代谢组学在中医药抗抑郁研究中的应用进展＊

王雪雪，陶柱萍，厉 颖，张成桂，2，韦桂宁，刘卫红，高鹏飞，2，5＊＊

（1. 大理大学药学与化学学院 大理 671000；2. 云南省昆虫生物医药研发重点实验室 大理 671000；3. 广西中医药研究院药理所 南宁 530022；4. 大理大学农学与生物科学学院 大理 671000；5. 药用特种昆虫开发国家地方联合工程研究中心 大理 671000）

抑郁是一种常见的高风险精神疾病，以心境低落为主要临床症状。研究表明，抑郁具有高复发率、高致残率和高发病率的特点，同时还增加了其他常见复杂疾病的发病率，严重影响人们的生活质量[1-2]。临床上抗抑郁化学合成药起效快、疗效好，但副作用较为明显；在寻找疗效好、毒性低的新型抗抑郁药的过程中，中医药抗抑郁成为近年来研究热点[3]。

代谢物的含量变化是生物体对基因改变、疾病或环境影响的最终应答，代谢组学是对生物系统内所有内源性低分子量代谢物（< 1500 Da）含量进行整体分析，通过建立代谢物含量变化与生物表型变化之间的直接关系，确定研究对象的生理学或病理生理学终点[4-5]，这适合于中医药“多组分、多靶点、整体调节”特点的研究。代谢组学已被广泛应用到脑部疾病研究中，在抑郁研究中，可通过脑组织及生物体液中代谢物含量的动态变化规律，直接反映脑部的病理变化趋势及药物干预效果[6-7]；有研究表明抑郁患者体内的代谢产物在临床症状出现以前，可能已经发生改变[8-10]。

1 代谢组学简介

1.1 代谢组学技术平台

核磁共振谱（NMR）和质谱（MS）是目前常用的代谢组学技术。NMR 具有样品制备简单，不需要电离或衍生、无损性、无偏倚、易于量化、能获得丰富的信息等优势；它还适合于通过固态核磁共振（ssNMR）魔角自旋（MAS-NMR）来研究完整的组织、器官和其他固体或半固态样品；但NMR 也存在设备成本、维护费用高等缺点[11-12]。MS 具有高灵敏度、高特异性、高通量的优点，可以检测和识别未知的化合物，并对所识别的组分进行确认和定量；但其存在样品制备较复杂、成本高、捕捉信息量较少等不足[13]。

代谢组学技术平台的发展趋势，是多种技术的联合应用，例如气相色谱法与MS 联用（GC-MS）、液相色谱法与MS 联用（LC-MS）、超高效液相色谱法与MS 联用（UPLC-MS）、超高效液相色谱-四极飞行时间-质谱（UPLC-QTOF-MS）、NMR 与UPLC-QTOF-MS[14]或UPLC-MS/MS[15]联用，这不仅互补不足，还可进行整合及验证分析，提高数据的准确性。

1.2 代谢组学分析流程

代谢组学分析流程包括：（1）样品的采集与制备；（2）代谢物的分离与检测；（3）数据处理；（4）生化解释。其中，数据处理与生化解释为整个操作步骤中的关键环节。

数据处理：利用模式识别技术等化学计量学方法对数据进行降维和信息挖掘。模式识别技术是常用的方法，它包括非监督和有监督的模式识别方法[11]：非监督的主成分分析（PCA）方法及有监督的偏最小二乘法-判别分析（PLS-DA）、正交偏最小二乘法判别分析（OPLS-DA）等。在数据处理的各阶段，模型的质量及有效性验证尤为重要。模型验证主要分为内部验证（交叉验证）及外部验证（排列试验、交叉验证的方差分析）两种方法。

