代谢组学在中医防治冠心病中的应用*

吕双宏，赵梦竹，王恒和

天津中医药大学第一附属医院，天津 300193

冠状动脉粥样硬化性心脏病（coronary heart disease，CHD）是由于冠状动脉粥样硬化使管腔狭窄或闭塞，导致心肌缺血、缺氧或坏死而引发的心脏病。近年来，随着老龄化进程的加快，加之不良的生活方式，我国CHD 的发病率和死亡率呈持续上升状态，目前CHD 作为独立危险因素，已成为我国多个省市心血管疾病的首位死亡原因［1］。

中医学将CHD 归属于“胸痹”“心痛”“真心痛”等范畴，采用辨证论治进行个体化针对性治疗。近年来，证候客观化逐渐成为学术研究热点。代谢组学是继基因组学、蛋白组学发展起来的新兴技术，其思路与中医思维模式相吻合，主要致力于研究机体内源性代谢产物及通路情况［2］。随着代谢组学研究的兴起，此项技术因其独特优势在CHD 辨证及治疗方面得到广泛应用，并取得积极成效，为CHD 的诊疗提供了客观化依据。笔者现就代谢组学在CHD 中医防治方面的应用综述如下，以期为临床治疗提供参考。

1 代谢组学的概念及发展渊源

代谢组学是20 世纪90 年代中期发展起来的一门新兴组学技术，是研究代谢组在某一时刻细胞内代谢物的集合的一门学科，是系统生物学的重要组成部分。1999年，NICHOLSON等［3］首次提出“metabonomics”的概念，2000年，FIEHN等［4］又重新提出了“metabolomics”的概念，并将其研究目的分为代谢物靶标分析、代谢轮廓（谱）分析、代谢组学、代谢指纹分析。这门学科致力于对机体相对分子量在1000 Da以下的内源性小分子物质的变化及规律进行研究，其分析手段包括核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、气相色谱串联质谱仪（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）、超高压液相色谱串联质谱仪、高分辨气相色谱-飞行时间质谱联用仪（gas chromatography time-of-flight mass spectrometry，GC-TOF/MS）等技术体系和相应的模式识别技术体系［5］。随着现代技术完善及方法创新，代谢组学现已广泛应用于生物学、植物学、毒理学、临床疾病诊断、药物研究等诸多领域［6］。

2 代谢组学在CHD不同证型临床试验中的应用

2.1 心血瘀阻证郑景辉等［7］采用相关代谢通路分析平台对CHD 心血瘀阻患者血浆代谢产物路径进行可视化分析，检测出有9 个代谢产物主要通过15 条代谢路径参与到病理过程中，具有统计学意义的通路包括糖酵解和糖异生、丙酸代谢、脂肪酸生物合成等。陈夏等［8］使用生物学技术对CHD 心血瘀阻证患者尿液代谢物进行分析显示，其中有6 个差异性代谢产物参与了10 条代谢路径，最终测定得出，参与病理过程的通路主要为半乳糖代谢、酮体的合成和降解通路。简维雄等［9］运用GC-MS鉴定CHD心血瘀阻证患者尿液代谢产物谱，对不同组代谢产物进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和偏最小二乘法分析（partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）认为，心血瘀阻证患者尿液代谢标记物主要有葡萄糖、甘油、木糖醇、马尿酸、油酸酰胺、丙酮等。

2.2 先天伏寒证/寒凝心脉证魏岩等［10］利用NMR 技术研究CHD 心绞痛先天伏寒兼心血瘀阻证患者血液的代谢标志物，与非先天伏寒兼心血瘀阻证患者相对照，通过PLS-DA 方法分析指出，两组存在明显差异的代谢产物有丙氨酸、低密度脂蛋白/极低密度脂蛋白、脂类化合物、谷氨酸、谷氨酰胺、α-葡萄糖、高密度脂蛋白等，可对两组患者进行有效区分，暗示代谢组学技术在一定程度上为中医辨证分型提供了新参考。

