基于代谢组学的针灸作用机制研究及其应用思路*

方 芳，陈岩波，王艳丽，马育轩，王伟明

(1.黑龙江中医药大学，黑龙江 哈尔滨 150040； 2.黑龙江省中医药科学院，黑龙江 哈尔滨 150036； 3.黑龙江护理高等专科学校，黑龙江 哈尔滨 150301)

代谢组学(Metabolomics)作为系统生物学的一部分，是运用现代分析技术如核磁共振(NMR)、色谱、MS对内源性和外源性代谢物进行定性和定量分析，通过测定系统内所含的所有代谢物如尿液、唾液、粪便等来分析代谢物变化规律的一门学科[1-2]。是系统生物学中继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后的又一重要分支，代谢组学的研究具有全局性和实时动态的特点[3]，已被广泛应用于医学、生命科学和生物学相关的各个领域，如疾病诊断、发病机制、作用机制、中医药科学现代化、药物毒理及安全评价、植物、环境、营养卫生等。

针灸学(Science ofacupuncture andmoxibustion)是以中医理论为指导，研究经络、腧穴及刺灸方法，探讨运用针灸防治疾病规律的一门学科。针灸学作为中医学的重要组成部分，属于中医领域重要的外治方法之一[4]，在整体观念和辨证论治思想的指导下，其内容包括经络、腧穴、针灸方法、临床治疗、针灸医经医籍、实验针灸等。传统医学认为针灸具有疏通经络、调理阴阳、扶正祛邪等作用[5-6]，且多途径、多环节、多层次、多靶点的进行整体调节[7]。针灸以人体五脏为中心、配以六腑，经络为联系通路,腧穴为产生生物学效应的整体[8]，腧穴是脏腑气血输入与输出的主要部位，也是针灸刺激人体的主要穴位。通过穴位刺激产生的生物学效应，传递生物学信息进而发挥作用。

1 针灸与代谢组学的内在联系

针灸在国际标准化进程中的发展机遇与挑战并存[9]，随着针灸学的发展，用现代科学技术手段阐明针灸经典理论的科学内涵已成为传统医药发展的重要方向。将代谢组学技术引入针灸学研究，并利用该技术对脑卒中、失眠、焦虑、功能性消化不良等针灸临床常见疾病的针灸作用机制进行初步探索，有利于揭示针灸疗法临床效应机制。古代研究认为针灸有疏通经络、扶正祛邪、调和阴阳等作用，现代研究认为针灸可通过“神经-内分泌- 免疫”系统调节机体的免疫功能,即针灸通过对免疫细胞、免疫分子的调节以及“针灸-经络-神经内分泌免疫”网络的调节，实现防治疾病的目的。现代医学认为针灸防治疾病的机制是因为经络与淋巴管、血管、神经节段、中枢神经等相关，治疗后可以引起血液中某种活性物质的转变[10]，这种物质的转变可以通过代谢组学技术进行定性或定量的评价。近些年国内外学者进行着大量的临床、实验研究探索代谢组学与针灸的内在联系。针灸学作为中医学的一个重要分支，遵循整体观念和辨证论治思想，与代谢组学的整体观、全局性和动态性相吻合，那么运用代谢组学技术研究针灸领域的疑难问题,对全面、系统地揭示针灸学的科学内涵、促进针灸现代化具有重要意义。

2 代谢组学在针灸研究中的应用

2.1 作用机制研究

针灸作为中医的一种外治疗法，具有操作简便、适应证广、疗效显著、经济安全等优点，其历史悠久，数千年来深受广大患者的青睐，但其产生效应的作用机制尚未明确，现代科学研究的方法和手段还不足以阐明针灸疗法引起的机体生物学的效应，在某种程度上阻碍了针灸现代化的发展进程[11]。而代谢组学技术正好与针灸治疗的多指标、多途径、多靶点的研究相吻合，可以为阐释针灸效应规律和生物学基础提供有价值的信息。

陈茜等[12]采用“标本配穴”电针法研究其对慢性心肌缺血大鼠的心电保护作用及代谢组学的影响，通过核磁共振质谱技术检测相关代谢物信息，利用偏最小二乘分析法分析大鼠血清的差异生物标记物和代谢组学的特点。结果筛选出代谢差异生物标记物葡萄糖、乳酸、肌酸、乙酸、3-羟基丁酸。通过代谢通路分析，“标本配穴”电针防治大鼠心肌缺血的作用机制主要通过对糖、脂代谢及能量代谢的调控实现的。田鸿芳[13]采用隔药灸脐针三阴交法和隔药灸脐法治疗原发性痛经，取尿液样本通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术进行代谢组学分析，结果显示，隔药灸脐针三阴交法和隔药灸脐法治疗原发性痛经的代谢组学机制主要是通过调整患者机体生殖内分泌激素水平，改善患者的神经和免疫通路，进而减轻痛经的疼痛程度，且隔药灸脐针三阴交法较隔药灸脐法更为有效。佘畅[14]应用核磁共振氢谱技术观察艾灸与针刺对慢性萎缩性胃炎大鼠胃组织代谢的影响，从代谢组学角度探讨艾灸与针刺治疗慢性萎缩性胃炎的靶器官及效应响应机制的差异。结果提示，艾灸可促进慢性萎缩性胃炎大鼠胃黏膜的修复和免疫力的提高。同时，艾灸和针刺均可提高慢性萎缩性胃炎大鼠胃组织中EGF、TGF-α、PGE2 的含量，且差异具有统计学意义。