生化解释：检测结果经数据分析后，需根据代谢组学数据库及网络等资源，确定代谢物的化学结构，了解代谢物的生物功能，进而分析其可能的代谢通路及网络路径。目前常用的代谢组学数据库有：人类代谢 组 数 据 库（Human Metabolome Database，HMDB，www.hmdb.ca）、METLIN 代谢组学数据库（https://metlin.scripps.edu）、京都基因和基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG，http://www.genome.jp/kegg/）等；常用网络分析资源包括独创性路径分析（IPA）、LIPID MAPS-Nature Lipidomics Gateway、MetaboAnalyst、MetaMap等[3,8,11]。

2 应用代谢组学研究的部分抗抑郁中药

本研究通过检索PubMed、CNKI数据库，从研究对象与样品、研究技术和抗抑郁中药作用机制等方面，初步总结了近年来代谢组学在中药抗抑郁研究中的部分文献，为相关研究提供一定参考（见表1）。

2.1 研究对象与样品

研究对象：分为临床抑郁患者和实验动物模型两种。实验动物模型有CUMS 模型、CVS 模型、VD 抑郁模型、CORT 诱导模型及LPS 诱导模型等。抑郁研究中常用的实验动物类型有：Spragu-Dawley大鼠、Wistar大鼠；C57BL/6J小鼠、ICR小鼠等。

样品类型：尿液、血清或血浆、肝脏及脑组织等是抑郁研究中常用的生物样本。

2.2 与代谢组学联用的常规研究技术

常规研究技术主要有：行为学指标测试，例如强迫游泳实验（FST）、尾吊实验（TST）、旷场实验（OFT）、蔗糖偏好实验（SPT）等[15-16]；生化指标检测，如海马组织中NE、5-HT、脑源性神经营养因子（BDNF）含量等[18]及血清中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-6（IL-6）和皮质酮（CORT）等[19,21]；蛋白印迹法[15]；qRTPCR技术[33]等。

2.3 与代谢组学联用的交叉学科和新技术

2.3.1 肠道菌群

有研究显示，肠道菌群与抑郁发生关系密切[42]。临床研究表明，抑郁患者出现肠道微生物群紊乱，包括代谢物的浓度变化，如三甲胺、二甲胺和二甲甘氨酸等[31]。LIU 等[31]观察到，逍遥散可调节抑郁患者血浆中，参与肠道菌群代谢的相关差异代谢物含量，使其趋于正常；通过建立代谢物与肠道菌群之间的联系，揭示了抑郁的发生与肠道微生物代谢紊乱有关，提示调节肠道微生物紊乱可能中医药抗抑郁的部分作用机制。

2.3.2 免疫

有神经影像学研究显示，免疫代谢失调的标记物与海马体积成反比关系，而这一区域与多种精神疾病的病理生理学密切相关[43]。有研究报道[15]，甘氨酸与缺血细胞的保护及免疫功能的改善有关，丙氨酸在淋巴细胞再生和免疫过程中起着至关重要的作用。GONG 等[15]基于代谢组学技术发现，当归提取物能够恢复CUMS引起的大鼠血清中丙氨酸和甘氨酸的异常变化，表明其药理作用与减轻免疫功能受损密切相关。这从代谢组学层面揭示，增强免疫功能可能是中医药抗抑郁的治疗靶点。

2.4 抗抑郁中药药效生物标记物（抑郁生物标记物）及其作用机制研究进展

中药的药效物质基础及作用机制研究过程十分复杂，许多抗抑郁中药的药理机制尚未阐明。与传统研究方法相比，代谢组学通过检测生物液体或组织样本中小分子代谢物，反映这些小分子代谢物在治疗的过程中的整体水平，并从中筛选和鉴定出特异性生物标记物，揭示中药作用的相关代谢途径，从而深入研究抑郁的发生发展规律，同时进一步探索中药的作用机制。

表1 应用代谢组学研究的部分抗抑郁中药

抑郁的复发性高、初期临床特征不明显，且极易与焦虑症、双向情感障碍、精神分裂症等疾病混淆，如何做到抑郁临床的精准诊疗是重点问题。筛选和鉴定出的特异性抗抑郁中药药效生物标记物，同时也可作为抑郁生物标记物，为抑郁的早期诊断及疗效评价提供参考。

