中药代谢组学研究
中医药的代谢组学研究
中医药的代谢组学研究张爱华;王喜军【摘要】Traditional Chinese medicine (TCM) has been used to prevent disease for thousands of years. However, the actual value of TCM has not been recognized adequately due to the lack of scientific approaches to its study . Fortunately, metabolomics becomes practically available and consists with the holistic thinking of TCM. The metabolomics can serve as a new strategy for evaluating the efficacy of TCM . This review summarized applications of metabolomics in special TCM field with an emphasis on biomarker discovery.%中医药历经几千年发展，有其独特的科学内涵，而传统概念表达的中医药理论难以被现代社会理解和接受。
在继承和发扬中医药优势特色的基础上，充分利用现代科学技术解读中医药内涵成为亟待解决的任务。
中医药的精髓在于其丰富的理论体系，即以整体的、动态的和辨证的观点去把握人体的健康与疾病。
它凝聚着历史的智慧，却缺乏现代科学阐释。
伴随代谢组学的出现，与中医药的整体观、系统观和辨证论治思维方式不谋而合，与中医药认识和解释疾病的方法相一致。
若有效地契合代谢组学研究方法策略，基于系统代谢网络的整体性和动态性的变化来评价中医药整体效应，发掘特征性规律，将加快传统中医药与现代生命科学技术的结合，为中医药的发展提供新的机遇，从而推动中医药现代化。
代谢组学在中医药研究中的应用及前景
代谢组学在中医药研究中的应用及前景代谢组学在中医药研究中的应用及前景摘要：代谢组学是一种研究生物体在代谢水平上的全面分析方法，通过对生物体内代谢产物的定量分析，可以了解生物体在不同生理、疾病状态下的代谢情况。
中医药研究中，代谢组学的应用可以揭示中药对人体代谢的影响机制，进而提供基于代谢的中医药疗效评估方法。
本文通过定量分析和SWOT分析的方法，探讨了代谢组学在中医药研究中的应用及前景，并对未来的发展进行了展望。
1. 引言中医药作为中国传统医学的瑰宝，对人类健康保健和疾病治疗都做出了重要贡献。
然而，由于中药复方的复杂组分和多靶点的作用机制，其疗效评估一直是一个难题。
代谢组学以其全面、系统的分析优势为中医药研究提供了新的思路和方法。
2. 代谢组学在中医药研究中的应用2.1 中药对代谢的影响通过代谢组学方法，可以揭示中药对人体代谢的影响机制。
通过分析中药对代谢产物的影响，可以了解中药对不同疾病的适应性，进而为中药的药效评估和治疗指导提供依据。
2.2 中药与疾病的关联分析代谢组学可以通过分析代谢产物的变化，揭示中药与疾病之间的关联。
通过将中药与病理状态下的代谢谱进行比较，可以找到中药对特定疾病的调节作用和治疗机制。
2.3 中药配伍的代谢组学研究中药常常通过复方的形式应用于临床，复方中的多种中药组分之间存在相互作用。
代谢组学可以揭示中药配伍对代谢的综合效应，为中药复方的疗效评估和配伍规律的研究提供依据。
3. 代谢组学在中医药研究中的前景3.1 代谢组学和个体化医学的结合代谢组学可以解析人体代谢的个体差异，为个体化药物治疗提供依据。
通过结合代谢组学和基因组学、蛋白质组学等技术，可以实现对人体健康和疾病的精准调控。
3.2 多组学融合研究的拓展代谢组学与其他组学研究方法的结合，可以实现对生物系统的全面分析。
与转录组学、蛋白质组学等方法相结合，可以深入了解中药的多目标作用机制，为中药的疗效评估和药效物质基础的研究提供更加全面的视角。
基于代谢组学的中药质量控制
基于代谢组学的中药质量控制中药作为我国重要的传统药物，拥有悠久的历史和深厚的文化底蕴。
随着科学技术的不断进步，中药制药质量的控制与保障也日益成为行业发展的关键。
