Transcriptomics,proteomics and metabolomics driven biomarker discovery in COPD: an update

Introduction: Diagnosis of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), characterized by progressive irreversible airflow limitation, remains a challenge. Lack of sensitive diagnostic markers and alternative treatments have limited patients’ survival rate. Herein, we provide for clinicians and scientists a comprehensive review on the various omics platforms used to investigate COPD.

Areas covered: This review consists of articles from PubMed (2009–2016) as well as views of the contributing authors. The review highlights the need for COPD biomarker identification and also provides an update on promising candidate markers identified in various biological fluids using omics technologies.

Expert commentary: The multi-omics approach holds promise for the development of robust early stage COPD diagnostic markers, screening of high-risk population, and also improved prognosis which could lead to personalized medicine in future. Various factors regulating an omics study including sample size, control selection, disease phenotyping, usage of complementary techniques and result replication in omics-based research are outlined.     

南柴胡和北柴胡组成的逍遥散抗抑郁作用的1H-NMR代谢组学研究

目的 比较不同品种柴胡（南柴胡和北柴胡）组成的逍遥散的抗抑郁功效,探寻其对大鼠内源性代谢产物变化规律的影响。方法 采用慢性温和不可预知应激程序对大鼠进行为期4周的抑郁造模,在造模2周后分别ig给予由南柴胡或北柴胡组成的逍遥散（生药）46 g/kg水提取液、文拉法辛0.05 g/kg干预,每天1次,连续给药2周,观测动物行为学症状。应用核磁共振（¹H-NMR）方法分析大鼠血清内源性代谢产物的变化规律。结果 2种逍遥散和文拉法辛对抑郁大鼠行为学指标均有显著影响,与模型组比较差异显著（P＜0.05、0.01）。代谢组学研究结果显示,2种逍遥散和文拉法辛干预后,大鼠血清中异亮氨酸、氧化三甲胺、胆碱水平升高,而乳酸、N-乙酰糖蛋白、肌酸、苏氨酸及β-葡萄糖等水平降低,与模型组比较差异显著（P＜0.05、0.01）。2个逍遥散组对抑郁大鼠行为学指标的影响组间比较未显示统计学差异。结论 不同品种柴胡组成的逍遥散均具有明显的抗抑郁作用,但功效有所差别,即南柴胡组成逍遥散的抗抑郁效果及起效时间略优于北柴胡。应用行为学与代谢组学相结合的方法评价逍遥散抗抑郁功效具有准确性好、灵敏度高等特点。     

代谢组学在中药七情配伍中的应用研究进展

中药七情是中药配伍的主要形式。代谢组学主要研究代谢谱差异,通过分析代谢物以及代谢通路与生理病理变化的相对关系,阐释药物的作用机制,分析配伍用药的作用关系。通过归纳近年来运用代谢组学分析中药单行、相须、相使、相畏、相杀、相恶、相反7种配伍方式产生的增效、减毒、药性变化及作用机制,为客观地阐释中药七情配伍应用的合理性提供依据。     

代谢组学在中药现代化研究中的应用

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科,是系统生物学的重要组成部分,被认为是"组学"研究的最终方向。它能用反映整体的代谢物图直接认识生命体的生理和生化状态,因此能提供区别于其他"组学"而来的大量信息。在中药现代化研究中,代谢组学方法和技术的应用具有广阔的发展前景,尤其是在中药整体药效评价、中药活性成分研究及中药安全性研究等方面具有重要理论意义和应用价值。     

中药药代动力学研究的难点和热点

中药的药物代谢动力学(简称中药药代动力学)是借助于动力学原理，研究中草药活性成分、组分、中药单方和复方体内吸收、分布、代谢和排泄(ADME)的动态变化规律及其体内时量．时效关系，并用数学函数加以定量描述的一门边缘学科。它是中药药理学与药物代谢动力学相互结合、相互渗透而形成的。它借助于药代动力学的基本理论和方法研究中草药，中草药药代动力学的研究也为药代动力学提出了新的课题。中药特别是中药方剂十分复杂，其药代动力学的研究较通常的化学药物的药代动力学更为困难，中药药代动力学必将大大促进药代动力学向更深层次的发展。     

基于代谢组学技术的天麻降血压作用研究

目的利用代谢组学技术分析自发性高血压大鼠天麻干预前后血清内源性代谢物的变化,探讨其作用机制。方法14只自发性高血压大鼠随机分为模型组(生理盐水)和天麻组(2 mL/200g天麻提取液),每组7只,另取7只Wistar大鼠设为正常组(生理盐水),均治疗4周。治疗前及治疗2、4周测量大鼠尾动脉收缩压,利用液质联用技术分离、分析各组大鼠血清中内源性代谢物。结果与模型组比较,天麻组大鼠的宏观体征改善,治疗2、4周收缩压下降(P<0.01)。正常组、模型组、天麻组的代谢谱明显分开,模型稳定性良好。与模型组比较,天麻组整体代谢模式和个体代谢物发生改变,鉴定出潜在生物标志物27个,主要涉及亚油酸代谢、花生四烯酸代谢、甘油磷脂代谢、苯丙氨酸代谢、胆汁酸生物合成、类固醇激素生物合成等代谢途径。结论天麻可降低自发性高血压大鼠血压,其机制可能与抑制血管炎症物质的释放有关。     

基于血浆代谢组学评价不同神经保护剂联用方案对缺血性脑卒中生物标志物的影响

目的:通过代谢组学挖掘神经保护剂联用治疗缺血性脑卒中患者血浆的回调性生物标志物,从代谢路径角度评价神经保护剂联用的合理性.方法:通过高效液相色谱与飞行时间质谱(Q-TOF)联用的非靶向代谢组学平台,获取缺血性脑卒中患者的血浆代谢组学数据,用多元变量统计分析进行数据处理,筛选出药物干预后回调的生物标记物及其代谢路径.结果...     