本研究总结了基于代谢组学研究方法得到的潜在抗抑郁中药药效生物标记物（抑郁生物标记物），详见表2。

通过总结文献发现，抗抑郁中药的作用机制与调节机体内差异性代谢物含量密切相关。文献中出现频率等于或大于3次（≥3）的差异性代谢物有15种，与正常组比较，模型组或抑郁患者体内的丙氨酸、乳酸、甘氨酸、络氨酸、马尿酸盐、脂质、泛酸等代谢的含量增加；色氨酸、谷氨酸、缬氨酸、肌氨酸酐、NAA、异亮氨酸、胆碱、柠檬酸的含量降低；文献中出现2 次的差异性代谢物有14 种，即硬脂酸、二甲胺、尿囊素、花生四烯酸、苯丙酮酸、LysoPC 的含量升高，琥珀酸盐、丙酮酸盐、肌酸、次黄嘌呤、烟酰胺、二羟喹啉甲酸、甜菜碱、植物鞘氨醇含量降低。结果提示，这29 种差异性代谢物可作为潜在的抗抑郁中药药效生物标记物；同时也可将其作为潜在的的抑郁生物标记物，用于抑郁的诊断及治疗。

表2 抑郁生物标记物总结

经相关代谢路径分析表明，中药主要通过调控参与氨基酸代谢、能量代谢、TCA 循环、糖代谢、脂质代谢、肠道菌群代谢等一种或多种代谢途径的差异性代谢物，使其趋于正常水平，从而发挥抗抑郁疗效。

3 中药的抗抑郁机制研究和药效评价

3.1 单味中药提取物

3.1.1 京尼平

DU 等[16]探讨了京尼平对CUMS 应激大鼠的抗抑郁作用。血清及尿液代谢组学发现，京尼平可显著逆转应激引起的血清中氧化三甲胺（TMAO）和β-羟丁酸（β-HB）减少，脂类、乳酸、丙氨酸和N-乙酰糖蛋白增加及尿液中肌酐和甜菜碱的下降，柠檬酸盐、三甲胺和二甲胺的增加，使得这些差异性代谢物浓度恢复至接近正常水平。实验结果表明，京尼平具有明显的抗抑郁疗效，其作用机制可能与调节涉及上述差异性代谢物的肠道微生物、能量代谢和糖代谢紊乱有关，这一抗抑郁效果也在行为学实验中得到了证实，如增加体重及糖水摄入量，提高大鼠自主活动性。

3.1.2 淫羊藿苷

GONG 等[18]探讨了淫羊藿苷在CORT 诱导大鼠抑郁中的抗抑郁活性。在血清、尿液及脑组织代谢谱中，分别发现9种、5种和3种代谢差异物，除血清中异亮氨酸、尿液中牛磺酸外，其余代谢物均可被淫羊藿苷回调接近于正常水平。这些差异性代谢物主要涉及能量代谢、脂代谢、氨基酸代谢和肠道微生物代谢，表明淫羊藿苷可能通过调节紊乱的代谢途径，逆转CORT 所致抑郁的病理过程。同时，淫羊藿苷还可显著增加海马中BDNF含量，改善大鼠抑郁症状，这些结果与代谢组学结果均可相互佐证。

3.1.3 延胡索生物碱（YHTA）

WU 等[3]探索了YHTA 抗抑郁作用。通过血浆代谢谱分析，CUMS 大鼠血浆中共鉴定出13 种代谢差异物：肌醇、甘油、甘氨酸等。YHTA 给药后，这些差异代谢物水平均有恢复正常的趋势，与阳性药作用相似，提示YHTA可能通过调控氨基酸代谢、糖代谢、脂质代谢和TCA 循环紊乱，实现抗抑郁作用。这一结果与行为学检测结果相一致，如YHTA 改善了由于应激引起的FST 不动时间明显增加，蔗糖摄入量及体重降低等抑郁样症状。

