基于中医方证代谢组学的中医证候精准诊断及方剂疗效精准评价＊

王喜军，张爱华，孙 晖，闫广利

（黑龙江中医药大学国家中医方证代谢组学研究中心 哈尔滨 150040）

基于中医方证代谢组学的中医证候精准诊断及方剂疗效精准评价＊

王喜军＊＊，张爱华，孙 晖，闫广利

（黑龙江中医药大学国家中医方证代谢组学研究中心 哈尔滨 150040）

中医方证代谢组学（Chinmedomics）是近年来兴起的新兴学科，它整合了系统生物学与中药血清药物化学的理论及技术，形成了鉴定证候生物标记物，建立方剂有效性评价体系，并发现药效物质基础的应用科学。中医方证代谢组学的理论及方法有助于实现建立中国式精准医学模式，有助于进一步提升中医药研发的原始创新能力。

中医方证代谢组学 证候 方剂 有效性 生物标记物

中医方证代谢组学（Chinmedomics）是近年来兴起的新兴学科，它整合了系统生物学与中药血清药物化学的理论及技术，形成了鉴定证候生物标记物，建立方剂有效性评价体系，并发现药效物质基础的应用科学[1]。中医方证代谢组学是以证候为切入点，以方剂为研究对象，利用代谢组学技术发现并鉴定证候的生物标记物，以证候生物标记物为参数评价方剂的整体疗效；在有效的状态下，利用中药血清药物化学分析鉴定有效状态下方剂体内直接作用物质的显效形式；进而将证候生物标记物与方剂体内显效成分相关联，发现与生物标记物轨迹变化高度关联的体内成分，从而鉴定表达方剂临床疗效的药效物质基础，进而阐明中药有效性及其作用机制等科学问题[2]。目前，“中医方证代谢组学”被国内外生命科学领域广泛接受。该理论和方法的出现，搭建了中医学与现代医学科学沟通的语言桥梁，尤其是证候生物标记物的发现，为证候的精准诊断及方剂有效性的精准评价开辟了有效途径。

1 中医方证代谢组学理论形成的科学背景及发展

健康模式及疾病谱的变化给现代医学研究提出众多新的命题，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，个体化的精准诊断及治疗又对现代医学提出了新的挑战。中医辨证施治是建立在对证候特征认知基础上的个体化诊疗过程，蕴含着精准医学的原始思维，体现了精准治疗医学的理念[3，4]。辨证论治以动态、个体化诊疗方式治疗疾病，正是精准医学个体化治疗的杰出典范。中医方剂配伍的协同增效联合干预措施，以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问题方面积累了大量有价值的临床经验，具有鲜明的特色和优势。中药的有效性是中医治疗优势的根本体现。如何建立一种能够科学阐释中药有效性的生物学语言，是建立起中医学与现代医学科学沟通的桥梁，也是发挥中医药在治疗复杂性疾病及个体化精准治疗方面优势的前提。

有效性是中医药生存发展的关键，方剂有效性精准评价是挖掘和揭示中医药治疗优势的前提，而有效性精准评价与证候和方剂两大中医学关键科学问题直接相关[5]。然而，中医证候的模糊性及中药方剂的复杂性极大地限制了方剂的有效性评价及药效物质基础的确认；现行有限的病理及临床化学指标难以体现方剂治疗复杂性疾病的整体作用特点。只有对中医证候状态的“精准”辨识，对中药方剂的“精准”认识，以及基于有效状态“精准”地评价疗效，才能实现中医方剂的精准治疗。由此，在揭示证侯生物标记物的前提下，建立方剂疗效精准评价体系，是评价中药的有效性及发现方剂药效物质基础的必然要求[6]。基于上述思考，90年代初笔者开始进行了一系列相关的理论及方法研究，并率先提出了从口服方剂后的含药血清中分离鉴定中药药效物质基础的思路和研究设计，建立了中药血清药物化学的理论及方法体系[7]，为发现中药药效物质基础，解决中药有效性及安全性等质量问题提供了方法学支撑。本世纪初又将代谢组学技术引入证候生物学实质研究[8]，并将其与中药血清药物化学有机整合，利用代谢组学技术揭示证候的精确生物标记物，利用血清药物化学方法发现有效状态下方剂的体内直接作用物质的显效形式；在方剂疗效精准评价的基础上将内源性证候的生物标记物与外源性方剂显效成分相关联，挖掘与证候标记物轨迹变化高度关联的药物成分，发现并确定中药药效物质基础及有效性机制的科学内涵；在大量研究实践基础上，形成了阐释中药有效性的理论及方法体系——中医方证代谢组学[2]。

