代谢组学在中医诊疗肺系疾病中的应用

潘媛媛，唐志宇，王德群，何转为，曹文富

（1.重庆医科大学2019级硕士研究生，重庆 402160；2.重庆医科大学附属永川中医院，重庆 402160；3.重庆医科大学中医药学院，重庆 401331）

随着社会发展和空气污染，肺系疾病发病率逐年上升［1］，临床表现多为咳嗽、咳痰、喘息、鼻塞、流涕等，且大部分为慢性疾病，病情缠绵、反复且不易根治，严重降低患者生活质量［2］。现代医学针对慢性肺部系统疾病主要予以对症治疗，因抗生素的不合理使用及耐药菌问题日益严重，使得临床治疗颇为棘手。而中国传统医学在诊疗方面积累了丰富的经验，具有独到的优势，运用经方屡获奇效。但中医证型划分往往缺乏客观的依据［3］，难以用现代医学单一指标或指标的简单叠加解释，加之中药复方多靶点的特点，药物具体的作用机制难以明确，由此妨碍了中医药现代化的进程。因此，建立中医学与现代医学之间的桥梁显着尤为重要。代谢组学通过分析生命调控末端的代谢产物，“自下而上”的评估特定时间内机体功能状态及其变动，从微观反证宏观，进而揭示出疾病的证本质及药物作用机制。

1 代谢组学技术

代谢组学是从整体出发，通过高通量检测技术，依据代谢产物差别对全部代谢物进行定性或定量剖析，从而反映机体在外界因素影响下的变化规律［4］。目前代谢组学常用的分析工具有4种：气相色谱-质谱（GC-MS）、液相色谱-质谱（LC-MS）、超高效液相色谱-质谱（UPLC-MS）、和核磁共振（NMR）［5］。常见分析样本包括血浆、尿液、痰液、组织和细胞。

2 肺系疾病常见证型的代谢组学研究

中医认为“有诸内必形诸外”，通过望、闻、问、切四诊观察表现于外的宏观征象，以判定机体所产生的变化从而辨证。肺系疾病临床上常见证型包括风寒袭肺、风热犯肺、寒痰阻肺、痰热郁肺、肺气虚、肺阴虚等诸多证型。每种证型都是某一阶段主要矛盾的病理概况，可反映当前体内阴阳、气血、津液盛衰的情况。根据辨证分型施以对应的治法方药，疗效颇佳。代谢组学研究机体所产生的综合变化，与中医整体观念不谋而合［6］，目前研究者常采用代谢组学技术来寻找与证候密切相关的生物标志物，探寻不同证候的客观物质基础，以期实现辨证的科学化。

风寒郁肺证。任靖等［7］利用GC-MS对风寒郁肺证病毒性肺炎患儿及健康儿童血清进行研究，发现风寒郁肺证患儿血清中多种有机酸、氨基酸上调，尤其是天冬氨酸和支链氨基酸（BCAAs，包括亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸）；棕榈酸甘油单酯、羟基乙酸、氨基丁酸等下调，主要涉及丙氨酸、牛胆酸、氨基乙酸、氨酰tRNA合成和赖氨酸降解等代谢异常。另一项研究［8］比较了毛细支气管炎痰热闭肺证、风热闭肺证的尿液代谢特征，结果显示二者之间13种代谢物存在统计学差异，说明证型之间的代谢途径变化不同。

风热闭肺证。陈超等［9］采用液质联用法研究了毛细支气管炎风热闭肺证，研究显示，与健康儿童血清样本相比，疾病组机体内左旋缬氨酸、左旋天冬氨酸、左旋谷氨酰胺、左旋天冬酰胺、尿素、2氨-咪唑、D-甘露糖、D-果糖有着明显差异，这有利于揭示毛细支气管炎风热闭肺证侯本质。

痰热郁肺证。杨秀云等［10］采用1HNMR技术对痰热壅肺型AECOPD患者治疗前后血清进行分析，发现治疗前存在能量代谢紊乱（乙酰甲酸、3-羟基丁酸水平明显升高）及蛋白质代谢紊乱（谷氨酸、谷氨酰氨、赖氨酸水平增加，而支链氨基酸、组氨酸水平明显降低。孙瑷［11］运用UPLC-MS技术发现，血清中有50种小分子差异代谢物可用于区分痰热壅肺证与非痰热壅肺证，标记物集中表现在7条代谢通路，包括亚油酸代谢、甘油磷脂代谢和鞘脂代谢等。陶嘉磊等［12］基于LC-MS分析发现，非痰热阻肺证哮喘患者尿中存在38个差异代谢物，其中多种有机酸、氨基酸（甲硫氨酸、丁二酸、肌酸、甲酰犬尿氨酸、环腺苷酸等）及各种脂类、酮类的含量增加，而羟基吲哚乙醛的含量却减少，主要涉及色氨酸代谢、赖氨酸降解等5条代谢途径。

痰浊壅肺证。张瑞等［13］利用代谢组学技术探讨痰浊壅肺型AECOPD患者血清代谢产物，与健康组相比，痰浊壅肺证炎症反应及氧化应激增强，表现为丁二酸、D-鞘氨醇等表达显著上调，而牛胆酸、苏氨酸的表达显著下调，这些代谢差异物可能作为其与健康人群区分的潜在标志物。

