前沿研究丨中医方证代谢组学——中药效应评价的有效途径

本文选自Engineering期刊2019年第5期

作者：张爱华，孙晖，闫广利，韩莹，赵琦琦，王喜军

来源：Chinmedomics: A Powerful Approach Integrating Metabolomics with Serum Pharmacochemistry to Evaluate the Efficacy of Traditional Chinese Medicine[J].Engineering,2019,5(1):60–68.

摘要：有效性评价是发现中药药效物质基础、先导化合物和质量标志物的重要前提，因此急需建立一种生物学语言，将中药有效性科学地表达出来，进一步凸显中医药的实用价值。证候和方剂是中医药的重要组成部分，与中药有效性直接相关。笔者以证候和方剂为研究对象，建立了科学评价中药有效性的创新方法学体系——中医方证代谢组学。它将中药血清药物化学理论与代谢组学技术有机整合，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，发现并确认中药药效物质基础。该策略为提高中医理论和临床实践的科学价值提供了有力支持。本文概述了中医方证代谢组学的研究策略，利用该方法揭示临床常见中医证候生物标记物及开展相关方剂的有效性评价研究，着重阐述了中药药效物质基础及质量标记物的发现。

一、引言

由于人类疾病谱的变化，单靶点、单一药物的简单治疗模式难以解决多靶点复杂性疾病的治疗问题，个体化的精准治疗又对现代医学提出了新的挑战。多靶点作用的中药在复杂疾病的治疗中较单靶点药物具有独特优势，中药的多靶点治疗及中医学辨证论治个体化治疗的精准潜力等在解决多靶点复杂性疾病治疗方面积累了大量有价值的临床经验。

然而，中药有效性是中医治疗优势的根本体现，也是横在中医学与现代医学科学家之间难以逾越的鸿沟，致使中医学的优势及其临床经验的价值难以被充分接受。

中药有效性应该包括3个方面的内容，即临床效应、效应机制及效应成分。中药有效性在临床上是以方剂为用药形式针对证候表达的，只有在精准辨证的基础上实现方证对应才能充分表达中药的临床疗效。从单味中药研究获得的结论必将由于配伍其他药物而改变，同一中药在不同方剂配伍环境下，在体内将表达（吸收）不同的成分，从而实现配伍的药效取向。因此，研究中药有效性必须从证候和方剂入手，在方证对应状态下阐释效应、效应机制及效应成分。

由此，通过整合代谢组学与中药血清药物化学技术，以证候生物标记物发现为切入点，以方剂为研究对象，建立了集阐明效应、揭示效应机制及鉴定效应成分于一体的中药有效性研究的新策略——中医方证代谢组学（chinmedomics），即利用代谢组学技术发现并鉴定中医证候（病）的生物标记物，以生物标记物为参数评价方剂的临床疗效。

在有效状态下，以中药血清药物化学技术分析鉴定方剂进入体内的显效成分，将其与证候生物标记物轨迹回调相关联，挖掘与生物标记物轨迹变化高度关联的进入体内的方剂成分，从而鉴定表达方剂临床疗效的药效物质基础并阐明其效应机制，解决创新药物设计、质量标记物发现、方剂配伍规律等与有效性相关的科学问题（图1）。

图1 中医方证代谢组学促进茵陈蒿汤药效物质的发现

PCMS：代谢物与血清成分的相关性分析；UNIFI：中药及天然产物发现和鉴定数据库

该理论及方法充分体现了中医辨证论治、方证对应的理论特点及临床实践的要求，为深度理解并挖掘中医理论的科学价值及中医临床经验的实用价值提供了新策略。

二、中医方证代谢组学应用进展

目前，生命科学研究已进入“组学”时代。生物标记物为疾病精确诊断提供了科学依据，而利用中医方证代谢组学可实现中药疗效的客观评价。

研究表明中医方证代谢组学在发现生物标记物及揭示效应机制等方面起到了重要作用。利用中医方证代谢组学表征了阳黄证、肾阳虚证、肾阴虚证、心气虚证、湿热黄疸证、失眠证、肝郁脾虚证等证候的生物标记物，阐明了相应方剂茵陈蒿汤、六味地黄丸、知柏地黄丸、肾气丸、温心方、酸枣仁汤、生脉散、天芪降糖胶囊、双黄连及其他中药材的药效物质基础及作用机制。

