基于系统生物学组学技术的中医药防治高血压研究进展

钱丽超 任帅 陈莉 骆天炯

系统生物学相关研究近些年来发展迅速，系统生物学主要包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等现代技术，是一门研究生物系统中基因、蛋白质、代谢物等全部组成成分的构成和相互之间关系的综合学科[1-3]。祖国传统医学通常注重强调整体观念和辨证论治，其理念在一定程度上与系统生物学的整体思想有一些共通之处[4]。系统生物学为中西医更好地结合提出了一个可行的重要思路，为祖国传统医学的微观化、可视化、客观化指出了一个可行的方向，可以全面地动态观察疾病及药物干预的整个过程，近年来系统生物学与祖国传统医学方面的相关研究取得了一定进展，但仍有较大的研究空间，如何更好地将系统生物学与中医学理论结合在一起是我们今后临床和科研需要深入思考的一个方向[5,6]。高血压病是全球死亡的主要风险因素，其发病率高、并发症较多、知晓率较低、治疗和控制率均较有限，高血压病长期以来都是困扰全球患者的常见病之一。目前现代医学在控制血压方面有一定疗效，但有部分患者血压仍控制不住，且有一些患者用药后不良反应和并发症明显，而祖国传统医学在高血压病及其并发症防治方面取得很好的效果，且历史悠久，不良反应较少，在临床上运用广泛、疗效突出。但由于祖国医学的特点是大多运用中药复方治疗高血压及其并发症，而中医复方存在多成分、多靶点、多通路等特点，因此其原理和内在特有疗效靶点一直以来较难明确，较难受到国际社会的广泛接受和认可。运用现代药理学研究其独特理论的机制目前还不够深入，而恰巧系统生物学也具有多内容、多途径、多方法、多成分等特点，是一门强调和关注整体的综合学科，系统生物学的内在理论与祖国传统医学中药复方的多成分、多靶点、多通路等具有一定的共通性与相似性，因此进一步深入探讨系统生物学与中医药防治高血压病及其并发症的相关性有重要意义。近年来，基于系统生物学防治高血压的现代医学方面的研究发展迅速，为中医药基于系统生物学防治高血压病及其并发症提供了很好的参考和基础，为中西医结合防治高血压提供全新的重要思路和思维方向。

1 基因组学与高血压

基因组学是系统生物学的重要组成部分，其主要研究内容是基因的组成、结构与功能，具体包括基因组测序、基于单核苷酸多态性的基因分型、表观基因组学等技术[7]。近年来，基因组学与高血压相关的研究越来越多，通过基因组学方法深入中医药防治高血压病的研究也应运而生，越发深入。

目前，高血压基因组学研究已经成一大为研究热点，越来越多的专家及学者认识到基因组学与高血压的密切关联，现代医学在高血压基因组学领域已取得较多发现与成绩[8-12]。Mo等[9]研究发现在中国汉族人群中，rs10224002与外周血中PRKAG2基因表达密切相关，与对照组相比，PRKAG2在高血压患者中明显表达，该结果提示，在中国汉族人群中，单核苷酸多态性rs10224002可能与高血压有密切关系。近几年来，全基因组关联研究(GWAS)规模也在不断扩大，进一步的基因位点鉴定在高血压研究中不断被重视。基因组学在发现潜在药物靶点、风险分层和基因治疗方面的研究不断深入，基因组学在药物风险评分、药物选择和药物遗传学等方面不断表现出其特有的优势，近年来，对表观基因组关联分析(EWAS)的研究越来越多[10]，EWAS结合基因表达分析已鉴定出6个基因(TSPAN2、SLC7A11、UNC93B1、CPT1A、PTMS和 LPCAT3)存在着甲基化，和高血压密切相关。

葛丽等[11]研究发现新疆地区哈萨克族人群的RASS基因多态性与其高血压患病率密切相关，结果表明新疆地区哈族人群的I及D基因可能是其高血压病的重要危险因素，此外，此次研究发现汉族RASS基因多态性可能与高血压肾损害的发生有重要联系。另外，相关研究探讨了中国慢性肾脏病(CKD)患者非肌肉肌球蛋白重链9(MYH9)基因多态性与高血压的相关性，结果表明MYH9的rs3752462多态性与慢性肾病患者的高收缩压风险密切关联，显性模型中的T等位基因与高收缩压风险密切相关[12]。随着基因组学在高血压病及其并发症领域的不断深入渗透，近年来，中医药在高血压基因组学方面的研究也应运而生，近年来，多项研究结果表明高血压的药物治疗效果与基因密切相关[10-12]。目前笔者发现中医药治疗高血压及其并发症在基因组学方面的研究相对较少，更多地运用于明确高血压中医证候类型方面的研究，使高血压中医证候类型可视化、微观化、标准化，基因组学技术可以为中医药防治高血压病、观察中医药治疗高血压病及其并发症疗效方面做出自己的一份贡献。

