代谢组学在中药抗肝纤维化研究中的进展

杨妮 徐建良 盛国光

[摘要] 代谢组学可通过对机体内小分子代谢物进行精准定性定量，分析代谢物与机体生理及病理相关变化的关系，揭示疾病本质及寻找疾病标志物。目前尚未发现治疗肝纤维化特异有效的西药，临床上使用中药及中成药治疗肝纤维化效果显著。近年来代谢组学技术发展迅速，为中药治疗肝纤维化领域的研究提供了新的技术平台。本文主要对近5年代谢组学在中医药治疗肝纤维化领域的研究进展进行综述。

[关键词] 肝纤维化;代谢组学;中药;生物标志物;研究进展

[中图分类号] R575          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）10（b）-0033-04

[Abstract] Metabolomics can reveal the nature of disease and look for disease markers through accurate qualitative and quantitative analysis of small molecular metabolites in the body， and analyze the relationship between metabolites and physiological and pathological changes. At present， no specific and effective Western medicine has been found in the treatment of liver fibrosis. The clinical use of traditional Chinese medicine and Chinese patent medicine has a significant effect on liver fibrosis. In recent years， metabolomics technology has developed rapidly， which provides a new technology platform for the research of traditional Chinese medicine treatment of liver fibrosis. This article mainly reviews the research progress of metabolomics in the treatment of liver fibrosis with traditional Chinese medicine in recent five years.

[Key words] Hepatic fibrosis; Metabolomics; Traditional Chinese medicine; Biomarker; Research progress

代謝组学[1]通过对生物体内源性小分子进行动态分析，可以更好地阐述肝纤维化相关病理过程，在肝病研究中具有重要意义。肝纤维化是多种原因引起的慢性肝损害所致的病理改变。许多慢性肝病，如慢性乙型肝炎、非酒精性脂肪性肝炎、自身免疫性肝炎等均以肝纤维化为共同病理特点及病理发生机制。肝纤维化继续进展会导致肝硬化、肝衰竭甚至肝癌等严重肝脏疾病，因此，对肝纤维化进行早期及时干预至关重要[2]。西医主要针对肝纤维化病因治疗，尚无特异有效的治疗药物。中草药针对肝纤维化发生机制多靶点、多环节共同作用可改善甚至逆转肝纤维化。从代谢组学角度研究肝纤维化有助于发现具有诊断价值的特殊标志物，对疾病治疗及新药研发具有重大意义，本文对这一领域的研究进行综述。

1 中药抗肝纤维化的应用

古今医家学者在漫长的临床实践探索、经验总结及近年来迅速发展的循证医学研究中，逐渐发现并形成具有抗肝纤维化作用的中药及其提取物、中成药和中药复方制剂等[3]。

1.1 中药提取物

丹参素是中药丹参的提取物，研究发现其能促进肝星状细胞的凋亡，可有效调节细胞外基质的降解并抑制血管生成调控因子的表达，抑制肝脏星状细胞的激活过程;同时能降低肝组织中p-MEK、p-ERK蛋白的表达水平，通过调节MEK/ERK信号通路发挥抗肝纤维化作用[4]。汉防己甲素[5]是分离自粉防己的一种生物碱成分，研究发现其可显著降低肝纤维化患者血清中透明质酸、层黏蛋白及Ⅳ型胶原等指标水平，减轻肝纤维化程度[6]。姜黄素能抑制转化生长因子-β1（TGF-β1）诱导后肝细胞抗波形丝蛋白及α-平滑肌肌动蛋白的表达，促进肝细胞自噬相关基因及蛋白（人自噬基因、LC3）的表达，提高肝细胞自噬水平，抑制肝细胞上皮间质转化进程，进而减缓肝纤维化的发生与发展[7]。金学琴等[8]研究发现，苦参素能明显下调大鼠肝组织中TGF-β1的表达，提示苦参素可能是通过抑制TGF-β1的表达来改善肝纤维化。

1.2 单味中药

贺佩等[9]发现，当归、黄芪、丹参、赤芍及其复方均有抗血吸虫病早期抗肝纤维化的效果，能抑制血吸虫肝病肝纤维化Ⅰ、Ⅲ型胶原蛋白的合成，抑制TGF-β1的表达。鳖甲性咸寒，具有滋阴潜阳、软坚散结的功效，近年来研究发现，鳖甲可能通过影响机体炎症环节起到抗肝纤维化作用，同时对肝星状细胞和细胞外基质具有调控作用[10]。