3.1.4 桔梗叶甲醇提取物（HPF）

WANG 等[19]研究了HPF 对LPS诱导抑郁小鼠的影响。血清及海马代谢谱图分析显示，抑郁小鼠模型中分别鉴定出21 和11 种差异代谢物，涉及脂质代谢、氨基酸代谢、能量代谢、花生四烯酸代谢、谷胱甘肽代谢和磷酸肌醇代谢；HPF 干预后，可显著恢复参与这些代谢通路的部分代谢物水平。这些结果与行为学指标检测及生化指标结果相吻合，如HPF 显著提高蔗糖摄入量、体质重等，降低血清中促炎细胞因子TNF-α和IL-6水平等。

3.1.5 当归乙醇提取物（AS）

GONG 等[15]探讨了AS对CUMS诱发抑郁大鼠的治疗作用。血清代谢谱分析显示，AS 可调控组氨酸、葡萄糖、甘氨酸等26 种差异代谢物含量，使其有恢复正常的趋势。此外，AS 还可恢复小鼠血液学异常的现象，如调节血液中红细胞、血小板数、红细胞分布宽度等水平，与代谢组学结果一致。这些结果表明，AS 的抗抑郁作用机制可能与调节参与促进机体能量代谢和血清蛋白质合成、稳定细胞膜、增强免疫功能及血液系统等相关代谢物含量有关。

3.2 中药药对

DU 等[20]探究知母与百合药对（ZB）对大鼠CUMS抑郁模型是否有协同治疗作用。血清代谢谱显示，氨基酸代谢（谷氨酸、缬氨酸、色氨酸等）、能量代谢（L-肉毒碱、丙酰肉碱、乙酰肉碱）及其他如胆酸、鞘氨醇等30 种代谢物在模型组大鼠血清中异常改变；其中，22 种差异性代谢物在ZB 给药后恢复趋于正常。结果提示，ZB 抗抑郁作用机制与调节氨基酸代谢、胆汁酸代谢、脂代谢和鞘脂代谢代谢、能量代谢等相关。

3.3 中药方剂

3.3.1 小柴胡汤（XCHT）

XIONG 等[22]研究了XCHT 对CUMS 诱发抑郁大鼠的改善作用。尿液代谢组学分析显示，XCHT 可显著上调肌酐、柠檬酸盐和硫酸吲哚，下调马尿酸盐、苯乙尿酸等6 种代谢物水平，提示XCHT 对抑郁的治疗作用可能与调节氨基酸和脂质代谢紊乱、抑制氧化应激和炎症反应有关。行为学实验结果表明，XCHT 可显著逆转CUMS 引起蔗糖摄入量和摄食量的减少，改善大鼠抑郁样行为，与代谢组学结果一致。

3.3.2 半夏厚朴汤（BHD）

MA 等[23]探索了BHD 的抗抑郁作用。脑组织代谢组学结果显示，与CUMS 模型组相比，BHD 对涉及氨基酸、有机酸和脂肪酸代谢的8 种受干扰的内源性代谢物有明显调节作用，包括升高谷氨酸和8，9-环氧二十碳三烯酸水平，降低山嵛酸、硬脂酸和甘氨酸等。研究提示，恢复代谢途径紊乱可能是BHD 发挥抗抑郁作用的主要原因之一。在行为学相关研究中发现，BHD 可明显缩减大鼠FST 中的不动时间，增加蔗糖摄入量，缓解大鼠抑郁症状，与上述代谢组学研究结果相互佐证。