而代谢组学技术的出现，则为中药质量控制提供了新的解决方案。
一、代谢组学技术简介代谢组学是近年来快速发展的一种综合性技术，在生物医学领域中具有重要的应用价值。
它主要通过对生物样品中的代谢产物进行全面、高通量的检测和定量，以揭示生物体内代谢网络的组成和变化规律。
代谢产物可以是有机酸、氨基酸、糖类、脂质等物质，这些物质的含量与生物体的代谢状态息息相关。
因此，通过代谢组学技术的分析，可以得到清晰的代谢信息，从而了解生物体内代谢过程的变化，揭示疾病发生机理，探究药物的作用机制等。
二、代谢组学技术在中药研究中的应用作为一种复方制剂，中药的制剂过程十分复杂，药物中多种化学成分的含量之间相互影响，因此中药的质量控制面临着较大的挑战。
这时候，代谢组学技术的应用可以从全面的代谢水平上揭示中药制剂的组成成分和性质，并通过对样品进行多个时间点分析，揭示其代谢过程的动态变化，很好地解决了中药质量控制的难题。
举例来说，某研究团队利用代谢组学技术对黄芪药材进行了研究，研究发现其中的黄酮类、三萜类等化合物能够显著调节细胞内氧化还原平衡，提高机体免疫功能。
这种研究手段揭示了黄芪药材的活性成分，并为中药质量控制提供了一种新的思路。
三、代谢组学技术在中药标准化中的应用中药标准化是中药质量控制的重要手段，最有效的方法就是建立和完善中药质量标准，因此对于中药质量标准的制定和更新非常重要。
代谢组学技术则可以在保持传统质量控制方法基础上，为制定新的标准提供科学的支持。
例如，利用代谢组学技术，研究人员可以对不同来源、不同生产工艺、不同药材季节的实验样品，通过比较其代谢水平的不同，筛选出最有代表性的标样，并确定其不同生产批次之间的代谢变化趋势，以此为基础制定质量标准。
这种方法可以大大提高中药制剂的质量标准和可控性，有助于保障中药的安全有效性。
中药药物代谢动力学研究
中药药物代谢动力学研究一、背景介绍中药一直是中华民族珍贵的文化遗产，具有独特的药理作用和药物代谢动力学特征。
随着现代科技和医学的进步，中药的研究也越来越深入，中药药物代谢动力学研究成为其中一个热点领域。
中药药物代谢动力学是指中药药物在体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程，以及这些过程受到的影响因素。
了解中药药物代谢动力学对于合理应用中药、规范中药使用、提高中药安全性和疗效具有十分重要的意义。
二、中药药物代谢动力学的研究方法为了探究中药药物的代谢动力学，研究者需要综合运用多种研究方法，包括体内外试验、分子生物学技术、蛋白质组学和代谢组学等。
1. 体外试验体外试验是研究药物代谢机制的重要手段之一。
目前，常用的体外试验方法主要包括酶切试验、微粒体外试验和细胞系实验。
其中酶切试验主要用于评价药物的代谢能力和药物与细胞色素P450等酶的互作性，微粒体外试验则是模拟肠道和肝脏的代谢作用，细胞系实验可以用于评价药物在特定组织的代谢情况。
2. 体内试验体内试验包括动物试验和人体试验两种。
动物试验是衡量新药效价和安全性的必要环节，可以通过对比药物在人体和动物体内的代谢情况，探究它们之间的差异和影响因素。
人体试验可以直接评价药物在体内的代谢情况，但由于涉及伦理和安全问题，需要严格监管和审核。
3. 分子生物学技术分子生物学技术广泛应用于中药药物代谢动力学研究中，包括PCR、实时PCR、Northern blotting、Western blotting、Northern dot blotting等。
这些技术可以用于研究药物代谢酶的基因表达、酶的活性及其在药物代谢中的作用等。
4. 代谢组学代谢组学是一种全新的研究方法，通过对生物样本的代谢产物进行检测和分析，揭示出样本内代谢途径和变化等信息。
代谢组学也被广泛应用于中药药物代谢动力学研究，可以从整体上评价中药药物在体内的代谢情况。
三、中药药物代谢动力学的热点领域1. 中药与肝脏代谢肝脏是整个人体最重要的代谢器官，也是中药药物代谢的主要场所。
基于代谢组学的中药药效物质筛选研究
基于代谢组学的中药药效物质筛选研究中药一直是我国传统医学中的重要组成部分，其源远流长、文化底蕴深厚，被誉为“天人合一”的中国文化精华。
随着现代科学技术的不断发展，人们对中药的认识和应用也在不断深入。
