中医药治疗原发性高血压病的代谢组学研究进展

高血压病已经给全球经济带来了绝对的负担,西药能够有效降压,但血压达标后仍可能会出现临床不适症状和靶器官损害.中医药在改善症状和保护靶器官方面能够发挥一定的作用,其作用机制有待进一步研究.代谢组学技术与中医整体观念相合,可以作为阐述其机制的一种手段,即通过代谢组学技术测定生物标记物来解释中医药作用的潜在机制.基于中国知网、PubMed等数据库检索近5年运用代谢组学技术研究中医药干预高血压病的相关文献,归纳总结中医药有效降压、改善症状以及保护靶器官的潜在机制,同时探索出客观标记物以辅助中医药精准辨证,发现中医证型间确实存在特异的代谢物,中医手段能够有效干预高血压,主要涉及一氧化氮、糖脂代谢、炎症调节、调控肾素-血管紧张素-醛固酮系统、肠道微生态等机制,体现了中医药干预疾病多靶点、多途径的整体综合干预特点.     

基于非靶向代谢组学的APP/PS1小鼠与认知功能障碍相关的生物标志物发现及黄连解毒汤干预机制研究北大核心CSCD

该研究旨在通过对APP/PS1转基因小鼠内源性物质进行非靶向代谢组学研究,发现APP/PS1小鼠模型与认知功能障碍相关的生物标志物,寻找黄连解毒汤(Huanglian Jiedu Decoction)治疗阿尔茨海默病(Alzheimer′s disease, AD)的作用靶点并阐明其作用机制。通过超高效液相色谱串联静电场轨道阱高分辨质谱(UPLC-Orbitrap MS)技术分析小鼠脑组织和血清代谢质谱,运用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)、正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)对比分析正常组、模型组、黄连解毒汤高剂量组、黄连解毒汤低剂量组、小檗碱组的代谢数据,筛选潜在生物标志物,并借助KEGG数据库分析构建相关代谢通路。共筛选鉴定出脑内13种、血清35种,共计45种潜在内源性代谢物,其中白三烯B4、酪氨酸和腺苷有望成为与认知功能关联的差异性代谢物。黄连解毒汤可以回调22种差异性代谢物,涉及的主要代谢通路有氨酰-tRNA生物合成,缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成,泛酸和辅酶A生物合成,苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成,花生四烯酸代谢。这些通路主要提示了黄连解毒汤干预AD的主要作用机制为抑制中枢和外周炎症,调节能量代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢。黄连解毒汤对改善认知功能障碍有一定疗效,可通过回调内源性差异代谢物来调控相关通路,这将有助于进一步发现AD的生物标志物和阐明黄连解毒汤治疗AD的干预机制。     

空间代谢组学在中药研究中的应用

空间代谢组学是基于质谱成像和代谢组学技术发展而来的一门新兴组学技术,通过原位检测生物体系中内源性小分子和外源性药物代谢物的分子结构、空间分布及含量变化,精准地反映代谢物在组织整体或微区的代谢网络变化特征,深度揭示中药的药效物质基础及作用机制。通过对近年来空间代谢组学技术在中药质量控制、中药在生物体内代谢及分布、中药药效机制和中药毒性机制中的研究成果进行综述,为探索基于空间代谢组学技术的中药研究提供理论依据。     

采用代谢组学策略研究佛手散对急性血瘀大鼠的活血化瘀作用机制

采用冰水浴游泳和皮下注射盐酸肾上腺素法复制急性血瘀大鼠模型。采用UPLC-Q-TOF/MS方法分析正常大鼠、急性血瘀大鼠和给药佛手散干预急性血瘀大鼠尿液之间的内源性代谢物差异,并通过变量重要性投影选取潜在的生物标志物,结合质谱信息和数据库检索对潜在的生物标志物进行鉴定,将鉴定到的生物标志物输入MetPA数据库中构建代谢通路。研究急性血瘀大鼠给药佛手散后大鼠尿液内源性代谢物变化,寻找可能的生物标志物,探讨佛手散的活血化瘀作用机制。结果在急性血瘀大鼠尿液中发现并鉴定了11个潜在的生物标志物,这些标志物主要和苯丙氨酸代谢、色氨酸代谢和鞘脂类代谢3条代谢通路相关。而佛手散可调节急性血瘀模型大鼠体内紊乱的代谢通路并使其向正常状态转归。该研究结果表明代谢组学在中药整体性药效评价、作用机制的阐明等方面具有很好的应用前景。     

