组学技术在中医药治疗腰椎间盘突出症中应用的研究进展*

李华南，张 玮，马 菲，包 安，陈英英，王海腾，王建伍，王金贵**

(1.天津中医药大学第一附属医院，国家中医针灸临床医学研究中心，天津 300193；2.国家中医药管理局推拿手法生物效应三级实验室，天津 300193；3.天津市中医药研究院附属医院，天津 300120)

腰痛是临床常见病、高发病，主要以患者出现腰痛伴一侧下肢放射性疼痛为主要特征的系列综合征。有研究报道，本病常发生于中青年，且男性高于女性[1]。相关调查显示：据报道其发病率约为80 %，几乎每个人的一生中都会遇到腰痛。加之近年来人们工作节奏的加快，工作方式、环境的不断变化，本病发病率逐年上升，严重影响了患者的生活质量[2]。

伴随着科学技术的发展，本病的诊疗水平也在不断提高。目前，针对LDH的治疗手段多样，临床可口服药物来缓解疼痛，改善身体状态、促进功能恢复。其中，非甾体抗炎药是最常用的对症药物。同时，结合患者的症状，常用的还有肌松剂、抗抑郁药、维生素等药物[3]。另外，各种微创治疗和开放性手术方法也不断被发现以及应用。但是，上述治疗手段需要严格限定其适应证，且有一定的药物副作用。而且对于病程较短、腰痛程度较轻的LDH，采用非手术治疗后大部分患者病情可好转[4]。因此，学界一直在争论针对LDH的最佳治疗手段到底是什么？近年来，特别是以针灸、推拿、中药等为代表的中医药疗法在治疗LDH方面取得了长足进展，被广大患者接受[5]。但是限于研究手段的局限，其作用机制尚未被充分揭示，这也极大地阻碍了中医药的发展。

组学技术作为系统生物学中的一部分，在中医药研究中应用备受关注[6]。其从人体的有机整体角度出发,通过对基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学数据进行整合分析，可以了解目标样本内基因、RNA、蛋白质和代谢产物的基本状态，从而对生物系统进行全面解读[7]。本文结合组学技术的基本知识，对中药、针灸、推拿等疗法对LDH的影响进行综述。

1 蛋白组学技术在中医药治疗LDH中的应用

蛋白质组学是近年快速发展的一门技术，其在质谱技术基础上，通过对研究的目标样品进行处理，从细胞、组织、体液等提取、采集蛋白质进行研究的技术[8]。其中最主要的分支是定量蛋白质组学，该技术广泛地应用于现代生物学和医学等的基础、机制研究中。目前双向电泳技术和基于质谱的蛋白质定量技术在蛋白质定量技术研究中应用比较成熟[9]。而且，从蛋白质组学的研究思路来看，该技术与中医药一直强调的整体观念、机体统一理论是十分相近的，研究者可以利用质谱技术检测研究样品的蛋白质表达情况，筛选中医药干预的关键蛋白通路，从分子水平解释中医药的干预作用提供新途径和理论依据[10]。

蛋白质是生物生命活动的主要承担者，生物体细胞增殖、分化、衰老与凋亡的发生、调控过程和大多数药物靶标均处于蛋白质水平。因此，寻找中医药疗法干预LDH的相关差异表达蛋白，对研究中医药的作用机制有着重要的意义。桂裕昌等[11]应用绝对定量同位素标记(iTRAQ)结合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)技术观察LDH患者中西医保守疗法治疗4周后其差异表达蛋白。结果：该团队共筛出209个差异蛋白，上调蛋白13个、下调8个。京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of genes and genomes,KEGG)通路分析发现，高表达的14个蛋白富集在25条KEGG通路。特别是纤维连接蛋白1、补体C3、载脂蛋白A-IV、载脂蛋白A-I及载脂蛋白B可能是潜在血清分子靶标。

岳容兆等[12]应用iTRAQ结合LC-MS/MS技术分析刮痧干预后腰椎间盘突出症模型大鼠背根神经节的蛋白质变化，探究刮痧治疗作用的生物学基础。共鉴定差异蛋白106个，41上调，65个下调。分析获得富集度最高的是：上皮粘着连接信号通路、重塑上皮粘着连接信号通路、肌动蛋白细胞骨架信号通路、西地那非细胞作用通路、基于Rho肌动蛋白运动的调节通路5个典型信号通路和ERK1/2信号网络。该团队认为，刮痧可以通过减少氧化及炎症损伤、保护神经组织、抑制椎间盘退化等环节治疗腰椎间盘突出症。张明顺等[13]应用基质辅助激光解吸串联飞行时间质谱技术筛选出6个差异蛋白点，经质谱鉴定得到AGPα1-酸性糖蛋白、免疫球蛋白α-1链C区、未知蛋白3种蛋白质，其中酸性糖蛋白最相关。在推拿干预后该蛋白表达量减少。说明推拿手法可能是改善腰椎间盘突出症患者突出的神经根局部病变的微环境，减轻了机体的炎症反应。邰志洪等[14]应用iTRAQ联合LC-MS/MS质谱技术筛选腰椎间盘突出症两种不同保守治疗前后患者血清差异表达蛋白，进一步明确LDH活血化瘀治疗的血清标志蛋白。共鉴定到蛋白质组300个，对应209个非冗余蛋白，中医活血化瘀法治疗组符合条件的差异蛋白20个，其中上调及下调表达的蛋白各占10个，涉及27条KEGG生物代谢途径。结果显示：代表性差异表达蛋白碳酸酐酶1与转铁蛋白变体在观察组LDH患者血清中表达量明显下调，可能是中药活血化瘀法治疗LDH血瘀证的目标蛋白质。这为揭示中药活血化瘀疗法治疗的效应机制提供客观依据，为临床合理应用中药活血化瘀疗法治疗LDH提供依据。

