代谢组学在冠心病中医辨证中的应用

周耀中，王 咏，戎靖枫，周 华



·综述与进展·

代谢组学在冠心病中医辨证中的应用

周耀中，王 咏，戎靖枫，周 华

中医药治疗冠心病已成为重要手段之一，代谢组学已广泛应用于中医药各个领域。本研究主要介绍代谢组学的概况，综述了近年代谢组学在冠心病中医辨证分型中的研究进展，并对中医药理论和代谢组学技术的结合提出展望。

冠心病；代谢组学；辨证分型；综述；心悸

冠心病是一种严重危害人类健康的流行性疾病，好发于40岁及以上人群，男性发病早于女性，在欧美等发达国家本病常见，在我国，本病近年来亦呈增长趋势[1]。目前，中医药治疗冠心病已成为重要手段之一，而辨证论治是中医学的特点，对疾病正确的辨证有利于提高中医药的疗效。多年来，中医证候的研究多采用制作四诊调查表，临床中医师根据问卷结果和个人经验得到中医证型，但该研究手段受病人和临床医生主观因素影响较大，使得中医证候研究难以取得突破性进展，因此中医证候的现代研究迫切需要建立符合自身特点的方法和技术，而代谢组学的出现从人体代谢物的角度对中医证候的客观化研究带来了新的曙光[2]。本研究就代谢组学在冠心病中医辨证分型中的应用综述如下。

1 代谢组学简介

代谢组学由Nicholson 等在1999年首次提出，它是继基因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，主要通过核磁共振、色谱、质谱等技术手段获取代谢物的原始数据，以模式识别计算分析系统研究分子量小于1 000的小分子物质，从而获得与研究相关的代谢标志物[3]。代谢组学是一种探索生物系统的代谢途径学科，通过测量代谢物或时间的变化更改后的生理刺激或扰动，更加直观全面地反映生物体的各种代谢产物变化，寻找相关特定的产物加以分析、判别，得到生物标志物，使疾病诊断、治疗更加个性化，为生物科学的发展，尤其是为中医药研究提供了强有力的技术支持[4-5]。

完整的代谢组学分析流程包括样品的采集、预处理、数据采集和分析及解释。主要样品包括生物流体如脑脊液、体液、唾液、血浆、尿液、精液等，其中尿液和血液是最容易获得的，也是目前研究较多的生物样品[6]，其他样品如肝穿、肾穿等组织细胞。代谢组学的分析工具主要有核磁共振技术(NMR)、气相色谱质谱联用(GC-MS)、高效液相色谱质谱联用(HPLC/MS)等，它们获得的数据(核磁共振图谱、色谱图或质谱图)具有多元性和复杂性， 很难直接分析， 需要采用模式识别(PR)的方法进行聚类分析和生物标志物的识别[7]，目前常用的统计模式识别方法主成分分析法(PCA)和偏最小二乘法(PLS)。

2 代谢组学在冠心病中医辨证分型研究中的应用

冠心病属于中医胸痹、心痛范畴，中医认为该病属本虚标实，本虚为阴阳气血的亏虚，标实为寒凝。气滞、血瘀、痰浊，闭阻胸阳，阻滞心脉。亦可虚实夹杂，相兼为病。常见类型有心血瘀阻证、气滞血瘀证、气虚血瘀证、痰浊闭阻证、寒凝心脉证、气阴两虚证、心肾阴虚证以及阳气虚衰证等证[8-9]。“证”是指疾病发展过程中某一阶段的病理属性的概括，中医辨证讲究整体观念，“司外揣内”，证候特征往往是内在物质基础和外在表象的结合，通过中医“望、闻、问、切”收集的多是外候，辨证的准确更多是依赖中医师的临床诊断水平，故难以量化。国内外研究者在诊断冠心病基础上，运用代谢组学技术，寻求冠心病各中医证型的代谢标志物，有望使冠心病辨证更加客观。