3.3.3 逍遥散（XYS）

LIU 等[32]研究了XYS 对抑郁患者的影响。血浆代谢组学分析显示，相比于健康者，抑郁患者血浆草酸和硬脂酸水平显著升高，而缬氨酸和尿素水平显著下降；XYS 通过调节乙醛酸和二羧酸代谢功能失调（草酸）、脂肪酸生物合成（硬脂酸）、缬氨酸与亮氨酸、异亮氨酸生物合成（缬氨酸）、精氨酸和脯氨酸代谢（尿素）等代谢物的变化发挥抗抑郁疗效，并提示草酸和硬脂酸的结合可能成为未来抑郁诊断候选标志物。

3.3.4 柴胡疏肝散（CHSGS）

CHANG 等[14]探 究 白 芍（QBS）在 柴 胡 疏 肝 散（CHSGS）抗抑郁中的作用。尿液代谢谱发现的46 种差异代谢产物中，有20种与行为实验中观察到的蔗糖消耗量有显著相关性，并被认为是评价CSGS 抗抑郁作用的疗效标志物。实验进一步证明，QBS 能够改善在CUMS 引起的抑郁中6 种差异代谢物（谷氨酸、乙酰乙酸、肌酐、黄嘌呤酸、犬尿喹啉和N-乙酰羟色胺）的代谢紊乱，研究提示QBS 在抗抑郁作用中起着不可或缺的作用，并通过指纹图谱明确QBS 的有效成分为芍药苷、白芍苷、异麦芽牡丹苷和苯甲酰芍药苷。

JIA 等[33]应用肝脏靶向代谢组学结合qRT-PCR 技术探究CHSGS 对肝损伤相关抑郁的保护作用。通过肝脏代谢谱分析，CHSGS 可使油酸、甘油磷胆碱、肉毒碱等多种由CUMS引起差异代谢物水平正常化。研究揭示，CHSGS 对小鼠肝脏的保护作用不仅与调节肝脏代谢（磷脂代谢和胆汁酸合成等）有关，也与抑制肝细胞凋亡关系密切。

3.4 中成药

3.4.1 养心氏片（YXST）

DU等[38]探究YXST对小鼠血管性抑郁模型的抗抑郁作用。通过对脑组织中海马的代谢组学分析发现，模型组中38 种代谢物发生了显著性变化；YXST 给药后，可将其中的23 种差异代谢物逆转接近于正常水平，提示YXST 可能通过调节氨基酸和能量代谢等多种代谢途径，保护小鼠免受血管抑制性损伤，发挥抗抑郁作用。行为学实验与生化检测显示，YXST 可明显上调海马中NE、DA 及5-HT 的含量，减轻小鼠抑郁症状，这与代谢组学结果相符。

3.4.2 银杏内酯注射液（DGMI）

LANG 等[38]以文拉法辛（抗抑郁药）为阳性对照药物探讨了DGMI 的抗抑郁作用和机理。在SPT 和TST实验中观察到，DMGI 给药后产生与阳性药类似的抗抑郁样作用。通过分析小鼠脑组织中海马代谢谱图，发现腹腔注射DGMI，可显著改变磷酸盐、甘氨酸、乙醇胺和肌苷等18 种差异代谢物水平，其中10 种代谢物的调节作用与阳性药一致，这些生化变化包括神经递质代谢、氧化应激、谷胱甘肽代谢、脂质代谢、能量代谢等。研究结果提示，DMGI 抗抑郁作用与调节多个代谢通路紊乱有关。

3.5 其他

3.5.1 沙棘籽油

TIAN 等[41]探索沙棘籽油抗抑郁作用。尿液代谢谱图分析显示，CUMS 抑郁大鼠尿液中庚二酸和棕榈酸含量明显减少，辛二酸、柠檬酸、邻苯二甲酸、肉桂酸和5-羟甲基-2-呋喃甲酸（sumiki's acid）显著增高；沙棘籽油给药后，可使这些差异代谢物水平恢复至接近正常；这些差异代谢物分别参与了能量代谢、神经递质合成以及脂肪酸代谢等代谢过程，提示沙棘籽油对大鼠的抗抑郁作用可能与调节这些代谢途径有关。