2.3 痰浊证（痰阻心脉证/脾虚痰浊证）LU等［11］研究发现，CHD 痰阻心脉证患者代谢途径主要表现为脂质代谢紊乱。刘羽茜［12］运用液相色谱与质谱联用技术（liquid chromatograph-mass spectrometer，LC-MS）对CHD 稳定型心绞痛脾虚痰浊证患者和健康人进行血清代谢组学检测，采用PCA 和PLS-DA 分析观察代谢标记物的差异，结果显示CHD 稳定型心绞痛脾虚痰浊证患者的组的亮氨酸、组氨酸、维生素A 等6 种代谢物含量均大于健康组，次黄嘌呤、肌苷、阿糖次黄嘌呤等20 种代谢物含量均小于健康人，此项研究为CHD 稳定型心绞痛脾虚痰浊证内在病理状态的探索提供了科学依据。

2.4 心气虚弱证史琦等［13］采用氢核磁共振（H1-nuclear magnetic resonance，H1-NMR）检测技术，对45 例CHD 患者和15 名正常人的血浆代谢产物进行PLS-DA、VIP及t检验/非参数检验分析，筛选出气虚证患者高表达的代谢产物，包括乙酰谷氨酸、赖氨酸、缬氨酸和肉碱等，其代谢过程有氨基酸、糖、脂质、能力代谢、凝血过程及其他代谢过程，上述特异性代谢产物及途径可对CHD 气虚证患者进行有效识别。

2.5 气阴两虚证李宜［14］基于代谢组学NMR 技术，对CHD 心绞痛患者与健康对照组间、CHD 心绞痛各中医证候间的差异代谢产物进行检测，并通过PCA 和PLS-DA 分析结果，发现CHD 气阴两虚证患者特异性代谢标志物变化主要为：丙氨酸、乳酸、葡萄糖、p-葡萄糖、脂类、不饱和脂肪酸、高密度脂蛋白的含量升高，氧化三甲胺、缬氨酸、胆碱磷酸的含量降低，此变化的特异性代谢产物可进一步证实成为CHD中医辨证分型的的基础物质。

2.6 气虚血瘀证陈浩等［15］通过LC-MS 的方法，检测CHD心绞痛气虚血瘀证的血清、尿液的内源性代谢物，采用PCA 和正交偏最小二乘法判别分析（orthogonal partial least squares-discriminant analysis，OPLS-DA）指出，气虚血瘀证的代谢标记物有天冬氨酰蛋氨酸和半胱氨酸亚磺酸，客观化表现为缺少生物素、赖氨酰酪氨酸、磷脂酰甘油、甘氨胆酸。朱明丹等［16］从系统生物学角度探究心肌梗死恢复期气虚血瘀证患者代谢物谱发现，血磷脂酰胆碱、亚油酸、花生四烯酸、鞘氨醇类物质的代谢水平呈现特异性，患者机体可能存在能量、磷脂及脂肪酸代谢紊乱。

3 代谢组学在CHD不同证型动物模型中的应用

目前，将代谢组学应用到CHD 不同证型动物模型中的研究相对匮乏，尚处于探索阶段。总结文献发现，现有的大部分研究成果均凸显出代谢组学在动物模型应用中的积极作用，但由于造模方式不同，动物所表达的特异性生物指标也会有所差异，这给代谢物质的筛选带来了一定挑战，今后临床需要探索更规范、更科学的手段来突破这一难关。

