代谢组学的研究现状及其在方剂量效关系中的应用

代谢组学的研究现状及其在方剂量效关系中的应用

邓海山,段金廒*,尚尔鑫,唐于平

(南京中医药大学江苏省方剂研究重点实验室,江苏南京210046)

摘要:代谢组学能够准确、灵敏地反映生物体系的整体功能状态,同时克服了传统中医依赖医生个人经验进行诊疗的不确定性。方剂剂量的变化对其疗效乃至功用的改变都将在代谢组图谱的不同变化趋势中得到体现,从而能够对方剂的量效关系及其物质基础给出全新的解释,获得深入系统的认识。本文综述了代谢组学在中医药现代研究中的应用进展,并针对目前方剂量效关系研究中,方剂的疗效评价只能定性不能定量,导致量效关系不明的困境,提出以代谢组学技术作为方剂的整体疗效评价方法,通过追踪代谢组在病理发展过程中以及药物干预下的变化,开展方剂量效关系研究的新思路。

关键词:代谢组学;量效关系;整体疗效评价;代谢网络;中药

中图分类号:R285文献标识码:A文章编号:167420440(2009)0320198206

R esearch advances of m etabono m ics and app lica ti on i n the study

of dose2effect r el a ti onsh ip of prescr i p tion s

DENG H ai2shan,D UAN Jin2ao,S HANG Er2xi n,TANG Yu2ping

(J i a ngs u K e y La bora tory for TCM F ormula e Research,Na nji ng Universit y o f Chinese M e d ici ne,Na nji ng210046,Ch i na)

Abstr act:M etabono m es reflects t h e syste matic status of the organis m accurate l y,sensiti v ely and i m per2 sona ll y.To eva l u ate the therapeu tic eff ects bymeans ofmetabono m icsw ill overco m e the deficiency of un2 certa i n ty w ith the trad iti o na ld iagnostic methods i n cluding inspection,auscultation and olfaction,i n qu iry, and palpati o n.The i m pact of the variation of prescripti o ns dosage on effic i e ncy w ill be shown clearly through the change tendencies of metabono me spectra.Consequently,a ne w i n si g ht is obta i n ed f or the dose2eff ect re lati o nship and its materia l basis.The a mbiguous dose2eff ect relati o nship of trand itional Chi2 nese med icine(TC M)prescr i p tions has l o ng been controversia.l It is one of the most i m portant reasons that the therapeutic eff ect of th is kind ofm edic i n es cannot be evaluated quantitative ly.Based on the re2 vie w of t h e applicati o n of metabono m ics i n moder n st u dy of TC M,we suggest to carry out the st u dy on dose2eff ect re lationsh i p of prescri p ti o ns,in wh ich the techn i q ues ofmetabono m ics are e mp l o yed to co m2 prehensi v e l y evaluate the t h erapeutic eff ect of prescriptions,and the variation of metabono m es in the course of disease devecop m ent and treat m ent is traced.

K ey words:metabono m ics;dose2eff ect relationsh i p;co mprehensive eval u ation of therapeuti c e f fec;t metabolic net w or k;trad ition Chinese med icine

收稿日期:2009202225

基金项目:江苏省自然科学重大基础研究资助项目(No.06KJ A36022,07K J A36024);江苏省方剂研究重点实验室/青年学者培养计划0资助项目(No.LTC MF20071203)

作者简介:邓海山,男,博士,讲师,研究方向:中药现代仪器分析与中药信息学,Te:l025*********,E2m a i:l hs_deng@n j u tc

*通讯作者:段金廒,男,教授,博士生导师,Te:l025*********,E2m ai:l d ja@n j utc

1方剂量效关系的研究现状

方剂是中医临床用药的主要形式和手段,是中医药治疗疾病的优势和特色。经历数千年的临床实践,方剂的疗效是毋庸置疑的。然而,长期以来,方剂的疗效评价和作用机制研究始终缺乏一个国际公认并适合中医药自身特点的方法和体系。中药只能定性不能定量和量效关系不明,长期困扰着方剂研究工作者,这也是中药特别是方剂,不能得到国际社会认可的重要因素之一。