2.1 代谢组学在冠心病动物模型中的中医辨证分型研究 简维雄等[10-11]采用气相色谱-质谱技术对冠心病心血瘀阻证大鼠模型血浆代谢组学的检测，观察血液流变学变化，结果发现乳酸、丙氨酸、缬氨酸、琥珀酸、苹果酸、硬脂酸、花生四烯酸、果糖等8种代谢物与反映“血瘀”病理的血液流变学指标的改变具有一致性，有可能作为心血瘀阻证代谢性生物标志物。又通过分析急性心肌梗死(AMI)心血瘀阻证大鼠模型心肌组织的代谢途径，发现模型组中甘氨酸、延胡索酸、苹果酸、谷氨酸、葡萄糖、磷酸、吡喃半乳糖、赖氨酸显著下降，并用养心通脉方干预模型组大鼠，药物干预后甘氨酸等10种代谢产物含量增加与模型组比较差异有统计学意义(P<0．01)。严蓓等[12]通过建立心血瘀阻和气阴两虚证心肌缺血大鼠模型， 基于气相色谱-质谱(GC/TOF-MS)检测技术分析两组大鼠血浆中的内源性小分子代物， 发现两中医证型和正常大鼠之间代谢图谱存在明显差异， 与正常大鼠相比， 模型大鼠血浆中羟脯氨酸、苏糖酸、谷氨酰胺、柠檬酸等化合物的相对含量发生了显著变化，两中医证型大鼠间血浆中缬氨酸、丝氨酸、苏氨酸、鸟氨酸、羟脯氨酸、赖氨酸、2-羟基丁酸、3-羟基丁酸、呋喃半乳糖、肌醇等化合物的相对含量存在显著差异。王勇等[13-14]通过放置缩窄环于左冠状动脉前降支，隔支起始部制备小型猪慢性心肌缺血模型，分别建立血瘀模型和气虚血瘀模型，用现代核磁共振和模式识别技术，分析冠心病心肌缺血血瘀证模型与假手术组小型猪4周血清内源代谢物的变化，结果显示两组动物代谢谱各不相同，气虚血瘀组与假手术组比较，柠檬酸、葡萄糖、硬脂酸、棕榈酸、甘油、醋酸等化合物浓度变化较大，这些代谢物的变化模式有望成为临床诊疗冠心病证型判别的参考指标。

2.2 代谢组学在冠心病临床试验的中医辨证分型研究

2.2.1 基于色谱质谱联用技术的冠心病中医辨证分型研究 朱明丹等[15]应用GC-MS分析冠心病气滞血瘀证、气阴两虚证、痰阻心脉证之间，以及冠心病组与正常组血浆中的内源性小分子代谢物，发现与正常组相比，冠心病组磷脂代谢、脂肪酸代谢、氨基酸代谢紊乱以及其导致的血小板聚集明显，气滞血瘀证组内葡萄糖、花生四烯酸、亚油酸显著增高，气阴两虚证组苯丙氨酸、甘氨酸、高丝氨酸、葡萄糖、磷酸肌酸含量较低，提示氨基酸代谢水平低及能量代谢异常可能是气虚证的生物标志之一；痰阻心脉证组中的葡萄糖含量比气滞血瘀证组高，说明痰浊证组比气滞血瘀证组存在更严重的糖代谢紊乱。 简维雄等[16]采用气相色谱-质谱联用仪检测冠心病病人心血瘀阻证组和冠心病非心血瘀阻证组及健康对照组血浆代谢产物，得到花生四烯酸、硬脂酸、乳酸、尿素、柠檬酸、β羟基丁酸、油酸、葡萄糖、丙氨酸为冠心病心血瘀阻证病人的血浆代谢产物谱。郑景辉等[17]通过对冠心病心血瘀阻证病人代谢组学的通路分析，发现心血瘀阻证病人糖酵解和异生，丙酸代谢，脂肪酸生物合成通路参与其病理过程。朱萱萱等[18-19]对痰阻心脉和气阴两虚型冠心病病人血浆中小分子化合物进行全面检测，发现琥珀酸、硬脂酸、色氨酸、3-羟基丁酸水平在两种证型间有显著差异，进一步对健康人以及冠心病痰阻心脉、气阴两虚、气虚血瘀及气滞血瘀4种证型的病人血浆进行代谢组学分析，考虑到性别差异，对男、女分别进行数据处理，发现男性病人中气虚血瘀型和痰阻心脉型可明显区分开来，女性病人中气虚血瘀型、痰阻心脉型和气阴两虚型冠心病病人间可明显区分开来。程鹏等[20]采用气相色谱-质谱联用仪测定冠心病痰凝心脉证和心气虚弱证病人血清内源性代谢物，通过对血浆代谢物的定性、定量分析，发现两种证型可以被丝氨酸、缬氨酸、2羟基丙酸有效区分开。魏星等[21]采用气相色谱/质谱联用技术分析冠心病血瘀证组和非血瘀证组及健康人的血液代谢物，血浆GS-MS代谢图谱能有效地从健康人中区分出冠心病病人，对两者分离贡献较大的是L-缬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、L-丝氨酸，而冠心病血瘀证组和非血瘀证组有明显分离趋势，其中胆固醇和木糖醇含量的差异有统计学意义(P<0.05)。