2 蛋白质组学与高血压

蛋白质组学是系统生物学的重要组成之一，术语蛋白质组学是马克·威尔金斯于1994年首次提出的研究有机体的特定时间的蛋白质组。蛋白质组学主要致力于研究细胞内生命过程中动态变化的蛋白质组成、表达水平、修饰状况、蛋白质之间以及蛋白质与其它生物分子之间的相互作用，越来越多的研究表明蛋白质组学与高血压病密切相关[13，14]。

近年来，蛋白质组学与高血压病及其并发症的研究逐渐深入，越来越多的学者认识到蛋白质组学在高血压病中的重要作用。Lee等[15]的研究报道了运用2D凝胶电泳和MALDI-TOF/TOF-MS/MS法研究自发性高血压大鼠和Wistar-Kyoto大鼠蛋白表达谱，确认了7个在2种大鼠细胞间差异表达的蛋白质。这种差异与二氢生物蝶啶还原酶表达减少和四氢生物蝶呤再生及血管氧化应激形成密切相关[16]。Hatzioanou等[17]通过研究发现氯离子胞内通道蛋白4(CLIC4)在高血压早期的近端小管过度表达，表明CLIC4可能是一个有用的高血压肾硬化早期检测肾小管变化的标志物。胡小勤等[18]研究发现高血压气虚血瘀证和肝阳上亢证患者存在差异蛋白点，蛋白质组学可以使高血压证候类型辨证更加可视化、客观化、微观化，为高血压的中医辨证的客观性提供一个切实可行的新思路。褚瑜光等[19]研究发现高血压痰湿壅盛证患者蛋白质组学有其特异性。杨波等[20]研究发现高血压脑出血肝阳化风证及阴虚风动证患者存在蛋白质差异表达；通过质谱发现肌动蛋白、假想蛋白、纤维蛋白原α链前体是高血压脑出血肝阳化风证及阴虚风动证的3个差异表达蛋白；与对照组相比，脑出血肝阳化风证组、阴虚风动证组的肌动蛋白表达减少，肌动蛋白在肝阳化风组较阴虚风动证组升高；脑出血肝阳化风证组中纤维蛋白原α链前体表达增多，高血压脑出血阴虚风动证组纤维蛋白原α链前体表达降低。冯昱斌[21]研究发现，潜阳育阴颗粒可有效抑制SHR大鼠肾组织P-ERK、P-JNK、P-P38蛋白表达，该含药血清能有效抑制AngⅡ诱导HMCs的细胞増殖，并可能存在剂量依赖性。前述各种研究揭示了蛋白质组学在中医药防治高血压中已有一定进展，但仍很大进步空间。为了充分发掘蛋白质组学在高血压防治中的潜力，需要深入、标准化的大规模研究。此外，目前对高血压并发症的中医药治疗相关蛋白质组学研究还较少，运用蛋白质组学防治高血压及其并发症是一个重要方向。

3 代谢组学与高血压

代谢组学是通过分析生物体系受刺激或扰动前后代谢产物图谱及其动态变化研究生物体系的代谢网络的一种技术[22]。近年来，代谢组学在疾病的诊治中运用越来越广泛，代谢组学与中医的相关性研究也越来越多[23-25]。