中医方证代谢组学的英文定义为Chinmedomics，Chinmedomics的学术思想、策略内涵及研究方法于2011年底发表在Omics杂志发表[9]；英文版专著《Chinmedomics》已由Elsevier出版[10]。近5年相继在Hepatology、Mol Cell Proteomics、Mass Spectrom Rev等国际知名刊物发表160余篇SCI收录论文，被Lancet、Nat Rev Drug Discov、Chem Soc Rev等国际著名期刊正面引用4 500余次；其中18篇被Thomson Reuters评选为“ESI全球高被引论文”；28篇被美国BioMedLib评选为相关研究领域最佳论文；1篇被英国皇家化学学会RSC评为领域前“Top 1%”高被引论文；《茵陈蒿汤体内直接作用物质与代谢轮廓及生物标记物的关联性研究》发表后被国际权威机构“Faculty of 1000 Medicine千名医学家”特别推荐为“F1000论文”，认为在本领域具有特殊重要意义（原文评价为：special significance in its field）＊http：//f1000.com/prime/717973390。目前，中医方证代谢组学被国内外广泛接受并引用，2015年底，Nature杂志评论认为该理论搭建了中医学与现代医学科学沟通的语言桥梁[11]，对于深入认识中医药的有效性及其作用机理，提升中医临床经验的社会价值，推动中医药学术进步及新医学理论形成具有重要意义。

2 中医方证代谢组学与证候的精准诊断

精准诊断是提高中医临床疗效的关键。临床上中医证候诊断均以症状、体征、舌象、脉象等一系证候要素为依据，但是缺乏客观规范的标准，或常因个人经验水平不同而使辨证结果不一致，对病的证候分型也缺乏统一规范，导致了证候诊断的模糊性及难重复的属性。目前生命科学研究已进入了组学时代，生物标志物已成为精准诊断的主要依据，是连接精准医学基础研究与临床诊疗的桥梁[12-15]。应用中医证候/病的精确生物标志物可以实现证候精准诊断与精准用药，并实现中药疗效的客观化的评价。应用证候/病生物标志物可以评价中医证候发生、发展、分型、治法、方药，把精准医学的理念渗透到传统中医诊疗的全过程，也可实现从被动治疗到主动精准预防的突破。中医方证代谢组学的研究核心是以典型证候/病患者群或相关模型动物的体液（尿液、血液、唾液等）为样本，以液质联用技术对血清及尿液样品的小分子代谢产物进行无歧视分析，建立各证候/病患者群的代谢轮廓、代谢指纹，并鉴定各证候的代谢生物标记物，对标记物再进行精准定量，确定证候标记物量变区间；分析揭示证候或模型动物的代谢轮廓及代谢标记物；以代谢轮廓宏观表征证候/病/模型动物的整体特征，以代谢标记物的质与量变化微观表达证候/病/模型动物的精细特征，利用标记物定量范围进行证候精准诊断；并通过生物标记物的关键代谢酶/代谢径路阐释证候/病的生物学机制。代表性工作是中医黄疸证（阳黄证）的生物标记物研究，利用代谢组学鉴定阳黄证生物标记物40个，并揭示阳黄证相关的代谢径路及相关蛋白[16]。该项工作首次系统阐释了中医证的生物标记物及症候的发病机制。此后，相继完成了肝郁脾虚证、心阳虚证等中医证候[17，18]，以及高脂血症、肝癌、酒精肝、肥胖等疾病的生物标记物研究[19-21]。

3 中医方证代谢组学与方剂疗效精准评价

方剂疗效精准评价是挖掘和揭示中医药治疗优势的前提。以证候/病/相关模型动物的代谢轮廓、代谢指纹及生物标记物作为方剂药效评价的依据，在疗效评价上结合症状、体征的变化以及疾病的生物学指标，建立基于代谢标记物的方剂药效临床精准评价体系。在此基础上，以临床证候生物标记物为靶点，通过生物标记物的功能分析，代谢径路及相关关键代谢酶为指导，并结合功能蛋白分析，整合相关证候的中医学病因病机，以相关的现代疾病模为基础，复制中医证候相关的动物模型，建立方剂药效精准的实验评价体系，并开展经方的有效性及其机制挖掘研究。方剂疗效精准评价是发现药效物质基础的前提。中医方证代谢组学为中药有效性评价提供了有效途径。利用中医方证代谢组学的方法，已开展黄疸证、肾阴虚、肾阳虚、心阳虚、实热证、心气虚、失眠症、消渴证、肝郁脾虚、气阴两虚证等，以及治疗上述相关病证的方剂茵陈蒿汤、茵陈四逆汤、六味地黄丸、知柏地黄丸、肾气丸、温心方、黄连解毒汤、酸枣仁汤、生脉饮等的整体疗效及药效物质基础[22-29]，并阐明了中药的有效性及复方配伍的科学意义。