实际上,不论是中国古代医家,还是现代中医药研究工作者们,都非常重视方剂药量与其功效之间关系的研究。一首古方的功效、主证不仅依赖于药味,而且依赖于方中特定的药量构成。早在张仲景的5伤寒论6中就有许多关于方剂药量增减变化的记载[1]。例如,小承气汤与厚朴三物汤均由大黄、厚朴、枳实3味组成,小承气汤中大黄用量倍于厚朴,其功能为泻热通便、消痞除满;厚朴三物汤中厚朴倍于大黄,则治腹满痛而大便秘结。近年来,人们根据临床用药分析总结[2],发现方剂中的药量变化可能影响疗效,也可能致使功用改变,甚至剂量大小不同还可导致相反的作用。例如,黄连、龙胆草用1~2g能健胃,增进食欲;但大量则刺激胃壁引起恶心、呕吐。

目前,方剂的量效关系研究主要采用文献研究、药物化学及药理研究、临床研究等手段[3]。这些研究手段都各自存在着许多不尽完善的地方,文献研究只能对个别医家经验或个别验方进行总结,难以全面透彻地阐明方剂剂量与疗效之间的关系及其机制;常规的化学与药理学研究对中药复方及其活性组分或单体进行药理评价,或者将中药进行化学成分的提取分离和结构鉴定,并进行效应评价,虽然也能在一定程度上揭示方剂剂量与功效之间的关系,但由于常规药理药效指标往往只是从单侧面、单生物学因素着手,不能全面系统地展现方剂量效关系;而临床研究中,临床疗效评价往往照搬西医生物医学模式的疗效评价方法和标准,着重于评价解剖学指标、病理损害指标、生化改变指标等,也没有获得较大的成功[4]。

2代谢组学及其在中医药现代研究中的应用代谢组学方法研究生物体内所有代谢产物(主要是低分子量代谢物)在疾病或外源性物质等因素扰动下的动态变化,并以此来反映生物体的病理生理变化趋势,进而揭示其变化的机制[5]。换句话说,代谢组学是定量描述生物体的所有内源性代谢物及其对内因和外因变化应答规律的科学[6]。代谢组学强调把人体作为一个完整的系统来研究,从整体观出发考察疾病和药物对人体产生的整体效应,与中医学的整体思想相吻合[7]。因此,代谢组学的研究方法和策略将能够并且已经在中医药的现代研究中发挥重要的作用,它有可能使得几千年来以经验为基础对疾病进行诊断和治疗的中医中药逐步走向科学、客观、准确、定量的现代化诊疗,从而促进中医药事业的发展,并推进其国际化进程。

211代谢组学的研究内容

代谢组学的研究主要应用核磁共振、液相色谱2质谱以及气相色谱2质谱等现代仪器分析手段,定性定量检测生物体液(包括尿液、唾液、血浆等)中尽可能多的内源性代谢物,即代谢组,并借助于模式识别等化学计量学方法对测得的代谢物图谱加以分析,以期了解和反映机体的整体状态。根据研究对象和研究目的不同,代谢组学的研究又可分为几个不同的层次:(1)代谢靶标分析,针对某一种或某一组具有相似化学性质的特定代谢物进行分析,研究其在代谢应答中的变化,并与已知的代谢途径相关联,得出疾病或外源性物质的刺激对该代谢途径的效应;(2)代谢轮廓分析,着眼于整个代谢网络中的一些关键信息节点,对某一代谢途径的特定代谢物或某一类结构和性质相关的代谢物进行定量分析;

(3)代谢指纹分析,不关注特定的组分,对代谢物进行高通量的定性分析,实现样品的快速筛选分类;

(4)代谢组学分析,对所有小分子代谢物进行综合分析,是在前三者基础上的进一步深化与整合。212代谢组学在中医药现代研究中的应用进展21211中医证候实质的代谢组学研究证候是中医学理论体系中的重要概念,是辨证论治的起点和基石,它是疾病发生、发展过程中某一阶段生物体对遗传和环境因素做出的综合反映。每一证候都具有其特征的外象与内涵,外象是症状和体征的有机结合,是以/望、闻、问、切0四诊为核心的传统中医证候诊断的主要依据,通常以定性或半定量的方式加以描述,人们很难通过其认识到疾病的本质;内涵则是指结构、代谢、功能等方面的物质基础。疾病所导致的机体生理病理的变化,必然影响到生物代谢网络,使得机体产生的内源性物质的种类、数量或比例发生改变,最终会在生物体液的代谢物集合中得到