基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础的研究思路与实践＊

王恒和，王苗森，吕双宏，张寒芳，赵梦竹，占思颖

（1. 天津中医药大学第一附属医院 天津 300193；2. 南京医科大学第一临床医学院 南京 211166；3. 天津中医药大学研究生院 天津 300193）

中药（单体/复方）药效物质基础研究是中医药学现代研究的几个关键问题之一[1]，亦是揭示中医药防病、治病和养生保健科学内涵的重要瓶颈。然而，目前评价中药（单体/复方）疗效的指标仍主要取决于患者的自报告和临床医生的主观判断而形成的经验总结，采用分子生物学的方法和部分生化指标在简单机制的药理模型及分子水平探析中药（单体/复方）的疗效和作用机制，这对阐释中药（单体/复方）对疾病个体的整合调节作用（多靶点、整体性和动态性）尚缺乏令人信服的证据[2]。因此，应当遵循中医药学自身的发展规律，基于现代定性定量相结合的精确检测手段与中药（单体/复方）对疾病个体的整合调节作用特点，探寻可体现中药（单体/复方）多靶点、整体性和动态性、揭示其药效物质基础的研究方法与技术[3]。

为此，本课题组提出了基于“证治代谢组学”假说[4]进行中药（单体/复方）药效物质基础研究的设想，本文就该研究思路的内涵、提出的背景与依据、实践的方式与可行性、创新与特色及其研究意义等方面进行介绍。

1 基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究思路的内涵及模式

1.1 研究思路的内涵

“证治代谢组学”假说[4]指出，不同中医证候存在着各自的代谢物组，即证相关代谢谱群和证相关生物标志物。为此，本课题组提出了基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究总体思路，其内涵主要包括：①中药（单体/复方）作用于机体后，可能通过调节多条代谢通路，以引起机体内源性特异性代谢物组变化，产生特征性的代谢标志物群和生物标志物，使偏离正常的代谢网络功能呈现修复的趋势，从而改善其病理状态；②这些特异性代谢标志物群和生物标志物可能是中药（单体/复方）的药效物质基础所在，也是中药（单体/复方）发挥防病治病和养生保健作用的部分内源机制，亦可能是其对疾病个体整合调节作用的具体体现；③中药（单体/复方）作用于机体产生的毒副作用也可能与这些特异性代谢标志物群和生物标志物有关。

1.2 研究总模式图

如图1所示。

图1 研究总模式图

2 基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究思路提出的背景

利用代谢组学的方法研究中药（单体/复方）药效物质基础及对疾病个体的整合调节作用是中医药现代研究的必然趋势。21 世纪是一个信息爆炸的时代，科学技术突飞猛进，代谢组学（Metabonomics）作为系统生物学的重要分支也发展迅速，综合性、集成性及整体性的系统生物学研究方法是其重要特点。这与传统中医药学防病治病和养生保健的整体观、系统观是一致的，为“中药（单体/复方）”药效物质基础研究提供了借鉴和可能[4,5]。中药（单体/复方）成分相对复杂，对机体产生的影响不会只体现在单一的某一靶点、某一组分或某一器官，其效用体现的是机体的整体变化，可以影响到机体的各个部分，也就影响到了机体的各个代谢组分。代谢组学强调把生物个体在一定生化和环境条件下的所有代谢物组分，通过整体分析方法对全部的这些小分子代谢物进行非靶向的定量测定；通过测定生物个体受刺激或干预后其代谢产物的变化或其随时空的变化来研究该生物体代谢网络在疾病和药物作用下的变化[6-8]。代谢组学注重把人作为一个系统来研究，并且在方法学上具有无创、动态、接近生理状态研究等特点，跟中药（单体/复方）防病、治病具有多靶点、整体性和动态性的整合调节特点很相近，这为中药（单体/复方）的现代研究带来了曙光[9-11]。因此，应用代谢组学的方法和技术研究中药（单体/复方），一方面能相对全面地了解药物在机体内的代谢情况，利于探寻药物的药效物质基础和作用机制；另一方面，又充分符合了中医学整体观，即中药（单体/复方）对疾病个体整合调节的特点，这也许有望成为中药（单体/复方）药效物质基础研究的一个突破口。

