的系統(tǒng)作用過(guò)程，不僅能對(duì)中藥的系統(tǒng)作用從體內(nèi)代謝角度進(jìn)行表征，同時(shí)能夠有效辨識(shí)其作用的核心功能組分。該方法目前已經(jīng)被有效應(yīng)用于中藥系統(tǒng)作用研究。Xu等[50]利用代謝組學(xué)方法研究黃芪治療類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的作用機(jī)制，通過(guò)比較分析表征血液與尿液特征代謝組，發(fā)現(xiàn)黃芪主要是通過(guò)機(jī)制性調(diào)節(jié)色氨酸代謝，苯丙氨酸代謝，檸檬酸循環(huán)代謝和脂肪酸代謝等，而發(fā)揮治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的系統(tǒng)作用。Zhao等[51]核心基于代謝組學(xué)方法，首先對(duì)補(bǔ)肺健脾方的活性成分進(jìn)行表征，確定11種藥草中的145種化合物為活性化合物，其中包括131種易吸收化合物和14種藥理活性化合物，同時(shí)對(duì)該藥在人體內(nèi)的作用靶點(diǎn)進(jìn)行了分析和預(yù)測(cè)，對(duì)研發(fā)更有效的治療慢性阻塞性肺病的療法提供了新的途徑。隨后，整合轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法，系統(tǒng)闡明補(bǔ)肺健脾方主要通過(guò)對(duì)機(jī)體脂質(zhì)代謝，炎癥反應(yīng)途徑氧化應(yīng)激和粘著斑的系統(tǒng)調(diào)節(jié)而發(fā)揮治療長(zhǎng)期抗慢性阻塞性肺病的系統(tǒng)作用[52]。此外，王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[53]借助代謝組學(xué)技術(shù)研究小檗堿防治前列腺癌的系統(tǒng)作用，通過(guò)多維代謝組比較研究，發(fā)現(xiàn)小檗堿主要通過(guò)調(diào)節(jié)擾動(dòng)亞油酸代謝，嘌呤代謝，視黃醇代謝，精氨酸和脯氨酸代謝的異常修飾而發(fā)揮對(duì)前列腺癌的防治作用。

針對(duì)中藥作用的系統(tǒng)復(fù)雜性，簡(jiǎn)單的研究策略很難科學(xué)表征這一領(lǐng)域難題。王喜軍教授團(tuán)隊(duì)整合中藥血清藥物化學(xué)和代謝組學(xué)策略的理念與方法，全新構(gòu)建中醫(yī)方證代謝組學(xué)研究策略，其優(yōu)勢(shì)在于不僅可以快速發(fā)現(xiàn)與表征中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，亦可通過(guò)表征證候標(biāo)記物的活性修飾特征闡明載體中藥的作用機(jī)理[54]。隨后，王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[24]以男仕膠囊為基點(diǎn)，研究其治療腎陽(yáng)虛證的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制，他們發(fā)現(xiàn)咖啡酸、2-羥基-1-甲氧基蒽醌、1-羥基,2-甲氧基蒽醌、阿魏酸葡萄糖醛酸、木犀草苷等8種化合物為其主要的活性成分，其中木犀草苷、甜菜堿、傘形花內(nèi)酯等成分通過(guò)改善激素合成途徑、酪氨酸代謝中激素合成與釋放途徑和亞油酸代謝中亞油酸合成途徑來(lái)系統(tǒng)發(fā)揮其改善腎陽(yáng)虛證的作用。此外，王喜軍教授團(tuán)隊(duì)[55]還以茵陳蒿湯為落腳點(diǎn)，探討了其在治療濕熱黃疸證的機(jī)制機(jī)理。他們使用代謝組學(xué)技術(shù)整體表征體內(nèi)22種的生物標(biāo)志物，接著分析其作用靶點(diǎn)，從而發(fā)現(xiàn)甘油磷脂代謝、花生四烯酸代謝、糖基磷脂酰亞油酸錨定生物合成等是主要的作用渠道。孟憲生等[56]研究川芎治療寒凝證的作用機(jī)制，初步發(fā)現(xiàn)N-甲基花生四烯酰胺和二氫神經(jīng)鞘氨醇等8種寒凝血瘀證潛在生物標(biāo)志物，通過(guò)對(duì)生物標(biāo)志物的功能表征系統(tǒng)闡明中藥川芎可能是通過(guò)靶向調(diào)控磷脂酰膽堿代謝,而發(fā)揮治療寒凝證的系統(tǒng)作用。隨后，呂貝然等[57]對(duì)川芎復(fù)雜成分在體內(nèi)的變化情況做了整體代謝輪廓的表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在體外檢測(cè)到的17個(gè)成分在胃腸道中均保持穩(wěn)定，可能作為川芎的標(biāo)識(shí)性活性物質(zhì)，對(duì)接下來(lái)川芎藥效的系統(tǒng)性研究有一定啟示作用。