冠心病不同证候患者血清代谢组学研究

目的 运用非靶向代谢组学技术分析冠心病痰湿证、血瘀证和痰瘀互结证3种证候的潜在生物标志物，从分子生物学角度为冠心病的中医辨证分型提供依据。方法 收集120例冠心病稳定期患者（痰湿证38例，血瘀证18例，痰瘀互结证64例）及51名健康人的血液样品，采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱质谱（UHPLC-Q-Orbitrap HRMS）技术对样品进行检测，利用Progenesis QI和Simca-P软件对数据进行多元统计分析及内源性生物标志物的筛查，通过Metabo Analyst数据库分析代谢通路。结果 共得到10个潜在的生物标志物，其中N-乙酰鸟氨酸和月桂酸是冠心病血瘀证潜在的生物标志物，1,1-二氯乙烯环氧化物是冠心病痰瘀互结证潜在的生物标志物，其余6个为冠心病共性差异代谢物，涉及视黄醇代谢、精氨酸和脯氨酸代谢等9条代谢通路。结论 冠心病痰湿证、血瘀证和痰瘀互结证3种证候之间有共性代谢物及差异性代谢物，对于冠心病中医证候辨证具有重要的参考价值。     

代谢组学在中医药中的研究进展

代谢组学是全面系统地研究生物样本或器官小分子代谢产物的科学,是系统生物学的重要组成部分。将代谢组学平台技术应用于中医药研究,可为中医药的现代化发展和临床应用提供理论依据。我们主要从代谢组学应用于中药药效及代谢通路研究、代谢组学应用于中药毒性作用机制研究及代谢组学应用于中药质量评价研究3个方面,对近年来代谢组学在中医药研究中的应用情况进行概括总结。     

功能代谢组学在中药毒性评价中的研究策略及其应用

传统中药因其具有整体观念、药效明确、辨证论治等特点而历史悠久。然而,当今中药毒性与安全用药问题引起研究者的广泛关注,中药毒性机制尚不明确,因此,迫切需要提出新的研究策略。功能代谢组学作为代谢组学的延伸,通过超高效液相色谱串联四级杆飞行时间质谱（ultra-high performance liquid chromatography-tandem quadrupole time-of-flight-mass spectrum,UPLC/Q-TOF-MS）技术检测机体受到中药干扰后产生的内源性代谢物,获得代谢标志物并结合其他技术手段筛选出代谢酶,随后,利用分子生物学实验验证代谢标志物及其关联酶之间的关系,阐释代谢物关联的下游毒性机制,形成一套“毒性成分-内源性代谢物-直接靶标-毒性机制”的新策略。近年来,大量功能代谢组学应用于探索中药的毒性机制,如肝、心脏、肾、肺等毒性。综述了功能代谢组学在中药提取物、中药单体毒性评价中的研究策略、毒性靶点及作用机制,为功能代谢组学在毒理学研究中的应用前景提供新方向。     

基于LC-MS研究痹宁汤对痛风性肾病小鼠肾脏代谢产物的影响

目的：基于代谢组学方法观察痹宁汤对痛风性肾病小鼠肾脏代谢组学的影响，寻找潜在生物标志物及相关代谢通路，探讨痹宁汤改善痛风性肾病的作用机制。方法：基于LC-MS非靶向代谢组学技术，采用主成分(PCA)和正交偏最小二乘—判别分析法(OPLS-DA)分析空白组、模型组、痹宁汤组小鼠肾脏代谢物及其所参与的代谢通路，探讨可作为诊断痛风性肾病的潜在生物标志物及其代谢通路。结果：筛查得到了24个可作为诊断痛风性肾病的生物标志物，以及4条相关代谢通路。结论：痹宁汤可以通过对回调多种代谢产物的含量及调控甘油磷脂代谢、癌症中的胆碱代谢、逆行内源性大麻素信号、嘌呤代谢等代谢途径改善痛风性肾病。     