3 基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究思路提出的依据

3.1 理论依据

本课题组提出了“证治代谢组学”新假说[4]，其内涵主要包括：①生物个体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，并与中医证候有关，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病理状态下的代谢网络功能存在偏离，而辨证论治后呈现修复的趋势；④“证相关代谢谱群”和“证相关生物标志物”可能与中药（单体/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。该假说为中药（单体/复方）药效物质基础研究提供了重要的理论依据。

3.2 实践依据

基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究的相关工作积累为本研究思路奠定了重要的工作基础。参照“证治代谢组学”假说理论，本课题组设计、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”（国家自然基金，NO：90709037/C190103，2011年4月22 日国家自然科学基金委结题验收，结题号：30007402-4060）发现：心衰患者的代谢网络功能偏离正常，气阴两虚证存在特异的生物标志物，生脉注射液干预后呈现代谢网络修复的趋势。2015年获得了国家自然科学基金面上项目的资助，设计并完成了“基于代谢组学的冠心病生化代谢谱与其中医证型的相关性研究”（NO：81573849，已结题），本课题组发现，与健康受试者相比，冠心病受试者唾液的显著性差异代谢物有15种，尿液的显著性差异代谢物有21种；冠心病心血瘀阻证与气阴两虚证患者唾液的显著性差异代谢物有7 种，尿液的显著性差异代谢物有6 种。这为进一步开展基于“证治代谢组学”假说的中药（单体/复方）药效物质基础研究提供了借鉴和可能。近年来，本课题组完成了国家自然科学基金“参麦注射液对心衰犬地高辛药动学的影响及机制研究”（NO：30371752）、国家中管局“生脉注射液对心衰患者地戈辛血浓度影响机制研究”（NO：02-03ZP17）、天津市教委“参附注射液对心衰大鼠地高辛药动学的影响”（NO：20030111）、“生脉注射液对心衰大鼠地高辛药动学影响的实验研究”（NO：020342）等各类基金课题多项，发表了相关研究成果[12-16]，并就冠心病中医证候客观化研究、六五一丸（651 丸）治疗冠心病心绞痛的临床疗效[17-19]等问题进行了研究，在证候基础、药效/药代和药效物质基础研究方面积累了一定经验。

4 基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究思路的实践方式与可行性

以冠心病为研究载体、气阴虚血瘀证为切入点、活血保心丸（651 丸）为干预措施，基于“证治代谢组学”假说理论，借鉴代谢组学的方法和相关技术进行中药（单体/复方）药效物质基础研究实践是可行的。

4.1 代谢组学在冠心病证候基础及其发病机制研究方面成果丰硕，为本研究思路的开展在方法学上奠定了坚实基础

冠心病（Coronary heart disease，CHD）是冠状动脉粥样硬化、血管狭窄而致心肌缺血缺氧的一组临床综合征，同时亦是一种代谢紊乱性疾病，其病因主要涉及环境和遗传因素，二者相互作用可能影响机体多种代谢网络功能，进而引起血液、唾液和尿液等体液中各种代谢物含量的变化。因此，表征、辨识血液、唾液和尿液等体液的中代谢物及其水平变化有望诠释疾病发生发展的病理生理学机制[20]。作为系统生物学重要分支的代谢组学是对生物个体（细胞、组织或器官）中全部分子量＜1000 Da 的代谢产物进行鉴定分析，现已广泛应用于心血管疾病研究。通过对CHD 患者及模型样品中多种小分子物质进行非靶向定性定量分析，探寻CHD 患者内、外环境改变后其体内代谢产物水平的变化特征，发现与疾病发生发展相关的标志性代谢物组，有利于CHD的防治关口前移[21-23]。