尤其是在代谢组学领域，中药药效物质（即药物代谢产物）的筛选已成为重要研究领域之一。
一、代谢组学与中药药效物质代谢组学是研究生物体在特定生理或病理状态下代谢物质组成及其动态变化规律的一门新兴学科。
以前，人们一般采用肝脏微粒体外形态学和生物化学方法以及小鼠体内缺陷酶基因技术等手段来研究药物的毒性和作用机制。
随着代谢组学的发展，它为中药药效物质的筛选打开了一扇新的大门。
一方面，代谢组学可以揭示药物刺激后生物体中的代谢物的组成和变化规律，从而更好地理解药物的作用过程。
另一方面，通过代谢组学技术，可以分析中药中的药效物质，进而了解它们的药理学作用及代谢途径，为现代中药的药效研究提供了一种新的思路和手段。
二、中药药效物质筛选方法中药药效物质的筛选方法多种多样，包括体内药代动力学、基于代谢组学的药效物质分析、药效物质与药效组分的相互作用等。
其中，以基于代谢组学的药效物质分析最为常见，下面我们就从三个方面简单介绍。
（一）代谢组学技术代谢组学技术是研究生物体在特定生理或病理状态下代谢物质组成及其动态变化规律的一门新兴学科。
该技术能够全面了解生物体内代谢产物的量和种类，并且不受生理环境和病理状态的影响。
常见的代谢组学技术包括质谱分析、核磁共振技术、多种色谱分离技术等。
代谢组学技术在药效物质筛选中的应用十分广泛，在筛选中药药效物质时尤为重要。
它通过对中药中的代谢产物进行鉴定和分析，确定其中含有哪些化合物是产生药效作用的，进而确定哪些中药配方的药效或功效最强。
（二）组学统计学组学统计学是代谢组学中的一项重要技术。
该技术是基于大量数据的统计分析，可以为中药药效物质筛选提供有效的决策依据。
组学统计学技术包括主成分分析、层次聚类分析、偏最小二乘回归分析等。
中药材 代谢组学
中药材代谢组学
摘要：
1.中药材与代谢组学的概述
2.中药材代谢组学的研究意义
3.中药材代谢组学的研究方法与技术
4.中药材代谢组学的应用实例
5.中药材代谢组学的未来发展前景
正文：
1.中药材与代谢组学的概述
中药材是指从自然界中采集或者栽培的具有药用价值的植物、动物和矿物等。
中药材在我国已有数千年的历史，其疗效得到了广泛的认可。
代谢组学是研究生物体代谢产物的一门学科，它通过对代谢产物的分析，揭示生物体在特定条件下的生理状态和代谢机制。
2.中药材代谢组学的研究意义
中药材代谢组学是将代谢组学技术应用于中药材研究，旨在揭示中药材在生长、加工、储存等过程中的化学成分变化及其药效机制。
这对于提高中药材质量控制、优化中药材生产工艺以及促进中药现代化具有重要意义。
3.中药材代谢组学的研究方法与技术
中药材代谢组学研究通常采用液相色谱- 质谱（LC-MS）和气相色谱- 质谱（GC-MS）等技术，对中药材中的代谢产物进行定性和定量分析。
通过数据处理和生物信息学分析，可以获得中药材的代谢指纹图谱，从而实现对中药
材的有效识别和质量评价。
4.中药材代谢组学的应用实例
中药材代谢组学已经在多个方面得到应用，例如：评估中药材的品质、产地鉴别、品种鉴定、病虫害检测等。
以人参为例，通过代谢组学研究发现，不同产地的人参具有不同的代谢特征，这为优质人参的选育提供了重要依据。
5.中药材代谢组学的未来发展前景
随着代谢组学技术的不断发展，中药材代谢组学将在中药资源评价、品种选育、生产过程优化等方面发挥更大的作用。
代谢组学技术及其在中药研究中的应用
代谢组学技术及其在中药研究中的应用代谢组学是一种研究生物体内代谢物（包括氨基酸、脂类、糖类等）存在数量、类型以及相互关系的方法。
通过使用高通量技术，比如质谱和核磁共振等分析代谢产物的组成与变化，代谢组学可以为中药研究提供重要的信息和洞察。
中药是中国传统医学的重要组成部分，几千年来一直被广泛使用。
然而，中药的复杂性和多样性使其研究变得具有挑战性。
代谢组学技术的引入为中药研究提供了新的方法和工具，以更深入地了解中药的有效成分和其在机体内的代谢过程。
1.中草药质量控制：中药在生长环境、采集季节和制备过程中都可能发生变化，这会导致中药质量的不稳定性。
代谢组学技术可以通过分析中草药的代谢产物组成和变化，为中药的质量控制提供科学依据。
例如，通过分析中药的代谢产物，可以评估其纯度、稳定性和质量。
2.中药药理学研究：代谢组学技术可以揭示中药在机体内的代谢途径和代谢产物的变化，进一步了解中药对机体的作用机制和药效。
