“证治代谢组学”假说的研究思路与实践

王恒和，张富赓，程 刚，刘兴磊，侯雅竹，牛子长，张 妍，王 强，姚 蓥，孙伯驹



“证治代谢组学”假说的研究思路与实践

王恒和，张富赓，程 刚，刘兴磊，侯雅竹，牛子长，张 妍，王 强，姚 蓥，孙伯驹

300193 天津市，天津中医药大学第一附属医院心血管科(王恒和，侯雅竹，牛子长，张妍，王强)；天津市环湖医院药剂科(张富赓)；天津中医药大学研究生院(程刚，刘兴磊，姚蓥，孙伯驹)

【摘要】“证候”基础研究是中医药学现代研究的关键问题之一，是证型规范化和客观化的前提，而代谢组学的方法和技术给“证候”基础研究带来了曙光。通过多年中西医结合临床实践发现，病理状态下不同中医证型间及辨证论治前后患者存在体内代谢物差异，因此在充分回顾、分析既往文献的基础上提出“证治代谢组学”的研究设想。“证治代谢组学”假说以冠心病(CHD)为研究载体，以“证”为切入点，主要探讨基于代谢组学的CHD生化代谢谱与其中医证型的相关性。本文主要介绍了“证治代谢组学”假说的概念与内涵、研究背景、研究依据、研究实践、特色及临床意义。

【关键词】证候；代谢组学；证治代谢组学；冠心病

王恒和，张富赓，程刚，等.“证治代谢组学”假说的研究思路与实践[J].中国全科医学，2016，19(19)：2344-2347.[www.chinagp.net]

WANG H H,ZHANG F G,CHENG G,et al.Research and practice of the hypothesis of "treatment by syndrome and metabonomics"[J].Chinese General Practice，2016，19(19)：2344-2347.

生物个体的代谢网络受特异性“扰动”后会产生一系列的生化反应，产生不同的代谢物组(谱)。通过多年的中西医结合临床实践发现，病理状态下不同中医证型间及辨证论治前后患者存在体内代谢物差异，因而萌发了“证治代谢组学”的研究设想。2007年，在国家自然科学基金重大研究计划项目(90709037)的资助下，关于“证治代谢组学”假说的研究正式启动，今年该研究获得了国家自然科学基金面上项目(81573849)的资助，这为进一步开展“证治代谢组学”假说系列研究提供了重要保障。本文以冠心病(CHD)为研究载体，结合既往研究成果，简要阐述“证治代谢组学”假说的研究思路与实践。

1“证治代谢组学”假说的概念与内涵

生理和病理状态下的生物个体会存在不同的系统生化状态，产生不同的代谢物组。“证候”很可能是机体在各种致病因素和体质、自然环境、社会心理的综合作用下，代谢网络功能发生变化而产生的特异性病理状态。因此，本课题组在结合多年中西医结合临床实践、充分回顾并分析既往研究结果的基础上，提出了“证治代谢组学”假说。“证治代谢组学”是指机体受各种致病因素的刺激和影响后，代谢网络功能发生特异性改变，而不同中医证型间和辨证论治前后患者的体内代谢物组存在特征性差异。其内涵主要包括：(1)不同的生理和病理状态存在不同的物质代谢网络特异性改变，并与中医证型有关，即存在着“证相关代谢谱群”；(2)同一生理和病理状态不同中医证型间存在特征性代谢物组，即存在着“证相关生物标志物”；(3)病理状态下的患者代谢网络功能存在偏离，而辨证论治后呈现代谢网络功能修复的趋势；(4)“证相关代谢谱群”和“证相关生物标志物”可能与中药(单体和复方)药效物质基础、毒副作用及其对疾病个体的整合调节作用有关。