基于~1H-NMR代谢组学的酸枣仁改善失眠大鼠睡眠作用机制研究

目的利用氢核磁共振(~1H-NMR)代谢组学技术研究酸枣仁对对氯苯丙氨酸(PCPA)诱导的失眠大鼠血清内源性代谢物的影响,探讨酸枣仁改善睡眠的作用机制。方法大鼠ipPCPA溶液(400mg/kg)制备失眠模型,采用1H-NMR代谢组学技术,以主成分分析(PCA)、偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)及正交偏最小二乘法判别分析(OPLS-DA)等多元统计分析方法为手段,对各组大鼠血清代谢物进行分析,筛选出潜在生物标志物;借助MatPA分析构建潜在靶标代谢通路和代谢网络。结果 1H-NMR代谢组学分析方法共筛选11种与失眠相关的潜在生物标志物;通过MatPA分析得到8条潜在靶标代谢通路,包括谷氨酸和谷氨酰胺代谢,牛磺酸和亚牛磺酸代谢,丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸的代谢,乙醛酸和二羧酸代谢,甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢,丙酮酸代谢,色氨酸代谢,三羧酸(TCA)循环。酸枣仁中剂量(15 g/kg)和高剂量(30 g/kg)均可显著回调11种潜在生物标志物。结论酸枣仁可通过调控失眠大鼠的能量代谢和氨基酸代谢,使大鼠内源性代谢物趋近正常水平,为进一步阐明酸枣仁改善睡眠的作用机制提供依据。     

代谢组学在中医药复杂理论体系研究中的应用

新兴学科代谢组学的出现,给中医药复杂理论体系的研究、中医药现代化提供了强有力的研究手段。中医病证引起代谢物组的共性分析和生物标记物的发现,可促进“证”本质的研究、中医辨证的科学化和定量化,深层次理解中医脏象理论,预测疾病的发生,整体性评价中药复方综合疗效、安全性和作用机制,反应肠道内生态环境状况。代谢组学和中医药学的结合,将探索出中医药复杂理论体系研究的新方法与新途径。     

代谢组学在中医药领域的应用与展望

代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，与中医药基础理论的“整体观”具有一致性，通过现代分析技术手段检测生物体系内代谢产物的变化，更准确、直接地反映生物体系的终端和表型信息，揭示中医药治疗复杂疾病的作用机制。将中医药研究与代谢组学方法相互结合是中医药现代化进程的重要之举，为探求中医药研究新思路和新方法奠定重要基础。通过对近10年相关研究成果进行归纳，概述代谢组学在中医证候、中药作用机制、中药安全性评价和中药质量控制等方面的应用和研究进展，分析和总结代谢组学在中医药领域中的研究方法，并提出代谢组学在中医药研究中的思考和展望。     

Potential Role of Metabolomic Approaches for Chinese Medicine Syndromes and Herbal Medicine

Systems biology has significantly increased in recent years. Its method and design resemble those of traditional Chinese medicine (TCM), which is a unique medical system that assisted the ancient Chinese in dealing with disease. The technology platforms of systems biology, especially metabolomics, could provide more rapid, direct, concise and effective methods for disease research. In particular, metabolomics could provide useful tools for exploring the essence of Chinese medicine syndromes (CMS) disease, facilitating personalized TCM. Moreover, metabolomics has the potential to enable mapping of early biochemical changes in disease and hence provide an opportunity to develop predictive biomarkers that can trigger earlier interventions. A future hope for the metabonomic approach is the identification of biomarkers that are able to highlight individuals likely to suffer from disease and enable early diagnosis of the disease or the identification of those at risk, and it will help to understand CMS and modernize TCM. In this review, we focus on the key role of robust metabolomic approaches as an aid for traditional herbal medicine; particular attention will be paid to the past successes in applications of metabonomics to contribute to low‐molecular‐weight metabolites (biomarkers) discovery in TCM research. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