王勇等［17］构造慢性心肌缺血气虚血瘀证小型猪模型，采用GC-MS 和模式识别技术分析其代谢物及代谢物谱群的变化，结果显示柠檬酸、葡萄糖、硬脂酸、棕榈酸、甘油、醋酸等化合物浓度呈高表达状态，具备特异性。简维雄等［18］复制急性心肌梗死（acute myocardial infarction，AMI）心血瘀阻证大鼠模型，运用GC-MS 检测，对代谢产物含量的变化进行PCA 和OPLS-DA 分析发现，大鼠AMI 心血瘀阻证与心肌组织特征性代谢产物有苹果酸、谷氨酸、甘氨酸、葡萄糖、延胡索酸、尿素、吡喃半乳糖、乳酸、丙氨酸、酪氨酸等，代谢途径与缺氧后的糖代谢紊乱显著相关。徐利云［19］建立胸痹气虚血瘀、气滞血瘀、寒凝气滞3 种证型大鼠模型，采用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱检测技术（ultra-performance liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight mass spectrometry，UPLC-Q-TOF/MS）将预处理数据进行PCA 和PLS-DA 分析，再利用OPLS-DA 鉴定各证型组潜在的生物标志物，其中与气滞血瘀型相关的潜在标志物有28 个，其主要代谢途径有半胱氨酸和蛋氨酸代谢、色氨酸代谢及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢；与气虚血瘀型相关的有21个，其主要代谢途径有花生四烯酸代谢、脂肪酸代谢、脂肪酸β氧化代谢和维生素B6代谢；与寒凝气滞型相关的有23 个，其主要代谢途径有氨酸的合成与降解、脂肪酸的代谢及甘油磷脂的代谢。

4 代谢组学在CHD 不同证型中物质基础比较研究中的应用研究

张红栓课题组［20-21］研究表明，痰浊证组乳酸含量较高，血瘀证组丙氨酸含量较高，痰浊证组低密度脂蛋白、极低密度脂蛋白、脂类化合物、酮体、葡萄糖、半乳糖、N-乙酰糖蛋白、天门冬氨酸、异亮氨酸、谷氨酞胺、白蛋白赖氨酰含量均高于血瘀证组，高密度脂蛋白、不饱和脂肪酸、丙氨酸、瓜氨酸、精氨酸、脯氨酸含量均低于血瘀证组，间接说明两组均存在能量和氨基酸代谢紊乱，且痰浊组脂代谢和糖代谢紊乱相对血瘀组较严重；尿液代谢物中，痰浊证组柠檬酸、α-酮戊二酸、顺式-乌头酸、葡萄糖、3-羟基丁酸、丙酮、酪氨酸、肌酐、氧化三甲胺、二甲胺、马尿酸的含量均高于血瘀证组，而胆汁酸、组氨酸的含量低于血瘀证组，提示血浆及尿液中发生变化的代谢物能在一定程度上作为区分CHD 心绞痛不同中医证型的特异性生物标志物。杨小芳等［22］将60例CHD心绞痛患者分为气滞血瘀和气虚血瘀组，同时设置对照组30 例，利用LC-MS对血清样本氨基酸含量进行PLS-DA分析及差异物质基础分析发现，两组差异主要在组氨酸和瓜氨酸的代谢通路上。朱明丹等［23］应用液相色谱串联飞行时间质谱技术分析CHD 痰阻心脉、气阴两虚、气滞血瘀患者及健康人血浆小分子代谢产物，发现气滞血瘀证组中葡萄糖、花生四烯酸、亚油酸含量较高，苯丙氨酸、甘氨酸、高丝氨酸、葡萄糖、磷酸肌酸在气阴两虚证组中含量较低，葡萄糖含量痰阻心脉证组较气滞血瘀证组高。朱萱萱等［24］分别选取CHD 痰阻心脉、气阴两虚、气虚血瘀和气滞血瘀患者作为研究对象，应用GCTOF/MS测定其血清内源性代谢物，并用PLS-DA对其代谢谱分析，结果表明，此法可有效区分疾病组和健康对照组，且可明显区分男性患者气虚血瘀型和痰阻心脉型，及女性患者气虚血瘀型、痰阻心脉型和气阴两虚。程鹏等［25］采用GC/MS 测定CHD痰浊证和气虚证患者血清内源性代谢物，结果显示，痰浊证及气虚证患者代谢物中差异最大的为丝氨酸，其次为缬氨酸、2 羟基丙酸等，比较发现痰浊证丝氨酸、2-羟基丙酸显著高于气虚证组，提示代谢组学可能为中医分型提供一定参考价值。