气阴亏虚证。刘海叶［14］使用代谢组学技术，探索COPD气阴两虚证患者的血浆代谢产物，结果表明神经酰胺、葡萄糖、L-苯丙氨酸在疾病组呈上升趋势，而黄嘌呤核苷酸、鸟嘌呤-5′-三磷酸、组氨酸、甘氨酸、维生素C、亚麻酸、二十四烷酸、角鲨烯等则有所减少。

肾虚、肺虚证。严兴海等［15］采用NMR探寻哮喘肺虚证和肾虚证的血浆代谢物差异，结果发现肾虚组血浆中BCAAs、乳酸、丙氨酸、枸橼酸、肌酸等化合物显著下降；而丙酮、乙酰乙酸等化合物含量显著增加，这种差异将有助于肺系疾病证型的进一步细化。

3 肺系疾病常用经方与代谢组学研究

与西药单一成分比较，中药的优势在于多靶点［16］、整体调控、协同治疗。但其成分复杂，作用机制不明，影响疗效评价，故限制其临床应用。随着现代医学的发展，鉴于中医药复杂的调控网络，有必要从宏观角度对中药疗效机制进行综合评价。而代谢组学可以系统地研究中药的作用机理，清楚地阐释其作用靶点，以发掘经方及其他复方的新适应证，扩大临床应用范畴。

麻黄汤。付新等［17］利用代谢组学技术分析麻黄汤对发热模型大鼠的作用机制，发现了13种与治疗相关的潜在生物标志物（同丝氨酸、1-甲基腺苷、巴豆酰甘氨酸、黄嘌呤酸等），提示麻黄汤可能通过生物素代谢、核黄素代谢、类固醇激素合成和色氨酸代谢途径发挥解热作用。

麻黄细辛附子汤。孙启慧等［18］采用HPLC-TOFMS分析模型组及麻黄细辛附子汤给药小鼠的血清成分谱变化，发现了14种不同特征的代谢产物，并推测中药可能从促进糖代谢，调节花生四烯酸代谢、甘油磷脂和鞘脂代谢等多条路径，发挥药效。

苓甘五味姜辛汤。苓甘五味姜辛汤出自《金匮要略》，宜用于肺寒留饮，久咳气喘之证。姚梦雪等［19］从代谢组学角度建立寒饮伏肺哮喘大鼠模型，发现苓甘五味姜辛汤能够通过调节能量代谢、氧化应激发挥治疗作用。

小青龙汤。赵小华等［20］采用GC-MS分析正常、模型组和小青龙汤组小鼠的血样成分谱，结果发现乳酸、葡萄糖、花生四烯酸、甘氨酸、赖氨酸、3-羟基丁酸等13种差异代谢物质，主要涉及能量代谢、免疫功能和炎症反应，与该作者前期研究所得代谢途径一致。

麻杏石甘汤。张启云［21］等研究麻杏石甘汤对哮喘的作用机制，通过对豚鼠哮喘模型进行血浆代谢组学检测，发现该方可能是通过调节花生四烯酸、9，10-DHOME和PGE2等物质发挥治疗作用。此外，廖群等［22］利用代谢物组发现不同剂量麻杏石甘汤的疗效不一，可建立相应的公式疗效评估关系，以期为临床安全用药提供可靠的依据。

葛根芩连汤。葛根芩连汤为解表清里之剂，中医认为：“肺与大肠相表里”，现代医学也发现肺与肠道在生理和病理条件下互相影响［23］，可用于治疗肺心病、急性肺损伤等。研究认为利用1HNMR技术分析葛根芩连汤治疗LPS诱导的小鼠血清成分谱变化，发现其能够逆转缬氨酸、乙酰乙酸酯、丙酮酸等成分，具体途径涵盖多种氨基酸生物合成和代谢、酮体的变化、柠檬酸盐循环（TCA循环）［24］。

4 其他与代谢组学

代谢组学还应用于中成药作用机理、中医基础理论的阐释，例如针灸取穴、穴位敷贴、舌苔物质基础等研究。舌苔是中医舌诊的重要组成部分，可反映疾病的发生、发展和预后。然而，人们对其物质基础仍知之甚少，有研究将代谢组学应用于同一疾病不同舌苔患者，发现其存在显著变化的物质主要与能量、氨基酸、核苷酸三大代谢和肠道菌群失调有关，有助于了解舌苔形成的客观物质基础［25］。

5 总 结

目前代谢组学技术大量应用于中医药诊疗肺系疾病的各个研究领域，在诊断、中医证候辨析、药物疗效评价及机制研究等多方面取得了一定的进展，然仍存在局限性：①代谢组学提供了大量生物学信息，虽不同证型代谢产物有所差异，但存在相互重叠的情况，其作为终末产物易受合并症、饮食、运动诸多因素干扰，敏感性与特异性值得进一步研究，以便将代谢标志物运用于临床诊断，促进证候本质研究，使中医辨证思想科学化。②目前研究样本量大多集中在几十例，缺乏大样本、多中心、深层次的研究，因此有待于今后深入探讨。③复方具体代谢途径难以准确预测，且指标具体影响机制尚未明确，有待不断拓展及探索中药复方效应机制，以研究肺系疾病的靶向治疗位点，为新药研发提供可行的途径。