1.3 中药复方制剂

余华香等[11]研究发现，鳖甲煎丸联合恩替卡韦治疗乙肝肝纤维化患者的临床效果，给予治疗组（44例）鳖甲煎丸及恩替卡韦，对照组（44例）仅给予恩替卡韦，结果表明治疗组抗肝纤维化效果更好。刘瑜等[12]研究发现，安络化纤丸能促进恩替卡韦发挥抗病毒效应，提高慢性乙型肝炎肝纤维化患者的机体免疫功能，延缓肝纤维化进程。钟伟超等[13]研究发现，大黄蛰虫丸可降低小鼠血清中丙氨酸氨基转移酶、天门冬氨酸氨基转移酶、白介素-6、γ干扰素、肿瘤坏死因子-α水平，升高白介素-10水平;同时降低肝纤维化Ⅰ型胶原蛋白水平，减少肝细胞凋亡，从而起到保护酒精性肝纤维化小鼠的作用。徐渴阳等[14]研究发现，扶正化瘀胶囊可以通过下调细胞自噬LC3Ⅱ水平、上调自噬底物p62的水平来减轻气虚血瘀型大鼠的肝纤维化程度。尚立芝等[15]研究发现，柴胡疏肝散可能通过下调白介素-1和肿瘤坏死因子-α水平、抑制TGF-β1和α-平滑肌肌动蛋白基因的表达延缓肝纤维化程度，对猪血清诱发的肝纤维化大鼠起到保护作用。夏雪皎等[16]研究疏肝健脾活血方对二甲基亚硝胺诱导的肝纤维化大鼠的干预作用，发现疏肝健脾活血方可能通过降低肝组织低氧诱导因子-1α蛋白、血管内皮生长因子mRNA表达量，从而起到抗肝纤维化的作用。

2 代谢组学介绍

2.1 代谢组学相关概念及研究内容

代谢组学是“后基因组学”时期发展的一门新兴学科，同基因组学、转录组学和蛋白质组学共同构成系统生物学的核心内容[17]。代谢组学是研究生物体系（细胞、组织或生物体）受到体内外刺激或扰动后其代谢产物变化的一门科学。代谢组学研究的对象是“代谢组”，即基因组的下游产物也是最终产物，是一些参与生物体新陈代谢、维持生物体正常生长功能和生长发育的小分子化合物的集合，主要是相对分子量< 1000的内源性小分子，能反映细胞或组织在外界刺激或遗传修饰下的代谢应答变化[18]。

代谢组学的研究样品主要为生物体血液、尿液、唾液以及细胞和组织的提取液。样品经过一系列预处理，即可提取上清液进行仪器分析[19]。血液含有的化合物种类较多，能较全面地反映生物体的代谢状况;尿液生成与肾脏生理病理功能密切相关，且尿液成分会随着机体代谢及疾病等情况发生相应改变;肝脏是机体进行物质和能量代谢的主要场所。因此对血液、尿液及肝组织整合分析在代谢组学研究中有重要作用。

2.2 代谢组学主要检测技术比较

代谢组学的主要化学技术是核磁共振（NMR）、液相色谱质谱联用（LC-MS）、气相色谱质谱联用（GC-MS）、高效液相色谱法（HPLC）等[20-22];选择代谢物组学分析方法时通常需要同时考虑仪器和相关技术的检测速度、选择性和灵敏度，以期找到最适合目标化合物的方法。

GC/MS的优势在于分离效率高且相对较为经济，但需要对样品进行衍生化预处理，有可能引起样品变化。如张艳等[23]采用GC-MS技术研究平菇多糖对肝损伤大鼠尿液代谢的干预作用，发现平菇多糖能调节肝损伤大鼠尿液中柠檬酸、苹果酸、D-葡萄糖醛酸、十六烷酸和1，2，3-丙烷酸水平，同时参与调节三羧酸循环、乙醛酸和二羧酸代谢、抗坏血酸和醛酸代谢通路，从而对肝纤维化大鼠起到保护作用。LC-MS中目前应用较广泛的是HPLC/MS。HPLC的优势在于进样前无需进行样品衍生化处理，适合于检测一些不稳定、不易衍生化、不易挥发和分子量较大的化合物[24]。HPLC/MS具有较好的选择性及较高的灵敏度，但检测时间相对更长。如Tokushige等[25]通过LC-MS分析105例非酒精性脂肪肝疾病和26例原发性胆汁性肝硬化患者的血清代谢物，发现肝纤维化过程与包括脱氢异雄酮、还原尿睾酮在内的28种代谢产物相关。NMR是最经典的代谢组学研究方法，优势在于样品无创性，且检测效率高，样品可重复多次进行检测;缺点在于灵敏度不高，只用于分析低丰度代谢产物。如西班牙学者Embade等[26]应用1H-NMR光谱技术分析无纤维化或肝硬化的丙型肝炎病毒患者的血清样本，发现胆碱、乙酰乙酸盐和低密度脂蛋白是丙型肝炎肝硬化患者最具差异性的生物标志物，同时表明1H-NMR技术能作为鉴别纤维化存在与否及严重程度的一种新型诊断方法。