總之，針對(duì)中藥作用的系統(tǒng)復(fù)雜性，代謝組學(xué)是當(dāng)下一種有效的研究策略，能夠很好地對(duì)其系統(tǒng)作用進(jìn)行表征。然而鑒于其發(fā)揮藥效的化學(xué)物質(zhì)的多元性和復(fù)雜性，目前，代謝組學(xué)研究?jī)H僅是從宏觀(guān)系統(tǒng)作用角度進(jìn)行中藥作用詮釋?zhuān)芏嚓P(guān)鍵問(wèn)題仍需要進(jìn)一步明確，如有效成分的辨識(shí)，藥物靶點(diǎn)的鑒定，分子機(jī)理的闡明等。解決這些關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題不僅一直是中藥現(xiàn)代研究的重大挑戰(zhàn)，也是為了更好地推進(jìn)基于臨床特有療效中藥及其方劑的創(chuàng)新組分中藥研究，

5 代謝組學(xué)詮釋中藥配伍的優(yōu)勢(shì)

圖3 系統(tǒng)生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的多組學(xué)整合策略系統(tǒng)研究中藥關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題的研究策略

中醫(yī)臨床用藥多采用復(fù)方配伍用藥，配伍的核心價(jià)值是增效減毒，如何利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)闡釋方藥配伍的科學(xué)性是現(xiàn)代中醫(yī)藥學(xué)家面臨的重大難題[58,59]。近年來(lái)，代謝組學(xué)技術(shù)作為系統(tǒng)性解決方案被應(yīng)用于中醫(yī)方劑配伍規(guī)律研究，以期從機(jī)體代謝修飾與調(diào)控，以及藥物藥效的表達(dá)兩個(gè)維度認(rèn)知中藥配伍用藥的優(yōu)勢(shì)與科學(xué)性。王喜軍教授團(tuán)隊(duì)基于大鼠模型，采用藥物代謝組學(xué)方法研究茵陳蒿湯的保肝作用，初步確定大鼠血中21個(gè)藥效成分，其中有8個(gè)具有保肝作用的活性成分只有在茵陳蒿湯全方配伍的環(huán)境下才能被機(jī)體有效吸收，進(jìn)而從代謝角度闡明陳蒿湯配伍用藥的優(yōu)勢(shì)[60]。再者，李先娜等[61]利用代謝組學(xué)方法探討關(guān)黃柏在特定配伍環(huán)境下血中移行成分與功效取向的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)關(guān)黃柏在不同方劑配伍環(huán)境下入血成分及其代謝物結(jié)果均有不同，其中7個(gè)化學(xué)成分與關(guān)黃柏退虛熱功效顯著相關(guān)，6個(gè)化學(xué)成分與關(guān)黃柏清熱燥濕功效顯著相關(guān)，此結(jié)果表明不同配伍環(huán)境下關(guān)黃柏成分在體內(nèi)吸收各有不同，表明了配伍的優(yōu)勢(shì)選擇性。Cui等人[62]利用生物化學(xué)結(jié)合代謝組學(xué)方法對(duì)黃芩和黃連配伍治療2型糖尿病的潛在機(jī)制進(jìn)行研究。他們發(fā)現(xiàn)大鼠血液和尿液中共14個(gè)生物標(biāo)志物，其功能表征分析表明黃芩和黃連聯(lián)合用藥比單一用藥效果更顯著的原因是配伍環(huán)境下調(diào)控MAPK/PI3K/Akt信號(hào)通路的作用更顯著。同理，Wu等[63]利用非靶向代謝組學(xué)方法發(fā)現(xiàn)了當(dāng)歸四逆湯可以有效調(diào)節(jié)表征血瘀綜合征的20種生物標(biāo)記物中的9種代謝產(chǎn)物，涵蓋花生四烯酸代謝，甘油磷脂代謝，膽汁酸生物合成和丙酮酸代謝。進(jìn)一步配伍研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)歸四逆湯中的每個(gè)活性成分都具有調(diào)節(jié)這些特征代謝物和代謝通路的作用。然而，評(píng)估他們的作用效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，治療效果均不如全方配伍給藥，首次從代謝調(diào)控角度闡明當(dāng)歸四逆湯配伍用藥的合理性。另外，香附四物湯也是具有活血化瘀功效的配伍組方，由香附、當(dāng)歸、川芎、白芍、延胡索五種中藥組成，Liu等[64]也基于非靶向代謝組學(xué)的研究方法，以藥對(duì)為切入點(diǎn)，對(duì)香附與其余藥物的組合進(jìn)行了藥效配伍規(guī)律的研究，他們發(fā)現(xiàn)其中香附與當(dāng)歸配伍時(shí)活血化瘀的效果最佳，能有效改善血液循環(huán)，且這種改善的作用是通過(guò)甘油磷脂代謝，類(lèi)固醇激素生物合成和花生四烯酸的代謝途徑而發(fā)揮作用的，對(duì)藥物配伍規(guī)律的研究提供的很好的借鑒和指導(dǎo)。黃芩湯已被證明可有效緩解化療藥伊立替康（CPT-11）帶來(lái)的腸道毒性，因此Cui等[65]基于非靶向代謝組學(xué)技術(shù)，從黃芩湯的減毒作用闡釋其配伍作用的有效性。他們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，黃芩湯全方配伍后具有最佳的減毒作用，其中黃芩是發(fā)揮減毒作用的主力藥物，并且研究者們還表明黃芩湯減輕伊立替康毒副作用的原因有可能是通過(guò)甘氨酸，絲氨酸和蘇氨酸途徑進(jìn)行調(diào)節(jié)的，該研究進(jìn)一步證明代謝組學(xué)對(duì)解釋中藥配伍科學(xué)性有重要意義。

