基于代谢组学的中药毒性评价研究进展

高小恒，陈达艳，李喜香，刘效栓

(甘肃省中医院，甘肃兰州 730050）

基于代谢组学的中药毒性评价研究进展

高小恒，陈达艳，李喜香，刘效栓

(甘肃省中医院，甘肃兰州 730050）

传统药物的毒性评价方法有时难以发现某些药物的潜在毒性，代谢组学通过分析与毒性作用靶位与作用机制密切相关的生物液体中内源性代谢产物浓度的特征性变化，可以确定毒性靶组织、毒性作用过程以及生物标志物［1］。代谢组学已被应用于中药安全性及毒性作用机制研究，并在中药毒性作用机制的研究中显示出强大的潜力［2］。现综述如下。

1 代谢组学在中药毒性评价中的优势

代谢组学(metabonomics)最早是由Nicholson教授及其同事于1999年正式提出，将代谢组学定义为是生物体在病理生理刺激和遗传因素改变的条件下，在不同时间、多方位定量检测其代谢变化，通过测定整个机体的系统代谢图谱来探讨基因功能调控机制的学科［3］。

代谢组学应用高效液相色谱(HPLC)、液相色谱－质谱(LC－MS/MS)、气相色谱－质谱(GC/MS)以及核磁共振(NMR)等高通量、高分辨和高灵敏度的现代分析仪器分析手段，定性定量研究生物体体液中(包括血浆、尿液、组织液和细胞培养液等)的内源性代谢产物即代谢组，并结合模式识别等化学信息学技术，分析生物体在不同状态下(如生理与病理状态、给药前后等)的代谢指纹图谱的差异，获得相应的生物标志物群(Biomarkers)，从而揭示生物体在特定时间、环境下的整体功能状态［2］。

作为一门新兴的学科，代谢组学从研究生物体整体代谢变化出发，全面反映药物作用后生物体内各个组织器官代谢的变化，并可发现药物毒性及不良反应的情况。因此，代谢组学作为毒理学研究中一种重要的手段，广泛应用于药物毒性早期评价及其机制研究等多项领域［4］。

2 代谢组学在中药毒性评价中的应用

代谢组学技术应用于毒性作用机制的研究，其基本原理是毒性破坏正常细胞的结构功能，改变代谢途径中内源性代谢物的稳态，从而通过直接或间接效应改变细胞体液成分［5］。

2.1 在肾毒性评价中的应用

肾脏不仅是排泄药物的主要器官，也是药物毒副作用的重要靶器官。据文献报道，急性肾功能衰竭和终末肾病分别有34.2%和20%是由药物毒副作用所致［6］。王清秀等［7］利用 NMR技术研究大黄素处理后大鼠尿液、血浆和肾脏组织萃取物中内源性代谢产物谱的变化，发现大黄素可能是其导致肾毒性的主要毒性成分，损伤机制可能为大黄素引起肾脏脂类代谢异常，从而引发肾小管上皮细胞周期阻滞，进而导致线粒体膜电位途径凋亡的损伤，造成肾小管上皮细胞的膜性结构破坏，从而导致肾小管重吸收障碍，这种毒性作用是可逆的，并尿液中的氨基酸、葡萄糖、TMAO以及肌酐可作为大黄素的主要生物标志物研究。这与有关研究［8］相一致。

赵剑宇等［9］研究经关木通染毒后大鼠尿液的代谢表型改变及其与组织病理和尿液、血浆生化指标的相关性，结果尿样中氧化三甲胺、柠檬酸、牛磺酸、肌酐、甜菜碱等代谢物均有不同程度的下降，而醋酸、丙氨酸则显著上升。结果表明，给药组与对照组的代谢谱有明显差异，而造成组间差异的主要影响因素是醋酸和氧化三甲胺的变化，这些化合物的变化与已报道的肾毒性化合物引起的变化相似［10］。另用相同的研究方法表明，丙氨酸和牛黄酸也是造成组间差异的主要影响因素，而对组间差异贡献最大的主要代谢物是乙酸和氧化三甲胺，进一步证实了这两种化合物都是肾毒性的标志物［9，11，12，13］。另有研究初步获得关木通致肾脏损害的”代谢产物谱”，根据不同的代谢表型能够区分出关木通的毒性作用。证实关木通能够对肾脏造成损害，且大鼠尿液的代谢物谱与关木通毒性作用强度密切相关［14］。