2“证治代谢组学”假说的研究背景

利用代谢组学的方法对中医“证候”进行研究，是中医药现代化发展的必然趋势。“证候”基础研究是中医药现代研究的关键问题之一，是“证候”客观化和微观辨证的前提，也是中西医汇通发展的重要途径和瓶颈。探寻中医“证候”的物质基础，对于揭示中医“证候”实质、中药(单体和复方)药效物质基础及中药对疾病个体的整合调节作用具有重要意义。多年来，中医和中西医结合工作者分别从生理、病理、生化及免疫等结构和功能方面对中医“证候”的物质基础进行了研究，如对脾气虚证、肾阳虚证及肝病等的研究，初步说明了中医“证候”是有物质基础的，但都只停留在部分相关指标变化层面，不足以揭示中医“证候”的物质基础[1]。对于传统中医药这一复杂科学系统的研究，运用还原论是必要的，但不是研究的落脚点和最终目的，研究的最终目的还是要回归其理论体系——整体观，这就要求将认识方法上的还原论、控制论与整体论、系统论结合起来[2]。现代生物学的发展模式是局部→整体、简单线性思维→复杂系统性思维，其迅猛发展已经促进了西方医学的重大变革，对中医药的研究也具有重要的启示作用。因此，必须按照中医药学的固有发展规律，将现代定性与定量相结合的精确检测手段与传统中医“证候”的整体性、开放性、动态性联系起来，探讨可体现中医药学整体观、揭示“证候”客观规律和科学内涵的研究方法与技术[3]。近年来，作为系统生物学重要分支的代谢组学发展迅速，代谢组学具有综合性、集成性及整体性等系统生物学研究的方法学特点，这与传统中医药学的整体观、系统观不谋而合，为中医“证候”物质基础的研究提供了借鉴和可能。

3“证治代谢组学”假说的研究依据

3.1理论依据中医“证候”是疾病发生和演变过程中特定阶段与患者个体所处内、外环境的本质反映，表现为相应的症、舌、脉、形、色、神，可不同程度地揭示病因、病位、病性、邪正盛衰及病势等。同时，“证候”也是疾病演变过程中各病理因素在体质、自然环境、社会心理等综合作用下形成的机体整体反应的病理状态，是一种综合性功能状态，有具体的功能网络和调控中心[3]。不同生理状态下，机体的代谢模式不同，病理状态下也必然存在着对应的代谢物组。代谢物组中各代谢物的水平与个体生长发育、病理状态及所处环境有关，分析个体在不同生理和病理状态下的代谢物组，有利于全面了解该个体的生化状态[4]。运用代谢组学的方法与技术对机体的生理和病理状态进行整体、系统、动态的研究，可揭示与脏腑生理、病理密切相关的代谢产物的变化特征。从代谢组学的角度分析，中医“证候”很可能是人体代谢网络功能发生变化后的一种特异性病理状态，或两者间存在某种对应关系[3]。采用代谢组学方法，对机体的血液、唾液及尿液进行检测，利用关联规则发现等数据挖掘技术、因果发现方法等信息处理技术对病证的特定代谢物组进行分析和鉴定，有利于全面了解疾病的发展过程以及机体的物质代谢途径和代谢状况。可见，采用代谢组学的方法和技术对中医“证候”进行研究是非常必要的，有望成为突破中医“证候”实质研究难点和瓶颈的关键。

3.2实践依据

3.2.1代谢组学方法和技术为“证治代谢组学”假说提供了必要的技术平台代谢组学是研究生物体受外界刺激或影响后所有低分子量代谢产物随时空变化情况，从而探讨生物体系代谢途径的一种研究方法[5-6]。是一种以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模和系统整合为目标的系统生物学分支[7]。代谢组学的主要研究对象为生物体液，血液、唾液及尿液等代谢物的“整体模式”或“指纹”比单一靶标具有更好的一致性和预见性。代谢组学研究方法主要包括数据采集和数据分析，常用的数据采集方法包括色谱、质谱及磁共振。磁共振是代谢组学在提出之初被普遍采用的方法，对样品分析具有普适性，且分析过程中不会破坏样品，但其分辨能力有限、灵敏度不高，对复杂系统的分析尚存在难度；色谱具有高分离度，质谱具有高灵敏度和选择性，该两种方法联合使用的灵敏度则更高，适合分析痕量组分，在代谢组学研究中应用前景良好[8-10 ]。目前，代谢组学的方法和技术已经在疾病诊疗、药理毒理、中药有效成分鉴定等领域得到广泛应用[11]。有学者采用血液标本，以磁共振为检测手段，结合模式识别技术对心血管疾病及其严重程度进行判断，灵敏度和特异度均高于90%[12]。也有国内学者以尿液为研究对象，采用代谢组学的方法和技术对健康受试者和肿瘤患者尿液中的13～15种核苷水平进行检测，识别率高达72%～83%[13-15]。这表明将代谢组学的方法和技术应用于疾病诊断(辨病)的研究已较为成熟，但应用于证型诊断(辨证)的研究尚有待进一步探讨。而近年来代谢组学方法和技术的快速发展，为从多学科、多视角、多层次认识中医“证候”的实质提供了重要的方法学借鉴和必要的技术支撑。