The application of metabolomics in traditional Chinese medicine opens up a dialogue between Chinese and Western medicine

Metabolomics provides an opportunity to develop the systematic analysis of the metabolites and has been applied to discovering biomarkers and perturbed pathways which can clarify the action mechanism of traditional Chinese medicines (TCM). TCM is a comprehensive system of medical practice that has been used to diagnose, treat and prevent illnesses more than 3000 years. Metabolomics represents a powerful approach that provides a dynamic picture of the phenotype of biosystems through the study of endogenous metabolites, and its methods resemble those of TCM. Recently, metabolomics tools have been used for facilitating interactional effects of both Western medicine and TCM. We describe a protocol for investigating how metabolomics can be used to open up ‘dialogue’ between Chinese and Western medicine, and facilitate lead compound discovery and development from TCM. Metabolomics will bridge the cultural gap between TCM and Western medicine and improve development of integrative medicine, and maximally benefiting the human. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Metabolomics Deciphering Therapeutic Effects and Mechanism of Traditional Chinese Medicines

Traditional Chinese medicine(TCM),an ancient medical system,has the advantages of multi-targeting and multi-ingredient preparations,and is different from modern pharmacology.However,because of the complexity of TCM and the limitation of present investigation method,the research for deciphering the scientific basis and systematic features of TCM is difficult to go further.Metabolomics has a significant increased study in recent years and enables mapping of early biochemical changes in disease and hence provides an opportunity to develop predictive biomarkers.Moreover,its method and design resemble those of traditional Chinese medicine.Therefore,it can provide useful tools for exploring essence of TCM,and will help to in-depth understand Chinese medicine syndromes.In this mini-paper,particular attention will be paid to the past successes in applications of robust metabolomics to contribute to small metabolites discovery in TCM development.     

中医方证代谢组学——中医药研究的新策略

证候和方剂是中医学的2个关键科学问题,直接关系到中医疾病的诊断和临床治疗的有效性。方剂是中医临床用药的主要形式和手段,其配伍的科学性和临床的有效性是中医药科学价值的具体体现。然而,中医证候的模糊性及方剂的复杂性极大地限制了方剂的效应评价及中药药效物质基础的确认。如何解决证候的诊断标准,以及相关的方剂药效物质基础的确认是国际关注的热点问题,迫切需要建立符合其自身特点的研究方法和技术体系。中医方证代谢组学(chinmedomics)是将中药血清药物化学和代谢组学有机结合,在解决证候生物标记物的基础上,建立方剂药效生物评价体系,进而发现与临床疗效直接相关的药效物质基础,阐明作用机制的方法学体系。中医方证代谢组学将"中医证候生物标记物-方剂体内直接作用物质-药效生物标记物"研究有机结合,建立血清中外源性中药成分与内源性标记物群2组变量相关(plotting of correlation between marker metabolites and serum constituents,PCMS)分析方法,评价方剂整体效应及方证相应关系,揭示方剂的药效物质基础及其配伍规律的应用研究策略;该策略的实施将促进方剂向化学成分明确化、作用机制清晰化的方向发展,为方剂关键科学问题研究带来方法学创新,有助推动中医方-证相关研究,揭示生命本质并为人类健康做出有益贡献。     