在代谢组学方法中，所有代谢产物都是可以检测出来的。因此，它可以较好地运用于描述高血压的整个病理过程[26]。祖国传统医学强调个性化诊断，与自然医学相比，祖国传统医学更多主要是基于症状来诊治疾病的。根据祖国医学理论，高血压在中医上常可分为四种证候类型，肝火亢盛、阳虚阳亢、痰浊壅盛及阴阳两虚型。相关研究结果发现，与健康对照组相比，肝火亢盛型高血压患者的尿酸和血液标本中氨基酸和葡萄糖代谢出现了显著异常，研究者通过进一步比较发现，肝火亢盛型高血压患者的去甲肾上腺素、己酸和花生四烯酸代谢也有显著异常[27-30]。相关研究结果表明与其他证候类型及正常组相比，尿酸可能是痰浊壅盛型的生物标志物[27]。与肝火亢盛型相比，痰浊壅盛型的代谢模式表现为柠檬酸、丙氨酸、低密度为特征脂蛋白(LDL)，极低密度脂蛋白(VLDL)的表达显著上升，以及血液中葡萄糖、赖氨酸、脯氨酸、乳糖表达相对减少。相关研究发现模型组和钩藤组大鼠尿液代谢标志物中存在12个差异代谢标志物[28]。蒋海强等[29]研究揭示了高血压肝阳上亢证可能与磷脂代谢、脂肪酸代谢和花生四烯酸代谢的异常密切相关。陈艺[30]研究发现高血压病肝火亢盛证患者与阴虚阳亢证患者代谢组学变化存在显著差异。与肝火亢盛证组高血压患者相比，阴虚阳亢证组高血压患者的天门冬氨酸氨基转移酶、三酰甘油显著升高。柠檬酸盐、草酸盐、二氧化庚酸、甘油酸盐、软酸盐、乙醇胺、肌醇、油酸、硬脂酸、门冬氨酸、苏丁糖酸、软脂酸在肝火亢盛证组与阴虚阳亢证组高血压患者中有显著差异。相关研究发现单十六醛丙三醇，β-右旋-6吡喃型葡萄糖等是高血压病痰湿壅组的代谢组学生物标志物[31]。有相关实验结果发现，肝火亢盛型高血压DD基因型分布频率女性较男性升高[32,33]。相关研究初步找到痰湿质和阴虚质高血压患者的特异代谢标志物，痰湿质高血压的主要特异标志物有半胱氨酸、苯丙酮酸、棕榈酸和二十二碳六烯酸，阴虚质高血压的主要特异标志物有马尿酸、棕榈酸、肌酸[34]。有研究发现肝阳上亢型高血压患者的潜在特异代谢标志物是氨基酸代谢、糖代谢、脂肪酸[35，36]。王宇[37]研究发现高血压肝阳上亢证的潜在特异代谢指标是精氨酸和脯氨酸、牛磺酸以及丙氨酸。有研究发现氨基酸、脂质和尿素是阴虚阳亢证高血压的特异性标志物[38]。多项研究发现高血压不同证候类型及不同体质患者体内有不同的差异代谢物，代谢组学可以使中医证候类型及体质微观化、可视化[39-41]。刘飞等[42]研究结果显示，阳虚体质患者体内潜在特有标志物为乳酸、N-乙酰糖蛋白、谷氨酰胺以及氧化三甲胺。代谢组学在中医药防治高血压方面的研究越来越深入，为中西医结合防治高血压提供了全新的思维模式。

代谢组学是系统生物学方法中的一种，祖国传统医学包括草药和其他非药理学的干预，不仅显著地重新平衡代谢流量，但也会引起网络范围的重组。药物代谢组学可以为监测中医药的安全性和可能的中药间内在的相互作用作出一份力量。在未来的中医药防治高血压研究中，可以进一步探讨其作为网络药理学的必要组成部分，识别新的“网络目标和多个组件”，将代谢组学与中医辨证论治高度结合，代谢组学有望为高血压病的中医辨证分型提供一定的客观依据[43]，使中医辨证可视化、微观化、客观化、标准化、现代化，更好地被国际市场所接受。代谢组学相较于基因组学和蛋白质组学而言，能更好地从结局上去观察生物体内的生命活动、疾病的发展及药物的疗效，在测量中医治疗高血压引起的代谢编辑反应、减少不良反应等方面也有其独特的优势。

4 系统生物学与高血压[44]

系统生物学实质上是一种整合学科[45-48]，基因组学、蛋白质组学、代谢组学等都是其重要组成部分，它可以很好地体现疾病的整个病理过程。祖国传统医学强调整体观念、辨证论治，中医复方具有多成分、多靶点、多通路等特点，这些特点与系统生物学的内在整体理念具有一定的共同性，系统生物学在一定程度上体现了祖国医学的本质，给中医药防治高血压及其并发症提供了一个全新和开阔的思路。现代医学基于系统生物学防治高血压的迅猛发展，也不断为中西医结合防治高血压提供借鉴及全新的思路。

高血压是一种复杂性疾病，其并发症较多，严重危害人类健康，现代医学对其并发症治疗有一定疗效，但仍然有部分患者效果不显著、不良反应较明显等，且现代医学对高血压的各种并发症治疗手段及疗效较有限[49，50]，而中医药在高血压及其并发症方面历史悠久、经验丰富、疗效显著。临床上常基于整体观念和辨证论治理念来防治高血压及其并发症，单独采用某种方法很难全面地分析和观察中医药防治高血压及其并发症的机制，目前对于中医药防治高血压及其并发症相关研究多从某个组学或角度进行研究，从系统生物学整体和多种组学技术的整合方面较少，如何更好地运用系统生物学，通过多种组学技术去研究中医药防治高血压及其并发症是我们今后临床和科研生活中需要进一步思考的问题。

系统生物学方法有助于中西医更好地结合，使高血压病及其并发症的证候类型辨证更加客观化、可视化、微观化，使中医药防治高血压及其并发症的疗效途径、机制探讨更加深入和全面化。近年来，现代医学基于系统生物学相关研究发展迅猛，不断推出先进技术与手段，系统生物学在中医药防治高血压及其并发症研究方面仍有很大空间，着眼于系统生物学整体、跟进现代医学先进手段、注重多种组学技术的整合是中医药防治高血压及其并发症的重要研究方向及全新思路。