3.2.2中医“证候”相关代谢组学研究为“证治代谢组学”假说奠定了重要基础既往中医“证候”相关代谢组学研究多不成系统，也并未提出明确的“证治代谢组学”概念。近年来以磁共振技术为基础开展的中医“证候”相关代谢组学研究取得了较好的效果，为“证治代谢组学”的系列研究提供了借鉴和可能[16-17]。其中，以磁共振技术为基础开展的CHD中医“证候”相关代谢组学研究结果表明，CHD的中医证型与代谢物组间存在相关性[18-19]。以“证治代谢组学”假说理论为指导，本课题组完成了“心力衰竭气阴两虚证及生脉注射液干预的代谢组学研究”〔国家自然科学基金重大研究计划项目(90709037)〕，并同时开展了“心力衰竭气阳虚证及参附注射液干预的血液代谢组学特征研究”。结果表明，心力衰竭患者与健康对照者的血清代谢谱存在明显差异；心力衰竭患者的代谢网络偏离正常，气阳虚证存在特定代谢物组，参附注射液干预后呈现代谢网络修复趋势[20]，这为“证治代谢组学”假说奠定了重要基础。

4“证治代谢组学”假说的研究实践

4.1CHD在“证候”研究方面具有良好的基础、丰富的资源和临床经验CHD是目前危害较大的心血管病之一[21]，居我国成年人心血管病住院和死亡原因的首位，且发病率和死亡率呈逐年上升趋势[22]。CHD属中医学“胸痹心痛”“厥(真)心痛”范畴。自20 世纪70 年代，我国便开始了CHD中医证型的客观化研究，其辨证逐步进入到微观领域。近年来，我国关于CHD的研究已经逐步进展到分子水平，对其中医证型的研究也广泛结合了微观指标和量化手段，研究成果较为丰硕，促使CHD的中医辨证论治体系更加规范和客观。随着中医药的现代化发展和循证医学思想的进一步深入，已有学者对CHD中医证型和西医客观指标的相关性进行研究，结果显示不同中医证型CHD患者的危险因素、分子生物学指标以及心电图、心功能、冠状动脉造影等检查结果存在差异[23]。目前，代谢组学的相关技术已经被应用到CHD的发病机制、诊断及治疗研究等方面，且已取得了初步成果[24-26]，这为CHD中医“证候”实质的研究提供了基础。

4.2利用代谢组学的方法有望阐释CHD的中医“证候”实质中医“证候”是机体内外环境变化后产生的特异性病理状态，具有系统性、多维性及动态性等特点。目前，CHD的中医“证候”研究多选用单一指标，缺乏特异性，仅能反映中医“证候”实质的某一方面，无法揭示机体的整体反应变化规律。因此，在现有研究基础上探讨特异度较高、可指导辨证分型的临床指标十分必要。这就要求进一步的研究必须以中医学整体观为指导，以现代生物学系统论为基础，采用代谢组学方法和技术，明确CHD的生化代谢物组特征及其与中医“证候”型的相关性，探讨与中医“证候”有关的多因素调节网络，阐释CHD的中医“证候”实质[27]。CHD的中医辨证可分为心血瘀阻、气阴两虚等共8种证型[28]，这些经过长期临床实践总结出的理论知识必然存在一定的科学内涵，对CHD的辨证论治发挥着重要的指导意义。另外，中医学认为“心为五脏六腑之大主”，主神志和血脉，为各脏器的调节中心。心脏病变必然会影响到多脏器的活动和代谢过程，并最终在代谢产物中体现出来。因此通过代谢组学研究，将生物信息学等多学科的方法和技术与中医“证候”学研究关联起来，有助于全面了解“证候”的演变过程及其相关物质的代谢途径。同时，因为基因和蛋白的微小变化会在代谢物中得到放大，因此代谢组学研究相对容易，且有助于“证候”相关生物标志物的发现，可以用来阐释CHD的中医“证候”实质，达到辅助临床辨证的目的。

4.3以“证治代谢组学”假说为指导，以CHD为研究载体，从代谢组学角度阐明CHD的中医“证候”实质气阴两虚证和心血瘀阻证是CHD中较为典型的两个证型，在常见重要中医“证候”中也具有一定代表性，比较适合作为研究切入点。本课题组以“证治代谢组学”假说为指导，设计开展了“基于代谢组学的CHD生化代谢谱与其中医证型的相关性研究”〔国家自然科学基金面上项目(81573849)〕。以CHD为研究载体，以“证”为切入点，以气阴两虚证和心血瘀阻证患者为研究对象，抓住“证候”的关键问题，采用代谢组学方法并综合运用中医学、生物学、化学和信息学等多学科理论、方法及技术，比较并分析了CHD气阴两虚证和心血瘀阻证患者尿液和唾液中的代谢物组差异；从代谢组学角度阐明中医“证候”的多因素调节网络，探讨CHD的中医“证候”实质，并明确相关证型的病变过程和机体内物质代谢途径，这对揭示CHD中医“证候”的科学内涵具有十分重要的意义。