2.2 经穴效应特异性研究

经络与腧穴是针灸产生临床效应的核心和关键物质基础，应用代谢组学技术进行经穴效应特异性研究已成为针灸现代化、国际化研究最重要的发展方向和热点领域[15]。国内学者利用代谢组学技术在针灸经穴效应特异性研究方面进行了初步探索。

于正[16]采用辨证循经的方法针刺治疗原发性高血压患者，收集血浆标本，运用高效液相色谱串联质谱多反应监测技术检测，比较治疗前后患者血浆内靶向代谢小分子的含量变化，从代谢组学角度探讨循经取穴降压的作用机理，研究循经取穴对关键代谢物的调控效应。结果显示，针刺后改变的小分子主要是苏氨酸、色氨酸、尿素、蔗糖、肌醇等，说明循经取穴治疗原发性高血压主要通过调控能量代谢实现的。

钟欢[17]采用艾灸与针刺对正常生理状态及慢性萎缩性胃炎大鼠局部穴区进行治疗，利用核磁共振氢谱技术检测局部穴区组织中代谢物的变化，通过PCA、PLS-DA、OPLS-DA等分析方法对局部穴区组织进行代谢组学分析和差异代谢物筛选。结果艾灸与针刺两种治疗方式对“足三里”穴区组织代谢产生了不同的影响，艾灸主要影响“足三里”穴区组织的能量代谢、核酸代谢、牛磺酸代谢、磷酸胆碱代谢、糖酵解;针刺主要影响“足三里”穴区组织的能量代谢、氨基酸代谢、核酸代谢和糖酵解;艾灸主要调节慢性萎缩性胃炎大鼠局部穴区组织紊乱的神经递质，对能量代谢也起到了调节作用；针刺主要调节慢性萎缩性胃炎大鼠局部穴区组织神经递质的代谢紊乱状态。该研究更加明确艾灸与针刺对皮肤的作用机制差异。陈美琳等[18]采用核磁共振氢谱技术观察电针“内关”穴预处理对心肌缺血再灌注损伤模型大鼠血清代谢物及其代谢通路的影响，分析电针预处理对心肌缺血再灌注损伤模型大鼠预保护作用的代谢机制。具体方法是收集各组大鼠的血清为生物样本，利用核磁共振氢谱技术检测代谢产物，并通过偏最小二乘法进行模式识別。结果电针“内关”穴预处理通过调节糖代谢、氨基酸代谢、酮体代谢、丙酮酸代谢、能量代谢等途径对心肌缺血再灌注损伤模型大鼠起到保护作用。郭玲玲[19]运用一维氢谱核磁共振技术研究SAMP8小鼠血浆、肝肾组织代谢产物谱图的代谢轮廓变化，观察电针“百会”穴、“涌泉”穴进行干预后对小鼠血浆和肝肾组织的代谢轮廓是否有调整以及对小鼠血浆、肝肾组织代谢产物的影响。结果提示电针“百会”穴、“涌泉”穴对血浆代谢轮廓的影响主要是通过对-CH3的调节产生的，对肝组织代谢轮廓的影响主要是通过对葡萄糖的调节产生的，对肾组织代谢轮廓的影响主要是通过对磷脂胆碱和不饱和脂肪酸的调节产生的。

3 讨论

3.1 代谢组学和针灸结合研究的局限性

代谢组学为针灸的进一步发展开拓了新的思路，但仍具有一定的局限性。首先，代谢组学的研究技术方法不同，每种方法都有各自的优缺点，如代谢组学引入针灸的早期研究中大多采用NMR技术,但NMR技术的缺点是检测灵敏度较低，很难同时检测到生物系统中高通量差异较大的代谢产物[20]。近年来，LC-MS技术在针灸的研究中颇多，但其缺点是样本的预处理比较复杂，分析成本较高[21]。而气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术的缺点是只适用于易挥发且稳定性差的样本[22-24]。所以应根据实际情况选择合适的代谢技术。其次，不同代谢产物对最终结果也可能产生一定的差异，如选择血浆、血清、尿液、脑脊液不同的代谢产物对分析结果可能会产生一定影响，因代谢产物干扰因素不可控，如患者个体差异较大，这些外在因素均会影响结果的分析。因此，要求研究者更好的理解和掌握代谢组学、针灸技术，发挥二者的优势，从代谢组学角度深入探索针灸作用的特点和规律，如何将两者有效的结合还需要进一步探索。相信随着技术的进步和发展，针灸与代谢组学的有效结合，将会对针灸的现代化研究带来新的突破和崭新的未来。

3.2 展望

综上所述，通过对文献资料的查阅，采用代谢组学技术对针灸临床效应机制的研究发现，不同的针灸疗法产生临床疗效的代谢机制大多是通过调节某些代谢通路如能量代谢、核酸代谢、牛磺酸代谢、磷酸胆碱代谢等达到治疗目的。针灸作为一种中医外治疗法，遵循中医理论，整体性调节为其最本质的内容。而代谢组学也是通过对代谢产物的检测来反映机体的整体状况。同时针灸可以通过单穴、多穴刺激对机体进行调节，代谢组学也可以通过检测不同的代谢产物反映机体的状况。将二者有机结合，在系统生物学背景下的高通量代谢组学可以识别针灸产生临床效应的潜在作用机制。因此，将代谢组学应用到针灸研究领域, 探索针灸治疗疾病更为有效的疗法及其效应机制，对推进针灸研究的国际化起到积极作用, 对促进针灸理论研究与临床研究的深入发展具有一定的科学意义。