近年来，有很多学者借助代谢组学技术对CHD 做了相关的研究，并发现了潜在的CHD 相关代谢标志物群，如氨基酸代谢异常，胆碱代谢异常，磷脂代谢异常以及与CHD 相关的其他代谢标志物。在CHD 气虚证、血瘀证和气阴两虚证领域，已有大量的研究，为本研究思路的实践奠定了重要的方法学基础。代表性研究有：史琦等人利用代谢组学技术筛选出气虚证的特征性代谢产物包括乙酞补氨酸、赖氨酸、缬氨酸和肉碱[24]，缬氨酸和丙酮有可能作为CHD 血瘀证的特异代谢产物[22]。新近有学者开展了一些基于核磁共振技术的CHD 血瘀证和气阴两虚证动物模型的代谢组学研究[25-26]表明，CHD 不同中医证型与代谢物组谱存在一定的相关性。而对于CHD 气阴虚血瘀证复合证型的研究则相对较少，目前仅见于华何与等团队的研究[27-28]。该团队对CHD心血瘀阻、气滞血瘀、气虚血瘀三种证型进行代谢组学研究，结果表明气虚血瘀证患者血浆代谢产物较心血瘀阻证和气滞血瘀证差异显著，但心血瘀阻与气滞血瘀两证型组间无明显差异；同时，发现CHD 不稳定性心绞痛痰浊痹阻证与气虚血瘀证患者血清代谢物组及其水平有明显不同，两证型组间的存在各自的特异性代谢标志物，能辅助区分上述两种证型[29-31]。

4.2 活血保心丸作为益气养阴活血的中药复方制剂，治疗CHD 的临床疗效确切，开展其药效物质基础研究具有重要意义

CHD 属医学“胸痹”“心悸”“心痛”等范畴，病机以“阳微阴弦”为统领，证属本虚标实；本虚以气虚、阴虚、阳虚为主，标实以痰饮、血瘀以及寒凝为要[17]。心之气虚阴虚是CHD 发病的病机关键，而血瘀、痰饮是其重要的病理基础；气阴虚血瘀为最突出的病理改变，这与现代医学的认识是相符的[17]。国内学者研究发现，气阴虚血瘀是CHD 的主要病机[32]，气虚、阴虚、血瘀则为CHD 最常见的证素[33]，其中医证型以气阴虚血瘀型最为多见[34，35]。新近几年的研究显示，运用益气养阴活血治法防治CHD 获得了较为满意的临床疗效，相应的对其物质基础研究与内源机制探讨已成为备受关注的重大课题[36，37]。

活血保心丸又名六五一丸（651 丸），是我院结合冠心病的病机特点创制的用于慢性稳定性心绞痛治疗的院内制剂，功擅益气养阴，活血通脉[17]，临床已运用六十载，疗效确切，但目前有关其药效/物质基础研究甚少。本课题组前期临床研究[17]显示，活血保心丸可明显改善CHD 气阴虚血瘀型患者的临床症状，提高运动耐力和生活质量，近远期疗效均较好[17]。药理研究表明，活血保心丸中党参、麦冬、五味子、鸡血藤等主要药味可扩张冠状动脉、降低心肌氧耗、调节血压、血脂、血糖和改善血液流变学等，这或许是活血保心丸防治冠心病的某些药效机制[16，17]。然而，就益气养阴活血复方活血保心丸对CHD 气阴虚血瘀证心肌血供的具体影响以及其改善心肌血供的药效物质基础研究，目前还未见报道。本课题组认为，活血保心丸作用于机体后，可能通过调节多条代谢通路，以引起机体内源性特异性代谢物组变化，产生特征性的代谢标志物群，从而改善心肌缺血缺氧状态，使偏离正常的代谢网络功能呈现修复的趋势。因此，在“没有全民健康就没有全面小康”的新时代，加强对中药优势品种的保护和优秀院内制剂的二次开发，惠及众多百姓，利用代谢组学的方法和技术开展中药（单体/复方）药效物质基础研究就显得尤为重要。