3.5.2 圣约翰草提取物（St John’s Wort，SJ）

WANG 等[42]通过SJ、人参皂甙（GS）和丙咪嗪（CPM）的药效对比，探讨了SJ 抗抑郁的作用机制。大鼠血清、尿液和脑组织代谢谱分析显示，SJ 主要抑制单胺类神经递质代谢产物的变化，如下调血清、尿液和脑组织中酪氨酸和苯丙氨酸水平，上调尿液中5-HIAA 含量，与CPM 效果相似；而GS 对与兴奋性/抑制性氨基酸和单胺类神经递质代谢物均有影响，且比SJ和CPM 更能减轻应激引起的大鼠大脑和外周代谢产物的变化。该实验首次从代谢组学层面阐明SJ 抗抑郁作用与调节单胺类神经递质代谢产物相关。

4 小结与展望

基于代谢组学的中医药抗抑郁研究显示，多种中药有抗抑郁疗效，其作用机制可能与调节抑郁患者或抑郁动物体内的差异性代谢物有关。通过分析总结的抗抑郁中药药效生物标记物有丙氨酸、乳酸、甘氨酸等29种差异性代谢物，这些物质亦可作为潜在的抑郁生物标记物，用于抑郁的早期诊断与治疗等。相关代谢路径分析表明，中药调控的差异性代谢物，主要涉及氨基酸代谢、能量代谢、TCA 循环、脂质代谢、肠道菌群代谢、糖代谢等一个或多个代谢途径，从而发挥抗抑郁功能。这些研究结果不仅从代谢组学层面验证了抗抑郁中医药“多机制协同作用”的特点，同时也完善了中医药的抗抑郁机制。

代谢组学在中医药抗抑郁研究中，仍存在一些亟待解决的问题：一，中药的成分复杂，药效标志物的筛选具有一定的挑战性；二，多数研究集中在中药粗提取物层面，尚未揭示中药抗抑郁活性单体成分；三，现有的研究多数只针对某一时间点机体静态的代谢状态，存在一定的局限性；四，基于代谢组学研究，文献报道的与中药抗抑郁相关的差异性代谢物数量很多，但有些代谢物在不同研究报道中的变化趋势不一致，例如：N-乙酰天冬氨酸，有个别文献报道在大鼠尿液中的含量升高[14]，与多数文献报道不一致；柠檬酸盐，不同文献报道的大鼠尿液样品中的NMR[16]与UPLCMS[22,25]的检测结果相反。研究对象、造模方法、检测样本类别或数量、研究技术等的不同，可能是导致这些结果差异的原因。

未来代谢组学在中医药抗抑郁研究中，可从以下几个方面深入探讨：

其一，中医药抗抑郁的实验对象，可考虑更多地偏向于临床患者；同时考虑将在动物实验中发现的具有抗抑郁功效的中药，尽快的应用于临床研究。

其二，可考虑引入动态的、多种生物样本的代谢组学研究；多种代谢组学技术联合应用；代谢组学结果与常规研究技术及其他新技术相互佐证等，提高数据的一致性与可靠性；此外，可应用循证医学，采用Meta 分析等手段，对潜在的抑郁生物标记物进行临床验证。

其三，目前发现有抗抑郁功效的中药品种多达数十种，其中一些品种已被应用于临床抗抑郁治疗，但药理机制研究有待深入[44-45]；可考虑应用代谢组学技术，优先深入探索并完善这些潜在抗抑郁中药的药理机制。

其四，研究表明，传统中医疗法治疗抑郁，例如辩证论治[46]、针刺、艾灸结合穴位[47-49]等，具有疗效明显、毒副作用小、起效快和复发率低等优点，但具体作用机理尚未完全明确；目前已有基于代谢组学技术，探讨针刺治疗神经退行性疾病作用机制的研究[50]；今后可考虑采用代谢组学技术，深入探究上述传统中医疗法的抗抑郁作用机制，推进中医药抗抑郁的研究进展。