2.2.2 基于核磁共振技术对冠心病中医辨证分型的研究 王娟等[22]利用磁共振波谱代谢学方法研究冠心病不稳定型心绞痛血瘀证病人和健康志愿者尿液代谢物的变化，发现冠心病病人和健康人的代谢产物存在差异，且代谢化合物在性别之间也存在差异，冠心病不稳定型心绞痛血瘀证病人尿液样品中柠檬酸、脯氨酸、异亮氨酸、牛磺酸等代谢物的改变可能是其代谢的特异标志物。张红栓等[23-24]采用氢核磁共振(1H NMR)的方法对冠心病痰浊证、血瘀证病人血浆和尿液分别进行代谢组学分析，发现两组血浆代谢物有明显差异，痰浊证组乳酸含量较高，血瘀证组丙氨酸含量较高，而两组尿液样本之间的氢核磁共振代谢谱及代谢物含量亦存在明显差异。华何与等[25-26]采用氢核磁共振的方法对冠心病心绞痛三种血瘀证型(心血瘀阻、气滞血瘀、气虚血瘀)病人的血浆进行代谢组学分析，发现气虚血瘀证与其他两组相比有很大差异，而心血瘀阻证与气滞血瘀证组两者的代谢产物差异不明显。用相同的方法对冠心病不稳定型心绞痛痰浊痹阻证和气虚血瘀证病人的血清样本作分析，得到两证型的氢核磁共振代谢谱及代谢物含量存在差异，提示利用代谢组学能找到两组间代谢的特异性标志物，在一定程度上能区别不稳定性心绞痛的两种证型。史琦等[27-28]通过氢核磁共振检测冠心病气虚证和非气虚证病人以及健康人血浆代谢产物，得到气虚证的特征性代谢产物包括乙酰谷氨酸、赖氨酸、缬氨酸和肉碱，实现了对冠心病气虚证的有效识别。同样的方法检测冠心病血瘀证和非血瘀证病人血浆代谢产物，得到血瘀证的特征性代谢产物包括缬氨酸和丙酮。

此外，冠心病中医证型除上述典型证型外，在临床实践中发现，一部分病人在发病整个过程存在顽固的足凉或手足凉，此即先天伏寒证。魏岩等[29]利用核磁共振技术开展冠心病心绞痛先天伏寒兼心血瘀阻证病人血液的代谢组学研究，发现冠心病心绞痛先天伏寒兼心血瘀阻证、非先天伏寒兼心血瘀阻证病人的血清代谢物可以被分开，两组代谢产物存在明显差异，两组间存在明显能量代谢、糖代谢、脂代谢、氨基酸代谢方面的异常。

3 结 语

代谢组学在冠心病中医辨证客观化研究的相关工作，为冠心病中医证候实质深入研究奠定了重要基础。同时，代谢组技术广泛用于中医药其他领域，如中医藏象的研究、中医体质的研究、中医治未病理论的研究、中药复方的干预研究等等[30]。不可否认，由于代谢组学与中医基本理论和诊疗思维有异曲同工之处，因此该方法为研究复杂的中医理论和中医药的现代化提供了新的思路和研究平台。代谢组学技术在中医药发展的前期被广泛看好，但代谢组学的发展并不是一帆风顺的，它也面临着许多质疑和挑战[31]。人类疾病的代谢过程复杂多样，且结果受多种因素影响，目前开展的研究大多基于小样本的研究，缺乏大样本的试验；代谢产物信息量大，数据庞大，具有多元性和复杂性，现有统计分析很难全面解释清楚；缺乏完整的代谢产物数据库，生物标志物的结构鉴定目前仍是难点。因此代谢组学在中医药的发展，一方面是要对代谢组学分析工具、统计方法的完善或进步，另一方面也离不开中医基础理论的支持，必须把中医药学传统理论与现代生命科学的新理论和新技术结合起来，引入系统生物学的思路和方法，阐明疾病中医辨证的本质，这样的结合将是一个极富创造性的过程，并可能是引领中医药现代化的重要之举。

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(本文编辑王雅洁)

基础项目：国家自然科学基金面上次目(No.81373625)，国家自然科学基金青年科学基金项目(No.81303104)

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周华， E-mail：574872418@qq.com

R541.4 R256.2

A

10.3969/j.issn.1672-1349.2016.15.013

1672-1349(2016)15-1738-04

2015-09-16)