4.3 以“证治代谢组学”假说为指导，采用“病-证结合”研究模式，以CHD 为研究载体，借鉴代谢组学方法有望发现活血保心丸治疗CHD的药效物质基础

气阴虚血瘀证是临床上CHD 最常见的和最具代表性的证候类型[32-33]，比较适合选择作为研究切入点。以本课题组提出的“证治代谢组学”新假说[4]为指导，采用“病-证结合”研究模式，以CHD 为研究载体、“气阴虚血瘀证”为切入点、活血保心丸为干预措施，并设益心舒胶囊（主治气阴两虚血瘀型CHD）为阳性对照，在前期“基于代谢组学的冠心病生化代谢谱与其中医证型的相关性研究”（国家自然基金，NO：81573849）基础上，借鉴代谢组学方法探讨活血保心丸对CHD（胸痹心痛）气阴虚血瘀证小型猪模型心肌血供影响及其可能的机制；并利用液相色谱质谱（LC-MS）联用等现代分析技术分析活血保心丸干预前后小型猪的血清和尿液，通过模式识别等方法进行聚类分析和生物标志物分离、鉴定，以期找到特定的代谢标志物群，探寻小型猪经活血保心丸干预前后与心肌血供机制相关的小分子代谢物变化规律和代谢途径，考察具有益气养阴活血作用中药复方活血保心丸对CHD 气阴虚血瘀证小型猪偏离正常的代谢网络功能的修复作用，以阐明其改善CHD 心肌血供的某些内源机制，有望发现活血保心丸这一优秀院内制剂治疗CHD 的部分药效物质基础。

5 基于“证治代谢组学”假说探讨中药（单体/复方）药效物质基础研究思路的创新特色与意义

5.1 创新与特色

“证”和“证候”是疾病发生、发展某一阶段的病理概括，很可能是机体受内外环境等各种因素扰动后代谢网络功能发生特异性改变的一种病理状态；不同的证候类型可能代表着机体多条代谢通路的异常；采用中药（单体/复方）辨证论治后其偏离正常的代谢网络功能呈现回归趋势。基于此，笔者提出了中药（单体/复方）药效物质基础研究的总体思路和具体的实施模式，其创新在于：①总体思路注重系统生物学的方法及技术和传统中医学理论的交叉与融合，开启了中药药效物质基础现代研究的新模式。②以课题组提出的“证治代谢组学”假说理论为指导，借鉴代谢组学的方法与技术，结合中药防病治病整体性、多靶点和动态性的整合调节特点，以CHD 为研究载体，以气阴虚血瘀证为切入点，探讨了中药药效物质基础研究的思路与方法。③该研究思路着眼于从系统生物学角度发现中药（单体和复方）的药效物质基础，阐释中药尤其是复方“方证相应”的科学内涵，是具有理论创新和方法创新的探索性工作。

5.2 研究意义

中药（单体/复方）药效物质基础研究已成为当今备受关注的热点和难点课题。中药（单体/复方）药效物质基础研究是中医药现代化、产业化和国际化的前提和基础，也是促进中医药向“一带一路”沿线国家传播和发展的关键所在[38]，更是在构建“人类命运共同体”和“人类卫生健康共同体”的大背景下中医药走出去得到国际医学界广泛认同的重要途径和必然要求。综上，基于“证治代谢组学”开展中药（单体/复方）药效物质基础研究的思路具有重要的理论价值（学术价值）和实践价值，研究意义重大。相信在代谢组学等诸多学科技术的支持以及既往学者相关研究成果的基础之上，以“证治代谢组学”新假说为指导，采用“病-证结合”研究模式，开展中药（单体/复方）药效物质基础研究是切实可行和必要的。这将为研究中药（单体/复方）药效物质基础及其对疾病个体的整合调节作用提供新的思路，有助于推动中药（单体/复方）现代化研究的步伐；亦可为中医证候基础研究的客观化与规范化提供参考。