通过比较中药与对照组的代谢组学数据，可以发现中药的独特代谢特征，并推断其可能的物质基础和药理作用。
3.中药配伍规律研究：中药复方是中药的一个特点，它的组成和配伍对中药疗效具有重要影响。
代谢组学技术可以分析复方中多个中草药的代谢产物，并揭示它们之间的相互作用和配伍规律。
通过研究代谢组学数据，可以了解中药复方的药效增强、药效互补和药物相互作用。
4.中药药代动力学研究：药代动力学是研究药物在体内吸收、分布、代谢和排泄的过程。
代谢组学技术可以用来监测中药及其代谢产物的浓度变化，进而研究中药的药代动力学。
通过结合药代动力学和代谢组学数据，可以优化中药的给药方案和剂量，并预测中药的药物相互作用和不良反应。
总之，代谢组学技术为中药研究提供了新的工具和方法，可以帮助我们更好地理解中药的药效和作用机制。
随着技术的不断发展和进步，代谢组学技术将在中药研究中发挥更加重要的作用。
代谢组学技术及其在中医药研究中的应用
代谢组学技术及其在中医药研究中的应用具体内容：自20世纪60年代以来，药物发现开始着眼于药物-靶点研究，传统的药物研究方法大多基于此策略，但此策略在开发新药方面表现不尽人意。
近年来，全谱的代谢组学受到药物研究界的重视，已成为促进药物研究持续发展的重要引擎。
代谢组学技术以一种全面性的方式对生物样品中活性成分进行研究，包括原子及分子组成、序列以及生命活动等，能更全面地了解生物体及疾病的完整性，为药物研发提供更多的信息及突破口，受到公众的普遍认可。
中医药的发展不仅包含了草药的获取，还包括诊断治疗等多方面的研究，因此需要对中药多种细胞成分及分子生物学信息进行分析，代谢组学技术的出现使得这个任务变得非常简单。
首先，可以使用代谢组学分析法来确定中药中特定活性成分的化学组成及序列；其次，可以利用代谢组学技术来研究中药药物中生物信号路径及靶点特异性，以及辨识中药活性成分所调节的关键基因。
最后，中药多种活性成分的活性可以使用代谢组学来进行调节，实现中药功效的最大化，从而更好地治疗疾病。
代谢组学技术为药物研究提供了新的思路，这不仅仅加强了西医药物研究，而且为发展中医药研究提供了支持，因其有效性及可靠性获得广泛应用。
例如，在非小细胞肺癌中，中药碧云莲混沌散可以通过调节癌症中特定基因分子信号路径以促进抗癌剂的选择性性作用，其机理可以用代谢组学技术有效验证及研究。
同样，可以使用代谢组学技术来研究中药的质疑所提出的关键性疗效标志物，并对各种改进方案进行实验性验证，从而提高中药药材及其制剂的分子效率，最终实现药物及其制剂药效的优化。
综上所述，代谢组学技术是一种全面性的研究方法，不仅有助于传统药物研究，而且对中医药研究有着至关重要的作用。
它有助于阐明中药活性成分的特异性，提高药物分子效率，加快药物研发，探索中医药的机制，提高复方制剂的研究和利用的效率，有助于拓宽传统中医药研究的新视角。
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传统药物在世界保健中地位，
药物研究开发中的作用被WHO 认可
研究开发指南为世界所采纳
Recognize to TCMs
对中药的认同
国外在某些治疗中应用中药（如癌15-60%） (TCMs are used in 15-60% of cancer pateins) 用P450研究中药的诱导和抑制 (P450 Inhibition and induction of TCMs) 国内外用分析方法研究中药的指纹图谱 (Fingerprints of TCMs) FDA用代谢组学方法研究单一植物的安全性 (Metabonomics is used in safety of medicinal plants in FDA)
• • • • •
作用物质说不清？ What are active compounds in TCM? 作用机理说不清？ What is action mechanism of TCM ? 质量控制说不清？ How to control the quality of TCM ? 安全问题说不清？ How to understand the safety of TCM ? 药物相互作用说不清？ How to understand the interaction of
TCM ?