5“证治代谢组学”假说的特色

“证候”基础研究是中医药学现代研究的困境之一，代谢组学的方法和技术给“证候”基础研究带来了曙光。为此，我们提出了“证治代谢组学”的研究假说，其创新和独特之处在于：(1)总体思路注重现代系统生物学和传统中医学的交叉与融合，开创了一个具有广阔应用前景的中医药现代研究新领域，对揭示中医“证候”实质和辨证论治的科学性均具有启发。(2)提出了“证相关代谢谱群”和“证相关生物标志物”概念。不同病理状态存在不同的物质代谢网络改变，并与中医证型间存在相关性；同一疾病状态不同中医证型存在着特征性代谢物组。(3)中医药(单体和复方)辨证论治后机体呈现代谢网络功能修复的趋势，为间接阐释中药的药动学规律和药效物质基础提供了可行性新思路，也为从代谢组学角度揭示中医药对机体的整合调节作用提供了可能。(4)“证治代谢组学”假说除概念与内涵外，还包括机体可能存在着至今鲜为人知的与证、治相关的特殊代谢规律。(5)如果能从理论和实践上论证中医“证候”在体内的定性、定量检测，发现不同证型间的特异性代谢物组和生物标志物，就可以揭示中药(单体和复方)方证的科学内涵和药效物质基础。

6“证治代谢组学”假说的临床意义

进行“证治代谢组学”假说系列研究具有重要的理论价值(学术价值)和实践价值：(1)在“证治代谢组学”假说的指导下，进行中医“证候”实质和中药辨证论治后“证候”演变规律的代谢组学研究，将开辟中医学、中西结合医学、现代中药学及方剂学的研究新局面。(2)借鉴代谢组学的方法和技术，对中医“证候”实质进行研究，可以为中医“证候”规范化和客观化研究提供新思路和新线索，也可以为中医药的现代化和国际化推广开辟新方向。(3)从代谢组学角度阐明中医“证候”的多因素调节网络，阐释中医“证候”实质，并探索相关证型的病变过程及机体内物质代谢途径，对揭示中医“证候”的科学内涵以及中药(单体和复方)药效物质基础具有重要的现实意义，也为从代谢组学角度揭示中医学辨证论治的科学性和中医药对机体的整合调节作用提供了可能。相信随着“证治代谢组学”研究的深入开展，中医药现代化研究定会得到重大突破，这也将有力地促进中医药走向世界。

作者贡献：王恒和负责课题设计、论文撰写、成文并对文章负责；张富赓、侯雅竹、牛子长、张妍进行资料收集、整理；程刚、刘兴磊、姚蓥、孙伯驹协助资料翻译与校对；王强进行质量控制与审校。

本文无利益冲突。

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(本文编辑：王凤微)

Research and Practice of the Hypothesis of "Treatment by Syndrome and Metabonomics"

WANGHeng-he,ZHANGFu-geng,CHENGGang,etal.

DepartmentofCardiology,FirstTeachingHospitalofTianjinUniversityofTCM,Tianjin300193,China

【Abstract】The basic research of TCM syndromes is one of the key problems in the modern research of TCM,and is the premise for the standardization and objectivity for TCM syndrome types.The method and technology of metabonomics provide a new boost for the basic research of TCM syndromes.By multiple years of clinical practice of TCM combined with WM,it has been found that there are differences in metabolites in patients among different TCM syndrome types and between before and after syndrome differentiation.Therefore,based on the adequate review and analysis of the previous literature,the hypothesis of "treatment by syndrome and metabonomics" was suggested.With coronary heart disease(CHD) as the research carrier and syndrome as the entry point,the hypothesis of "treatment by syndromes and metabonomics" is to investigate the correlation between CHD biochemical metabolism spectrum based on metabonomics and TCM syndrome types.The paper introduces the concept and connotation,the background,basis and practice of research,features and clinical value of the hypothesis of "treatment by syndrome and metabonomics".

【Key words】Symptom complex;Metabolomics;Treatment by syndromes and metabonomics;Coronary disease

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81573849)

通信作者：王恒和，300193 天津市，天津中医药大学第一附属医院心血管科；E-mail：henghewang@126.com

【中图分类号】R 541.4

【文献标识码】A

DOI：10.3969/j.issn.1007-9572.2016.19.026

(收稿日期：2016-03-20；修回日期：2016-05-23)

·中医·中西医结合研究·