5 代谢组学在中药防治CHD中的应用

5.1 麝香保心丸姜鹏［26］通过反相液相色谱串联四级杆飞行时间质谱方法，采用PLS-DA 分析，对早期超急性AMI 大鼠血清进行代谢组学相关研究，筛选出14 个特征性标志物，其主要参与炎症、心肌肥大及氧化损伤相关代谢过程，提示麝香保心丸对AMI 大鼠具有预保护作用，并可将皮质酮，醛固酮，考地松以及肾上腺素等标志物调控到正常水平从而抑制疾病发展。向丽［27］结合高效液相色谱/四极杆-飞行时间质谱检测技术，鉴定出27个与AMI 相关的生物标志物，研究表明麝香保心丸对AMI 大鼠的治疗作用主要是通过改善心肌梗死引起的能量代谢异常、氧化损伤和炎症等途径。

5.2 血府逐瘀胶囊/血府逐瘀汤郑娟娟等［28］采用随机数字表法将40例CHD心血瘀阻证患者分为治疗组（西药联合血府逐瘀汤加减方）和对照组（西药），基于气相-飞行时间质谱联用技术，运用PCA和OPLS-DA 检测分析两组治疗前后血浆小分子代谢产物情况，结果显示治疗组治疗后丙酮酸、磷酸甲酯、2-羟基戊酸、木糖醇、D-半乳糖醛酸、胆固醇的含量发生明显变化，对照组治疗前后代谢物差异无统计学意义，推断血府逐瘀汤加减方可能通过调整糖类、脂肪、氨基酸等能量产物代谢而发挥疗效。张开泰［29］指出新血府逐瘀汤可使患者血浆丙氨酸、组氨酸、乳酸、葡萄糖、极低密度脂蛋白、亮氨酸、苏氨酸、柠檬酸的含量发生显著变化，其可能通过调整糖类、脂肪、氨基酸等物质代谢参与疾病的治疗。

5.3 复方丹参滴丸芦勤伟等［30］使用UPLC-QTOF/MS对建立的AMI大鼠进行代谢组学研究，经分析筛选出硫酸对甲苯、马尿酸、雌马酚葡萄糖苷酸等8种可被复方丹参滴丸显著调节的代谢产物，其代谢通路主要包括苯丙氨酸代谢、甘油磷脂代谢、脂肪酸代谢、胆汁酸代谢及鞘脂代谢。刘胤敏［31］通过代谢组学技术对心肌缺血大鼠进行研究，发现复方丹参滴丸干预后，大鼠血浆中延胡索酸、琥珀酸、葡萄糖、柠檬酸等9种内源性代谢物及尿液中葡萄糖、果糖、脯氨酸等9种代谢产物存在差异性变化，其主要通过调节代谢物来改善机体代谢平衡。

5.4 芪参益气滴丸金文敏等［32］基于UPLC/MS技术，将60 只SD 大鼠随机分为正常组、模型组和给药组，并建立AMI 大鼠模型探讨芪参益气滴丸对AMI 大鼠的代谢学作用，结果发现芪参益气滴丸主要通过磷脂代谢、能量代谢和脂肪酸代谢等通路调节尿苷-磷酸等9 个代谢产物的含量变化，从而发挥药效。

5.5 通心络胶囊张凤霞［33］从代谢学角度出发，采用超快速液相色谱-离子阱-飞行时间串联质谱分析技术，将动脉粥样硬化模型大鼠的血浆和尿液作为观察对象，采用PCA 对其代谢途径进行分析，发现在使用中药通心络干预后，大鼠机体中胆汁酸代谢、溶血磷脂酰胆碱代谢和氨基酸代谢等通路呈上调趋势。

5.6 温心方安娜［34］基于超高效液相色谱-高分辨率质谱联用技术，经PCA 和OPLS-DA 分析，初步鉴定出CHD心阳虚证血液中存在38个潜在生物标记物，在温心方治疗干预下，其中有16 个标志物显著回调，其代谢通路主要是核苷酸代谢，由此也肯定了温心方对CHD心阳虚证的确切疗效。