慢性肾衰尿液样本代谢组学研究

研究基于气-质联用(GC-MS)技术的尿液代谢组学预处理方法,对慢性肾功能衰竭患者与正常对照组人群尿液样本进行代谢组学研究。收集慢性肾功能衰竭患者尿液样本54例;正常对照组尿液样本25例。对所有样本采用以葵酸作为内标的硅烷化衍生反应,及GC-MS分析测试方法得到谱图之后,通过层次聚类分析和主成份分析及ROC曲线比较慢性肾功能衰竭与正常对照组之间谱峰的差异性,并利用NIST谱库、Mainlib数据库和Wiley数据库鉴定差异性代谢产物。慢性肾衰患者和正常人的尿液样本,共筛选出有显著性差异(P0.05)的峰有8个。其代谢物为:肌醇、L(-)-阿卓糖、D-呋喃木糖、己糖醇、核糖酸、2-甲氧羰基-3-甲基-3-丁烯酸甲酯、丙酸、廿二烷。此结果显示气-质联用(GC-MS)技术能为慢性肾衰的物质基础进行标志物的筛选,为慢性肾功能衰竭诊断研究提供一定的科研思路与方法。     

通塞脉微丸干预缺血性中风模型大鼠的血浆代谢组学研究

目的:通过分析缺血性中风模型大鼠血浆内小分子的变化,研究缺血性中风导致的代谢异常变化及通塞脉微丸对异常代谢的调节作用,寻找缺血性脑中风模型可能的代谢生物标志物,探索通塞脉微丸的代谢性作用机制。方法:采用电凝法造成大鼠缺血性中风模型,将大鼠分为模型组、假手术组、通塞脉组和阳性药组,每组8只。通塞脉组按生药量13.2 g.kg-1.d-1灌胃给药,阳性药组给予尼莫地平32 mg.kg-1.d-1,模型组、假手术组灌服等体积蒸馏水,连续给药7 d。采集模型组、假手术组血浆和通塞脉组、阳性药组大鼠给药第1,3,7天的血浆,采用气相色谱-质谱(GC-MS)对血浆中内源性分子进行测定,采用偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)对多变量数据进行分析并建立模型,t检验方法进行统计分析。结果:与假手术组大鼠相比,模型组大鼠血浆中的丙酮酸、牛磺酸、羟脯氨酸的含量明显升高,而乳酸、甘油酸、氨基丙二酸、果糖、色氨酸和亮氨酸显著下降,提示血浆中这9种内源性物质为脑缺血的潜在生物标志物。通塞脉微丸给药使得上述内源性物质(除牛磺酸)得到了不同程度的恢复。结论:通塞脉微丸可以使造模后大鼠血浆中异常变化的代谢物水平有不同程度的恢复,提示其药效作用可能与其对相关代谢途径的调节有关。     

基于代谢组学技术的黄连解毒汤配伍规律研究

目的:研究黄连解毒汤组方中君、臣、佐、使药的配伍规律.方法:取雄性Wistar大鼠54只,分为空白组、模型组、黄连组、黄连-黄芩组、黄连-黄芩-黄柏组、黄连解毒汤组;模型组和各给药组于大鼠背部皮下注射2,4-二硝基苯酚( 25 mg·kg-1大鼠体质量)造模;各给药组干造模前30 min ig给予黄连、黄连-黄芩、黄连-黄芩-黄柏、黄连解毒汤1次(分别为7.2,12,16.8,24 g生药/kg大鼠体质量);收集造模后1,3,5,7,13,22 h各时间点的尿液,尿液样品进UPLC-TOF/MS检测分析,质谱数据采用MarkerLynx XS软件统计分析,并采用主成分分析法(PCA)和正交偏最小二乘-判别分析法(OPLS-DA)对获得的数据进行处理.结果:在得分图中,黄连组与模型组混为一组,黄连-黄芩组与模型组较接近,离空白组较远,黄连-黄芩-黄柏组与模型和空白组显著聚类区组,并且与空白组较接近,黄连解毒汤组与模型组和空白组显著聚类区组,与它们的距离相当;同时黄连、黄连-黄芩、黄连-黄芩-黄柏和黄连解毒汤各给药组分别对33,15,36,40个生物标志物具有干预作用,综合评价各实验组对热病证候的整体代谢和生物标志物的干预作用,结果黄连解毒汤全方作用最好,黄连-黄芩-黄柏次之,黄连作用第三,黄连-黄芩的干预作用最弱.结论:黄连作为方中君药发挥主要的药理作用,黄柏和栀子作为佐使药也发挥了其各自的作用,但黄芩作为臣药的地位有待商榷.