梁琦等［15］应用基于NMR的代谢组学方法，分析口服广防己后不同时间点大鼠尿液中内源性代谢产物，结果广防己引起大鼠尿液代谢变化涉及的主要代谢物有柠檬酸、牛磺酸、马尿酸盐、肌酐/肌酸、TMAO、醋酸、2－酮戊二酸、甘氨酸、乳酸、丙氨酸、葡萄糖和氨基酸等。进一步研究表明广防己配伍黄芪可使降低的马尿酸盐、葡萄糖，升高的肌酸/肌酐恢复正常;降低的柠檬酸、2－酮戊二酸，升高的TMAO含量接近正常水平，表明黄芪有对抗广防己的肾损害作用［16］。另相同研究表明广、粉防己早期可造成肾脏损伤，主要影响肾小管排泌功能，持续长期给药均可引起肾小管、肾髓质及肾小球滤过功能的损伤;其中粉防己损伤严重，早期损伤就可涉及肾髓质。广、粉防己的肾脏毒性作用有所不同，广防己主要影响肾小球滤过功能，粉防己则更多地影响肾小管的刷状缘及肾乳头［17］。

李建新等［18］基于核磁共振的代谢组学方法研究雷公藤甲素口服给药后对大鼠尿液中内源性代谢产物的影响，结果表明雷公藤甲素对大鼠具有明显的肾脏毒性。其对肾脏的损伤部位及其过程表现为，第1天即可观察到肾皮层S1受损伤，然后是肾乳头，最后肾脏皮层S3段受到损伤。醋酸、乳酸、甘氨酸为肾脏皮层S1段毒性标记物，甜菜碱、二甲基甘氨酸为肾乳头、丙酮为肾脏皮层S3段的毒性标记物。其中以醋酸盐、甜菜碱和丙酮最为显著。PCA分析表明给药组和对照组能够被完全区分开来。这些代谢物的变化说明大鼠尿液代谢组学分析能够较好地反映雷公藤甲素的肾毒性特征，并对毒性作出早期预测。

2.2 在肝毒性评价中的应用

到目前为止，药物和肝毒性物质是导致肝损伤的主要原因［19］。崔立然等［20］研究经黄药子染毒后大鼠尿液的代谢表型的改变及其与血浆生化指标的相关性，建立了尿液内源性小分子代谢物评价黄药子的肝损伤的评价体系并验证了代谢组学方法用于黄药子毒性评价的可行性。从代谢物组的角度诠释了传统中药黄药子的肝毒性。曹敏等［21］以苍耳子致肝损伤模型大鼠为研究对象，观察了苍耳子对模型大鼠尿液代谢轮廓和整体表征的影响，结果提示高剂量苍耳子水提取液对大鼠肝脏有毒性作用，低剂量组在给药28天时出现聚类，说明内源性代谢物发生了变化，可能存在潜在肝毒性，提示即便按照临床常用剂量给予患者苍耳子制剂，也不宜服用时间过长。梁琦等［17］运用代谢组学方法比较观察广防己、粉防己口服给药不同时间大鼠血、尿内源性代谢物的变化，表明广、粉防己给药早期即有一定肝脏毒性作用，涉及糖、脂代谢和肝线粒体功能的受损，其中粉防己表现出急性肝损伤作用;随着给药时间的延长，广、粉防己的肝损伤作用进一步加重，其中粉防己的损伤作用更为明显，涉及能量代谢紊乱及线粒体功能受损。

3 小结

目前尚无中药毒性作用评价的标准及客观依据，也无安全性评价的统一标准。代谢组学技术最终将会发展成高通量的方法，用于毒性筛选、机制区分、毒性预测以及发现毒作用相关的生物标志物，以此作为体内药物安全性评价的方法，从而更快、更准确地发现毒性物质和毒性规律［2］。

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［6］刘瑞媛，叶华，谢婷，等.代谢组学及其在药物毒性评价中的应用［J］.生命的化学，2010，30(5):774 －777.

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