誠(chéng)然代謝組學(xué)展示出用于中藥復(fù)方規(guī)律研究的巨大潛力，然而其深層次機(jī)制有待進(jìn)一步闡明，這是未來(lái)組分中藥研究的關(guān)鍵一環(huán)，或許代謝組學(xué)整合其他組學(xué)策略，細(xì)胞生物學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)從配伍表型到功能，再到機(jī)理的跨越，切實(shí)客觀(guān)化詮釋中藥配伍規(guī)律的科學(xué)內(nèi)涵，并構(gòu)建組分中藥的配伍模型，用于創(chuàng)新組分中藥研究。

6 結(jié)論

面向中藥現(xiàn)代研究的復(fù)雜性與挑戰(zhàn)，系統(tǒng)生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的小分子代謝組學(xué)策略呈現(xiàn)絕對(duì)的研究理念與方法學(xué)優(yōu)勢(shì)，可有效用于中藥化學(xué)物質(zhì)組、中藥質(zhì)量控制、中藥毒理特征、中藥系統(tǒng)作用和配伍規(guī)律研究。然而，僅以代謝組學(xué)為研究手段開(kāi)展上述制約中藥現(xiàn)代化研究與轉(zhuǎn)化應(yīng)用的諸多瓶頸問(wèn)題的研究，仍存在巨大局限，目前所得結(jié)果與結(jié)論仍以代謝表型組表征為主，尚缺乏功能與機(jī)理層面的深度挖掘與詮釋。未來(lái)研究實(shí)踐中，應(yīng)將系統(tǒng)生物學(xué)驅(qū)動(dòng)的多組學(xué)策略深度融合應(yīng)用（圖3），建立更好的研究模式，切實(shí)科學(xué)地解決上述中藥關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，核心價(jià)值是推動(dòng)中藥由飲片配伍進(jìn)入組分配伍范式，加快組分中藥的創(chuàng)新研究與臨床應(yīng)用，讓中藥更好地服務(wù)于病人群體的健康的治療需要。在健康中國(guó)的大環(huán)境下，發(fā)揮中醫(yī)藥的更大優(yōu)勢(shì)和醫(yī)學(xué)價(jià)值，真正實(shí)現(xiàn)中醫(yī)藥是中國(guó)的，也是世界的，讓全人類(lèi)健康受益。