5.7 益气活血类方仇盛蕾等［35］通过脉冲序列实验和LED 实验的PLS-DA 分析结果显示，参元益气活血胶囊可使不稳定型心绞痛患者代谢产物指标回调至接近健康人群，可能与干预脂类代谢、糖类代谢及蛋白质代谢等通路有关。王惠等［36］对SD大鼠MI 模型进行代谢组学研究，发现益气活血颗粒可以使MI大鼠紊乱的代谢产物含量回归正常水平。郑乘龙［37］从代谢学角度出发，指出益气活血方可对MI大鼠血浆及尿液中乳酸、甘油、α葡萄糖等多种能量代谢、糖代谢和脂类代谢起到调节作用。

5.8 伏寒颗粒魏岩等［38］对CHD 先天伏寒证患者血清样本进行1H-NMR 检测，发现伏寒颗粒可通过对CHD 先天伏寒证患者糖脂、能量代谢调节使其代谢产物含量回归正常范围，达到治疗目的。

6 代谢组学在针灸防治CHD中的应用

采用代谢组学有助于从新的角度揭示针灸通过脏腑-经络学说治疗CHD 的机制及规律，为针灸治疗CHD 提供了坚实的科学依据和理论基础，拓宽治疗新思路。

陈亮［39］采用超快速液相-串联质谱联用技术，研究循经取穴、他经取穴和非经非穴对慢性稳定性心绞痛患者血浆代谢物的影响，其中循经取穴组患者治疗后血浆中异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸和缬氨酸呈显著变化，他经取穴组患者治疗前后代谢小分子差异无统计学意义，非经非穴组患者治疗后甘氨酸呈显著变化，结果提示循经取穴影响的代谢分子多，代谢通路广泛，产生效果与心血管相关分子关联度高，临床疗效也更为理想。陈美琳［40］运用电针“内关”穴预处理心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI）大鼠，通过代谢组学技术观察其干预后血清代谢物及代谢通路变化情况，发现电针“内关”可通过调节丙酮酸、氨基酸、酮体、能量等代谢产物使MIRI大鼠糖代谢、丙酮酸代谢、氨基酸代谢、酮体代谢、能量代谢等通路发生改变，达到预保护作用。

7 总结与展望

代谢组学以其独特优势在中医防治CHD 方面进展突出，成效显著，加快了中医现代化的发展。越来越多学者［41-42］认识到从中医角度研究代谢组学治疗CHD 的重要性。随着代谢组学技术的深入挖掘，已有研究证实此项技术对相关疾病中医证型的分析具有关键指导意义，进而为中医疗效评价体系的建立提供了借鉴。但同时也存在相对不足，主要表现为以下几个方面：1）现有的临床研究多为横断面研究，缺少对动态变化过程的探讨，且研究范围多局限，难以构建较为系统的代谢物谱数据库；2）代谢组学对代谢物的检测不够完全，仅能针对部分敏感代谢物显示出特异性，分析能力和灵敏度有待提高；3）代谢组学在CHD 中医证型、中医疗法等领域研究的经验相对欠缺，对病理过程涉及的部分代谢通路机理尚处于探索阶段，还需大量大样本、多中心临床及动物模型试验加以论证；4）代谢组学对中医防治CHD方面的研究正处于雏形阶段，还未与基因组学、蛋白组学等对先天因素研究的生物学手段形成有机统一，从而未充分体现生物学系统的整体性；5）代谢组学技术检测要求高，程序复杂，外界因素易对机体代谢组分产生影响，从而会导致检测结果的不稳定性。

代谢组学的进步为中医现代化发展提供了新契机，相关技术及模式识别的应用为CHD 辨证及治疗提供了更为科学化、客观化和规范化的手段和证据。以代谢组学为核心的系统生物学在中医学领域的广泛应用为今后临床加强对证候本质的深入研究奠定了坚实基础，两者的融合与统一大大促进了中医药事业的繁荣发展。