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质谱技术(五)在中药代谢组学中的应用

中药代谢组学

        代谢组学是继基因组学、蛋白组学之后,系统生物学的又一重要分支,该研究强调从整体上研究生物体受到外界扰动后代谢物的变化。中药代谢组学着重研究中药给药后,对生物体代谢通路的影响。由于中药作用靶点多,往往会对多条代谢通路造成影响,质谱是中药代谢组学研究的有力工具。基于色谱- 质谱联用( 如GC-MS,LC-MS 等) 的代谢组学技术已广泛应用于中药代谢轮廓及作用机制研究。

       (1)中药药效与作用机制研究: 对中药给药后的动物模型或者人体的血清、尿液或者粪便等生物样本进行代谢组学分析,有利于解释中药的治疗机制。Zou 等通过GC-MS 尿液代谢组学研究了复方丹参滴丸对大鼠心肌缺血的治疗机制,发现能量、氨基酸、脂肪酸和多元醇的代谢在心肌缺血时被打乱,在复方丹参滴丸治疗后被恢复。Chen 等通过GC - MS 血清代谢组学分析,研究了去着痛痹汤对高尿酸血症大鼠的作用,采用t 检验和主成分分析筛选标志物,使用正交信号校正偏最小二乘判别分析( Orthogonal signal correction - partial least squares - discriminate analysis,OSC - PLS DA) 评价了酵母和中药治疗的影响,证明了去着痛痹汤可以有效地降低血清尿酸水平,并推测它可能是高尿酸血症的一个有效的治疗候选药物。Shui 等采用LC - MS /MS 对角叉菜胶诱导及易冠建汤治疗后的大鼠血浆和尿液的代谢组学进行了分析,研究了易冠建汤的抗炎机制,并对正常对照组、模型组、阿司匹林治疗组和易冠建汤给药组进行了代谢组学研究,筛选出可能与炎症抵抗相关的25 种化合物,涵盖了5个主要代谢途径如色氨酸的代谢、脂代谢、氧化应激、乙醛酸盐代谢和牛磺酸代谢等。Li 等采用UHPLC - QTRAP - MS /MS,研究了高脂饮食小鼠在泽泻三萜类化合物成分给药后,血浆中溶血磷脂酰胆碱的变化,阐述了泽泻降脂作用的机制。Zhang 等研究了不同剂量大黄对肝脏淤积的治疗作用,证明了大黄干预影响胆汁酸代谢和氨基酸代谢,这些代谢可以解释大黄治疗胆汁淤积的剂量- 反应关系和治疗机制。Lu 等采用超高效液相色谱( UPLC) LTQ - Orbitrap - MS 代谢组学,分析了补肾化痰配方对多囊卵巢综合征的干预作用及治疗机制,结合显著变化的代谢物和临床生化数据,证明补肾化痰配方可通过降低炎症反应和氧化应激等代谢通路对多囊卵巢综合征进行有效的治疗。



      (2)中药副作用产生机制研究: 中药除了具有典型药效,也可能在体内产生副作用,对这些副作用的代谢组学机制进行研究,有利于中药的安全施用。Ma 等通过GC - MS 代谢组学方法,评估了雷公藤内酯引发生殖毒性的作用机理,同时对精子发生功能障碍早期检测的潜在生物标志物进行了筛查,认为过氧化物酶体增殖物激活受体及其相关脂肪酸代谢可能是雷公藤内酯引发男性不育的潜在治疗靶点。Lu 等使用LC-ESI-TOF-MS 研究了人参皂苷Rd 诱导的小鼠过敏反应的代谢机制,发现在过敏性反应的早期阶段与炎症和过敏性疾病相关的代谢物包括甘油磷脂、皮质类固醇激素、胆汁酸、甾醇脂质和脂肪酸等均发生了显著变化,脂质代谢( 如甘油磷脂和类固醇激素代谢) 的紊乱可能与人参皂苷Rd 诱导的过敏反应相关,推测Rd 可能是含Rd 的中药注射剂产生过敏反应的过敏因子。使用单一平台所测定化合物具有偏向和局限性,而使用多平台组合,则有利于全面、多角度地分析中药的代谢机制。Xie 等对暴露于半夏和姜半夏的妊娠大鼠胎盘及羊水进行了LC-MS 和GC - MS 的代谢组学研究,评估了半夏及其产品姜半夏的副作用,分别使用多元统计分析和metaboAnalyst 3. 0 软件,筛查受到显著扰动的代谢物和代谢途径,发现有20 个分别归属于甘油磷脂、氨基酸和糖代谢途径的代谢物受到了扰动。

       (3)本课题组应用质谱技术在中药代谢组学方面做了如下研究: 采用GC - MS 技术研究了中药传统名方逍遥散对抑郁症的作用机制。首先Li 等通过GC - MS 对慢性不可预知性刺激致大鼠抑郁症模型血浆及尿液中的代谢物进行了研究,分别从血液及尿液中发现了37 个和15 个与抑郁症模型相关的生物标志物,为抑郁症早期诊断提供了一定的研究基础。其次Gao 等采用GC - MS 以大鼠尿液、血液为对象研究了逍遥散对慢性不可预知应激模型大鼠的治疗作用及相关机制,结果表明逍遥散具有明显的抗抑郁作用,其具有剂量依赖性,逍遥散对应激大鼠的治疗与氨基酸代谢、能量代谢和糖代谢相关。Tian 等对招募的25 个抑郁症患者和33 名健康志愿者进行了基于GC - MS 的逍遥散治疗抑郁症临床代谢组学研究,并结合多变量统计分析,比较得出抑郁症患者在治疗前后与健康组对照的尿液代谢组的差异,发现丙氨酸、柠檬酸、马尿酸、苯丙氨酸和酪氨酸5 个抑郁症疾病及逍遥散治疗的代谢标志物,推测出逍遥散治疗抑郁症的机理在于它可以调整神经递质获得最佳的治疗效果,调节氨基酸代谢以促进产能,满足身体的需要。Gao 等采用HPLC-MS 研究了逍遥散对慢性不可预知应激模型大鼠的治疗作用及相关机制,发现了17 个与抑郁症相关的潜在生物标志物,这些物质与能量代谢、氨基酸代谢及肠道菌群紊乱有关,而逍遥散可以回调与这些代谢相关的代谢物。对其他中药的抗抑郁或者其他治疗效果,本课题组也进行了相关研究。如Tian 等采用GC-MS 尿液代谢组学研究了沙棘籽油对慢性不可预知应激模型大鼠的抗抑郁作用,筛查了沙棘籽油治疗抑郁症的潜在生物标志物,发现沙棘籽油给药后,尿液中的庚二酸和棕榈酸水平升高,辛二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、肉桂酸和Sumiki 酸降低,该研究有助于促进沙棘籽油对抑郁症的疗效评价和机理研究。王东琴等还采用GC-MS 代谢组学技术研究了狭叶柴胡( 红柴胡) 的解热作用,并初步探讨了其作用机制,发现红柴胡具有良好的解热效果,解热效果与剂量有关,中剂量效果与阿司匹林相当; 红柴胡可能从酶抑制作用、神经递质、糖脂代谢、氨基酸及能量代谢等多层面协同发挥作用,具有多靶点性。

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