2 代谢组学技术在中医药治疗LDH中的应用

代谢组学是系统生物学的重要组成部分之一，是继基因组学、转录组学和蛋白质组学等技术逐渐形成的新兴研究方法[15～16]。代谢组学可以针对细胞、生物流体、组织或生物体内的小分子进行大规模的观测，研究生物体受到刺激、干预后其代谢产物种类、数量及变化规律，并进行定量分析，以此分析研究对象的病生理状态[17]。目前，行业内被广泛应用的代谢组学分析技术主要有：核磁共振技术(NMR)、气相色谱与质谱共用技术(GC-MS)、液相色谱与质谱共用技术(LC-MS)技术[18]。

丁欢等[19]应用GC-MS技术观察发现LDH模型大鼠刮痧后其机械痛阈值下降，结果显示：大鼠尿液内源性代谢物，如3-(3-羟基苯基)丙酸、天冬氨酸和谷氨酰出现了降低，而甘氨酸、柠檬酸、环腺苷酸这三种代谢产物的含量出现了明显的上升，提示刮痧疗法可能激活了模型体内的镇痛与抗炎通路从而发挥作用机制。刘胜等[20]应用LC-MS技术观察独活续断汤对肝肾阴虚型LDH患者的作用机制。结果显示：独活续断汤干预后患者存在柠檬酸、赖氨酸、丙酮酸及β-隐黄素4种代谢差异物。提示独活续断汤可能是通过增强患者三羧酸循环率以增强能量代谢，促进软骨细胞再生。同时，进一步激活机体抗氧化、抗炎作用从而发挥对LDH患者的治疗作用。刘晶晶等[21]也开展同样研究，结果证实，LDH患者血清中柠檬酸、赖氨酸、丙酮酸、β-隐黄素的水平与对照组比较，其差异具有统计学意义。方磊等[22]学者探讨了基因组学与蛋白质组学技术对未来推拿手法研究的意义，他们认为，在现代推拿手法的临床研究中，可以借助基因组学与蛋白质组学手段来阐释与表达手法的量效问题，从研究中进一步筛选出差异蛋白，进而能够准确找到推拿从业者中初级与专家的手法区别。为提供推拿手法教学的标准化、客观化提供新的研究思路与内容。

3 转录组学技术在中医药治疗LDH中的应用

转录组学是新近发展起来的技术，其能够从整体水平研究特定条件下细胞中基因的转录情况及其调整规律。这一研究思路和中医用药整体观的指导思想不谋而合，能够有效观察中医药疗法对于人体RNA的表观表达影响。王奕利等[23]应用RNA-Seq技术探究电针深刺“腰突五穴”患侧大肠俞、关元俞及L4、L5、S1夹脊穴后，采集外周血全血中的白细胞总核糖核酸观察其干预LDH的分子效应机制。结果发现，电针深刺“腰突五穴”后，患者外周血全血中的白细胞中CCL2、IFI27基因表达下降。他们猜测电针深刺“腰突五穴”可能通过下调CCL2、IFI27基因表达，减轻LDH的免疫炎症与疼痛反应。其结果也为后续围绕LDH的转录组学研究开辟了新的领域，值得后来人的进一步挖掘与深入探索。

4 讨 论

LDH作为一组临床症候群，其发病机制复杂，可能涉及生物力学改变、神经卡压、自身免疫、局部炎症细胞因子聚集等多方面、多环节原因。中医药疗法在治疗过程中，发挥了疗效确切、安全、不良反应小的优点[24]。但是其作用机制存在广泛性，多靶点的特点，往往很难全面概述。因此，学界一直在寻求某种技术能够解决这方面的问题。组学技术的产生与发展，让这种设想逐渐成了现实。组学技术的整体性、统一性，与中医药的作用特性高度契合，上述技术也可以及时观测LDH整个发病过程及中药、针灸、推拿、刮痧等中医药疗法的干预过程，特别是针对LDH患者或者模型的机体代谢物、蛋白变化发现差异，进一步明确LDH的特异性靶点，为中医药治疗LDH提供现代化、国际化依据。

但是，我们通过文献研究发现，中医药治疗LDH大部分研究仅限于蛋白检测和代谢产物的变化，特别缺乏从基因组学、转录组学等层面进行更加深入的对机理的研究[25]。这值得学界研究者思考：一方面这些新技术是否对中医药治疗LDH的基础研究还有空白区域；另一方面，未来我们能否联合上述技术，不仅强调一般水平或仅限于单一方面，而是多组学结合起来，合理整合、科学分析，进一步系统深入地揭示中医药在治疗LDH过程中的物质基础和作用机制。而且对于针灸、推拿的治疗机制，仍然有巨大的研究空间可以探索，比如这些组学技术能否更广泛地应用于量效研究、处方配伍规律研究、“时间针灸”、表观遗传特征等，需要后来者的进一步思考。当然，也要考虑经济成本，特别是组学技术还不普及，检测费用昂贵，因此在应用组学技术进行中医药治疗LDH的相关研究时，应该参考以往经验，特别是前人经验，将代谢、蛋白、基因数据与临床数据有机结合，这样才更有利于发现包含了不同数据内容的复合生物标记物，更有利于中医药研究结果的挖掘与阐释。

未来，随着学界对组学技术研究的不断深入，相信其在中医药的作用机制研究方面应用空间会越来越大，也会越来越发挥其全面、统一的优势。如何按照各组学技术的特点分别进行科学、合理的融合和恰当的对接，共同为揭示中医药的科学含义服务，将是一项值得中医药学者们深入思考的课题。