中药代谢组学研究与应用
介绍代谢组学的研究流程和分析技术 代谢组学在中药资源与质量控制
中药药效作用物质基础与作用机制
中药安全性等方面的应用进展。 中药代谢组学具有广泛的发展前景，将对中药的 深入研究产生深远影响。
代谢组学（metabonomics/metabolomics）是 效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，利用现 代分析技术定量测定生物体液（如尿液、血浆、 组织提取液等）中的内源性代谢产物，考察生物 体在不同状态下（生理病理状态、给药前后等） 其代谢产物的变化特征。 通过代谢物图谱的整体分析直接认识生理、病理 及生化状态，结合化学信息学分析方法确定内源 性小分子代谢物成分的变化模式，获得相应的生 物标记物群，表征或揭示生物体在特定时间、环 境下整体的功能状态。
但中药是在以整体治疗疾病的，其整体性作用机 制很难在单一机制的药理模型和分子水平加以诠 释。
需要我们建立适用于中药多组分、多靶点整体综 合效应的药效评价体系和研究方法学。
代谢组学很有可能在这套符合中医整体观念的药 效评价体系建立中扮演不可缺少的角色。
中药（尤其是复方）进入生命体后，起效的是中 药中的原形成分或代谢产物，或与机体作用形成 的新成分，三者构成体内中药成分的代谢物组， 中药代谢物组通过多靶点、多系统，协调干预人 体内源性代谢物组来治疗疾病。 追踪体内中药代谢物组的组成和变化，阐明其引 起内源性代谢物组变化的关系，可以证实传统中 药的疗效，阐明中药的作用机制。
研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子 物质。
在中药现代化研究中，代谢组学在中药资源和质 量控制、中药药效作用物质基础、中药安全性等 方面具有重要的理论意义和应用价值。
1. 现代分析技术在代谢组学中的应用 代谢组学研究的基本流程见图1。一般包括生物 样品的采集和预处理、仪器分析与鉴定、数据预 处理、多变量数据分析、标记物识别和途径分析 等步骤。 先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计 算分析方法是代谢组学研究的基本方法。 研究技术主要为质谱（MS）和核磁共振（NMR ）等高灵敏度、高选择性、高通量的分析手段。 主成分分析（PCA）及偏最小二乘法-判别分析 （PLS-DA）等多元模式识别方法是代谢组学常 用的数据降维和信息挖掘方法。
2 中药资源与质量控制的代谢组学研究
中药的多种组分，其实质就是其多种代谢产物的 集合，其组成、含量和存在状态等受到产地、气 候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。 代谢组学可以用于分析中药中各种组分的类型、 含量和状态随各种因素的变化，可以定量地对其 进行评价，从而实现其质量控制。 中药指纹图谱在中药的质量评价系统中扮演重要 角色，广泛地应用于中药及其制剂的质量控制。
3 中药药效作用物质基础及作用机制的代谢组学 研究
中药药效作用物质基础是中药研究的核心之一， 但中药所含确切成分不清、作用途径不明、靶点 不定等因素给中药现代化研究带来巨大的困难。 虽然可以提取和筛选中药中确有临床疗效的药效 物质成分，研究其药代动力学，结合分子药理学 、细胞分子生物学等学科，深化对中药效应成分 、药效作用和相关机制的认识。
数据预处理
归一化、标准化
1.1 NMR技术
1.2 质谱联用技术 MS具有高选择性、高灵敏度等优点，与气相（ GC）、液相（LC）、毛细管电泳（CE）等分离 技术相结合，成为代谢组学研究的理想方法。
1.2.1 GC-MS、CE-MS 1.2.2 LC-MS 1.2.2.1 超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）联 用技术 1.2.2.2 毛细管柱液相色谱-质谱技术
中药代谢组学研究与应用
中药是国宝 发掘-提高-现代化-国际化
中医药为世界所 关注
World attends to Traditional Chinese Medicines
Science
2003 January
中医药为世界所关注
美国《科学》杂志创刊125年以来用3页介绍中药研究开发的新面貌是前所未有的关注
4 中药安全性的代谢组学研究 20世纪90年代初出现了服用含中药广防己的减肥 药导致肾功能衰竭的报道，随后出现了服用含有 马兜铃酸的中草药引起肾脏疾病的报道。这些使 得人们日益关注起中药的安全性问题。 代谢组学通过研究不同时间点的生物机体的体液 ，在毒性的“终点”位置分析代谢谱的改变，通 过模式识别方法，确定毒性靶组织、毒性作用过 程、机制以及生物标志物。可动态无伤害检测机 体生物体液代谢图谱的变化，动态评价药物毒性 效应。
图1 代谢组学研究的基本流程
仪器分析 样品
血液、尿 液、细 胞、组 织等
样品预处理
沉淀蛋白、 衍生化处理
1H-NMR GC(LC)-MS UPLC-Q-TOF/MS CE-MS等
标识物识别 途径分析
多维分析
HCA、PCA、 PLS、PLS-DA、 ANN、SVM等
模式识别
基线矫正、滤噪、 峰识别和解析等