中药药效物质基础研究的系统方法学——中医方证代谢组学

中药药效物质基础是指中药中含有的能够表达药物临床疗效的化学成分总称。而中医临床使用的是方剂,中药饮片是原料,方剂才是药物。同一中药在不同配伍环境下在体内表达不同的体内直接作用物质,从而实现药效的配伍取向。所以中药药效物质基础研究应该从方剂入手,而评价方剂的临床药效是发现药效物质基础的前提。在临床上,方剂对应的是证候或病,中医证候/病的客观正确诊断,阐释证候/病的生物学本质,发现证候/病的生物标记物,建立临床疗效的生物评价体系是评价方剂临床疗效进而发现中药药效物质基础的基本前提。基于中药复方给药形式的特殊性及方证对应疗效的专属性,笔者的团队以证候为起点,从方剂入手,建立了系统的关联"证候诊断-方剂效应评价-体内直接作用物质分析"的方法学——中医方证代谢组学(Chinmedomics),将中药血清药物化学和代谢组学有机结合,在解决证候生物标记物的基础上,建立方剂药效生物评价体系,发现并确定中药药效物质基础,进而解决与药效物质基础相关的中药有效性及安全性等质量问题,以及基于临床有效性的中药创新药物发现问题。     

中医方证代谢组学研究进展及其应用

中医方证代谢组学（Chinmedomics）是近年来兴起的研究中药方剂有效性及其药效物质基础的整合策略,是中医药现代化研究方法学意义上的创新。基于中药复方给药形式的特殊性及方证对应疗效的专属 性特点,中医方证代谢组学以代谢组学技术建立方剂有效性评价体系,揭示证候生物学本质;以中药血清药物 化学方法发现方剂体内直接作用物质,通过建立两者之间的相关性来表征与证候生物学本质相关的药效物质 基础,解决中医证候生物标记物、方剂效应评价、中药质量标志物,及方剂创新药物设计等关键科学问题。     

Discrimination of type 2 diabetes mellitus corresponding to different traditional Chinese medicine syndromes based on plasma fatty acid profiles and chemometric methods

Aims of the study

Traditional Chinese medicine (TCM) has a long history and particular advantages in the diagnosis and treatment of type 2 diabetes mellitus (T2DM). Syndrome differentiation is the foundation and essence of TCM theories. The aims of the study are to discriminate T2DM corresponding to different syndromes (Qi-deficiency, Qi and Yin-deficiency and Damp heat) and discover syndrome-related biomarkers using metabolomics technology.

Materials and methods

Plasma fatty acid profiles of 85 clinical samples were established by high performance liquid chromatography (HPLC). Moreover, some of the lipid parameters, including total cholesterol (TC), triglycerides (TG), high-density lipoprotein (HDL) and low-density lipoprotein (LDL), were obtained through clinical testing methods. Orthogonal signal correction-partial least squares (OSC-PLS) and uncorrelated linear discriminant analysis (ULDA) were employed to establish two-class models for three different syndromes.

Results

Compared with the plasma fatty acid profiles of healthy controls, the characteristic fatty acids of three TCM syndromes were discovered (p<0.01). Totally, the plasma fatty acids of T2DM were up-regulated, while significant differences existed in different syndromes. Results of ULDA indicate that the three TCM syndromes could be effectively separated by the plasma fatty acid profiles and the syndrome-related biomarkers were also screened.

Conclusions

The fact that three TCM syndromes can be separated indicates certain metabolic differences in different TCM syndromes of T2DM really exist and such differences can be manifested by fatty acids and lipid parameters. The results benefit modern biological interpretation of the three TCM syndromes and in a sense the diagnosis and treatment of diabetes.     

代谢组学在中医证型中的应用探析

代谢组学是系统生物学的组成部分，能准确的反映出生物体实时的代谢情况。中医证型是中华民族传统医学的产物，是疾病发展阶段的病理概括。中医的现代化离不开中医证型的标准化研究，而中医五脏疾病分类可以探索中医分型辨证中较为客观的规律。代谢组学的整体性、系统性、动态性与中医理论的整体观、辨证观高度契合。近年来，利用代谢组学技术在中医证型中的研究已经取得了一定的成效，并且研究的角度和深度不断扩展。故本文旨在探讨代谢组学与中医证型的关联，并从中医临床疾病证型、中医证型动物模型等角度分析代谢组学的应用进展，以期代谢组学在中医学领域的研究能更好的服务于临床。