3 代谢组学在中药抗肝纤维化方面的应用

代谢组学通过识别和动态分析生物体内源性小分子变化，识别和筛选与疾病机制相关联的代谢标志物、代谢通路，对寻找有效治疗靶点有重要作用。以下对近几年来代谢组学在中药治疗肝纤维化方面的研究进展进行总结。

3.1 在单味中药及其提取物抗肝纤维化的应用

周永峰等[27]利用UPLC-Q-TOF-MS技术研究五味子对CCl4致小鼠肝损伤的作用，共鉴定出缬氨酸、甘草次酸醋酸酯、磷脂酰甘油酯等50个生物标志物，共富集得到包括甘油磷脂代谢，乙醛酸和二羧酸代谢等在内共计7条代谢通路。应用UPLC-QTOF/MS技术研究大黄对肝纤维化大鼠的肝损伤与保护作用，筛选出牛磺酸、精氨酸、前列腺素、视黄基酯、粪甾烷酸等潜在生物标志物，富集得到包含精氨酸和脯氨酸代谢、初级胆酸生物合成、牛磺酸和亚牛磺酸代谢和花生四烯酸代谢等的多条代谢通路[28]。常虹等[29]采用UPLC-Q-TOF-MS技术对肝纤维化大鼠尿液进行检测，发现黄芩水煎液能够通过调控L-色氨酸、3-甲基二氧吲哚、5-羟基吲哚乙酰苷氨酸、甲基丙二酸、亮氨酸，黄芩苷可通过调控左旋色氨酸、3-甲基二氧吲哚、5-羟基吲哚乙酰甘氨酸、犬尿酸及甲基丙二酸等物质，参与色氨酸及亮氨酸代谢从而有效改善肝纤维化。Liu等[30]采用1H-NMR技术对岩黄连诱导的肝纤维化大鼠血清进行检测，发现岩黄连可以通过调节氨基酸代谢、脂质代谢和丙酮酸代谢对肝纤维化大鼠起到保护作用。滕杨等[31]利用GC-MS技术对二甲基亚硝胺诱导的急性肝纤维化大鼠尿液进行检测，发现经金银花醇提物干预后，大鼠尿液代谢物中有9种物质含量向正常范围回归，表明金银花醇提取物一定程度上可改善肝纤维化。

3.2 在中成药抗肝纤维化的应用

Gao等[32]应用HPLC-MS技术检测二甲基亚硝胺诱导的肝纤维化大鼠血清，采用主成分分析和偏最小二乘法识别出5种溶血磷脂胆碱类生物标志物;再通过定量分析发现经扶正化瘀胶囊干预后血清中14种氨基酸和5种胆汁酸明显趋向正常水平。

3.3 在中药复方抗肝纤维化的应用

Zhang等[33]利用超高效液相色谱飞行时间质谱（UPLC-TOF-MS）技术研究茵陈蒿汤对肝纤维化大鼠的作用，发现茵陈蒿汤抗肝纤维化作用机制可能是由于氧化应激的抑制和由此产生的参与肝纤维化的脂质过氧化作用所致。高家荣等[34]采用GC-MS技术检测CCl4诱导的肝纤维化大鼠肝脏组织，发现疏肝健脾方能使棕榈酸、二十碳烯酸、苹果酸、延胡索酸、谷氨酰胺、盐德草碱、N-乙酰-4-氨基丁酸、葡萄糖酸等8个生物标志物向正常水平靠近。姜辉等[35]研究发现，疏肝健脾方能使肝纤维化大鼠血清中葡萄糖、岩藻糖、异亮氨酸、马尿酸、苹果酸、α-铜戊二酸、肉毒碱等7个内源性代谢物向正常组转归;且能使肝纤维化大鼠尿液中羟基丁酸、异亮氨酸、β-丙氨酸、氨基丙二酸、胞嘧啶、赖氨酸等6个生物标志物转向正常水平[36]。仰贤莉等[37]利用UHPLC-TOF-MS技术研究扶正化瘀方作用于肝纤维化大鼠的疗效，发现扶正化瘀方具有改善肝纤维化的作用，篩选鉴定出包括不饱和脂肪酸及衍生物、溶血卵磷脂和氨基酸等的19种与肝纤维化相关的潜在生物标志物。

4 小结

随着临床研究的发展及中药质量的提高，为进一步满足患者的临床需求，疗效显著的抗肝纤维化中药新药研发进程必将加快[3]。代谢组学技术目前正蓬勃发展，但尚未产生可以精准描述样本内所有化合物的分析技术，因而对代谢途径的分析还不够全面精准。其次，目前代谢组学在肝纤维化方面的应用大多为基础实验研究，在临床方面的研究相对欠缺。而随着代谢组学深入发展，在疾病诊疗中更深层次的应用，代谢组学将为中药抗肝纤维化提供庞大助力。

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（收稿日期：2020-04-24）