1. 茵陈蒿汤药效物质基础的发现

茵陈蒿汤是治疗湿热黄疸证的经典方剂。利用中医方证代谢组学开展了茵陈蒿汤治疗湿热黄疸证的有效性研究，进而发现并确定药效物质基础及潜在效应靶点。

表征了茵陈蒿汤的69个化学成分，鉴定了41个血中移行成分，发现了34个尿液生物标记物；利用PCMS技术将证候标记物与显效状态下的体内成分相关联，发现了与效应关联的药效物质。结合效应靶标预测技术发现了12个潜在治疗靶点。进一步阐明了有效物质与其关键靶途径之间的关系，为设计新型组合药物提供研究基础。

2. 筛选关黄柏活性化合物

中药成分的生物学活性评价是探索药效物质基础的有效手段。最新研究利用中医方证代谢组学开展关黄柏抑制前列腺癌的效应研究并探索其活性成分。结果显示关黄柏可以抑制22RV1人前列腺癌细胞移植肿瘤的生长。

利用中医方证代谢组学方法分析体内成分和代谢标记物，表征了关黄柏的54种化合物，发现了体内38个化合物。辨识并鉴定了血清中29个原型化合物和9个代谢物，发现了34个生物标志物与前列腺癌相关；关黄柏可将代谢标记物调整到正常水平，将代谢轮廓调节至健康状态，分析发现了10个入血成分与整体效应高度相关。

3. 中医方证代谢组学发现开心散质量标记物

基于中药质量标志物研究建立质量标准以揭示其有效性和安全性。开心散是用于治疗阿尔茨海默病（AD）的经典方剂。针对其质量标志物仍不清楚的问题，采用中医方证代谢组学技术探索开心散治疗转基因AD小鼠的有效性和潜在质量标志物。

研究发现开心散可以减少脑组织Aβ1-42的沉积，并显著地改善认知功能。分析体内生物标记物和化学成分，研究显示开心散通过调节20个生物标记物重新平衡脂质和氨基酸代谢异常。根据开心散对AD的疗效，确定了人参皂苷F1、人参皂苷Rf、去氢茯苓酸、20-O-吡喃葡萄糖基人参皂苷Rf、(E)-3,4,5-三甲氧基肉桂酸为开心散的质量标志物。

三、未来展望

中医方证代谢组学促进了中药有效物质的发现并阐明了其作用方式，为阐释方证相应关系提供了一种新方法。越早整合最新的先进技术越能提高先导化合物选择和优化的成功率，并有助于解释方剂治疗机制。

然而，由于证候的复杂性，仅在代谢物层面进行作用机制研究仍不足以全面反映生命活动本质，在代谢标记物研究基础上关注上游功能蛋白和基因，从而使证候生物学本质研究更深入、更具体，促使治疗更精准。这样将使方剂有效性评价和药效物质基础研究更具临床应用价值。

笔者的研究也在紧紧地与蛋白组学等其他组学相结合。由于代谢组学是该理论的核心技术，所以该理论中名为“中医方证代谢组学”，是以组学“omics”进行定义的，也是考虑给该理论留出空间，在未来引入并整合蛋白组学、转录组学及基因组学等理论和技术，使该理论不断在实践中得以完善。

同时，下一步将在各种临床常见证候患者大样本方证代谢组学分析、病证结合患者大样本方证代谢组学分析的基础上，通过大数据整合分析，建立涵盖常见中医证候及病证结合表型的代谢轮廓及生物标记物、代谢轮廓与有效方剂、生物标记物与有效成分的软件包，实现病证的精准诊断，在基于标记物分析的精准治疗和有效物质发现方面作进一步创新。

中医方证代谢组学提供了一种探索中医治疗效应的整合研究方法。从生命科学的角度来看，它考虑整体动物、器官组织和细胞层面的基因、蛋白和代谢网络的整合变化，以便整体解析疾病病理机制。目前医学科学呈现出中医和现代医学和而不同的发展趋势，我们应抓住科学和技术革命的重大发展机遇，中西医学界共同肩负逐步突破理念障碍，实现医学科学一体化的大健康目标。

改编丨沈晓晶

改编原文：

Ai-Hua Zhang, Hui Sun, Guang-Li Yan, Ying Han, Qi-Qi Zhao, Xi-Jun Wang. Chinmedomics: A Powerful Approach Integrating Metabolomics with Serum Pharmacochemistry to Evaluate the Efficacy of Traditional Chinese Medicine. Engineering, 2019, 5(1): 60–68.

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