4 证候精准诊断及方剂疗效与药效物质基础发现

90年代初，笔者提出并建立了从口服方剂后含药血清中发现药物体内直接作用物质的研究设计。然而，由于当时中医证候生物标记物没有得到有效阐释，方剂的疗效精准评价体系尚未建立，只是单纯分析体内成分及其动态，没能实现将体内成分和中药有效性相联系。本世纪初将代谢组学发现证候标记物轨迹分析与血清药物化学体内成分分析同时一体化在方剂显效状态下完成，将方剂体内成分与证候生物标记物相关联，根据关联度确定潜在药效物质基础[30]，由此，建立了血清中外源性中药成分与内源性生物标记物关联度分析（Plotting of Correlation Between Marker Metabolites and Serum Constituents，PCMS）方法，即将方剂显效状态下体内成分的经时变化规律与证候生物标记物在方剂作用下的动态变化规律相关联，挖掘影响证候标记物轨迹变化的体内直接作用物质，将其作为潜在药效物质基础进行生物学验证，从而确证表达临床疗效的体内药效物质基础，发现与临床疗效相关的药效成分。在此方面，完成了芍药甘草汤等14个方剂的体内有效成分的系统研究[31]。首先利用中医方证代谢组学研究方法聚焦发现与伤寒伤阴、肝脾不和证相关的原发性痛经发生发展相关的22个尿液生物标记物，包括：肌酸酐、亮氨酸-羟基脯氨酸、N-乙酰-L-丙氨酸、尿酸、N-乳酰乙醇胺、4，8-二羟基喹啉、4，6-二羟基喹啉、泛醌-1、d-脱硫生物素、异戊酰基葡萄糖苷酸、D-精氨酸、黄嘌呤核苷酸、异戊氨酰-缬氨酸、丁基嘧啶磷、磷酰胆碱、鞘氨醇、17-羟孕酮、雌激素葡萄糖苷酸、18-羟基皮质酮、前列腺素A1、前列腺素E2甲酯、L-尿胆素；主要涉及淀粉和蔗糖代谢、嘌呤代谢、甾类激素的生物合成、花生四烯酸代谢、磷酸戊糖代谢、D-精氨酸和D-鸟氨酸代谢、鞘脂类代谢、色氨酸代谢等途径。进而，在治疗有效的基础上，表征了芍药甘草汤治疗原发性痛经的血中移行成分，其中包括13个原型成分，主要是白芍苷、没食子酸、芹糖甘草苷、甘草素、甘草苷、苯甲酸芍药苷、芒柄花黄素、异甘草素、甘草酸、甘草香豆素、甘草异黄酮、甘草利酮、异甘草黄酮醇，以及2个代谢产物（芒柄花黄素葡糖甘酸、甘草素-4-O-葡糖苷酸）[32，33]。利用PCMS方法发现芍药甘草汤的主要药效物质基础是白芍苷、没食子酸、苯甲酸芍药苷及甘草酸，其通过调节N-乙酰-L-丙氨酸、肌酸酐、尿酸、亮氨酸-羟基脯氨酸、N-乳酰乙醇胺、4，6-二羟基喹啉等关键代谢标记物，影响磷脂酶A2、谷氨酰胺合成酶、卵磷脂胆固醇脂酰转移酶，通过解决花生四烯酸代谢、色氨酸代谢、磷酸戊糖代谢、嘌呤代谢障碍，阻止原发性痛经发生和发展的进程[6]。

5 小结

21世纪医学的发展，精准医学必将扮演重要的角色，在世界各国都已给予高度重视的情况下，我国必须抓住机遇，瞄准临床需求，尊重中医思维，以精准医学为理念，整合多学科知识，构建中医学精准诊断及疗效精准评价平台，提高中医临床疗效，更为中医学与现代医学科学交流和沟通提供有效途径。中医方证代谢组学是大数据时代精准医学的重要组成部分，已在中医证候精准诊断及方剂疗效精准评价等领域展开广泛应用。中医方证代谢组学在证候精准诊断及方剂疗效精准评价基础上，以精确生物标记物为桥梁，以体内显效成分为纽带，建立方剂疗效精准评价体系，揭示经典方剂与证候之间对应关系的生物学实质，实现临床相关证候的精准诊断及方

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Precision Diagnosis of Chinese Medicine Syndrome and Evaluation of Prescription Efficacy Based on Chinmedomics

Wang Xijun, Zhang Aihua, Sun Hui, Yan Guangli
(National Chinmedomics Research Center, Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin 150040, China)

Chinmedomics is a newly emerging discipline in recent years， integrating the theory and technology of system biology and serum pharmacochemistry of traditional Chinese medicine (TCM). It has formed and established the evaluation system for identifying the syndrome biomarkers and evaluating the effectiveness of prescriptions， and discovering the efficacy substances. The theory and method of chinmedomics is beneficial to establishing a Chinese-style precision medicine， and also helping further enhance the original innovation ability of TCM research and development.

Chinmedomics， syndrome， prescription， effectiveness， biomarker

10.11842/wst.2017.01.004

R285

A

（责任编辑：朱黎婷，责任译审：朱黎婷）

2017-01-11

修回日期：2017-01-11

＊ 国家自然科学基金委重点项目（81430093）：中药体内药效物质基础的系统分析方法学——中医方证代谢组学研究，负责人：王喜军；科学技术部“重大新药创制”国家科技重大专项（2015ZX09101043-011）：中药经典名方整合作用机制关键技术研究，负责人：王喜军。

＊＊ 通讯作者：王喜军，本刊副主编，教授，博士生导师，主要研究方向：中药血清药物化学及中医方证代谢组学研究。