代谢组学在药学中的应用

赵玉梅（1，2）渠莉（1，2）

摘要：代谢组学对某一生物或细胞所有低相对分子质量代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科，利用先进的仪器分析技术如GC-MS、LC-MS、NMR等来检测各种生物样品中代谢物组的信息并结合模式识别等分析计算，对所得代谢组学数据进行处理，最后综合解析这些数据以用于药学研究，如药物作用机制及新药研发，药物安全性评价，中药现代化的应用研究。

关键词：代谢组学；分析；药物

代谢组学是关于生物体系内源性代谢物质种类、数量及其变化规律的科学，研究生物整体、系统或器官的内源性代谢物质及其与内在或外在因素的相互作用。代谢组学与药学的紧密交叉、有机结合，它通过比较分析给药前后个体的代谢表型和反应表型来进行药物疗效或毒性评价预测［1］。

1.代谢组学的概述

代谢组学研究的基本方法是应用气相色谱质谱联用（GC-MS），液相色谱质谱联用（LC-MS），核磁共振波谱（NMR）等先进的仪器分析技术来检测各种生物样品（包括血液、尿液、脑脊液、肝脏、病变组织等）中代谢物组的信息并结合模式识别和专家系统等分析计算方法对所得代谢组学数据进行处理，最后综合解析这些数据以探讨各种生命活动在代谢物层面上的规律和特征并用于评价药物疗效、检测药物毒性、诊断疾病、分析疾病状态等[2]。

2.代谢组学在药学的应用

2.1在药物作用机制和新药研发中的应用

药物作用机制就是研究药物如何在体内起到对疾病的治疗作用，应该是不干扰其他的代谢途径同时使机体代谢中的异常部分正常化。通过研究服药后体内内源性代谢物的变化，直接反映出机体内生物化学过程和状态的变化，通过探明代谢指纹图谱变化的原因来了解药物作用靶点和药物作用的过程，以揭示药物作用机制[3]。

在药物研发过程中，确定候选药物的药物代谢动力学、代谢特性以及毒副作用等是必需的，药物代谢物质的检测、鉴定以及表达分析已经成为药物研发的首要任务。进行药物机制研究和新药研发时，必须寻找到与人类疾病、药效和毒性相适宜的动物模型。代谢组学是一种新思维产生的新技术手段，它可以对生物体给药后的整个生化反应过程进行检测，考察药物的药效和毒性与各代谢产物的浓度及其动态变化之间的相关性，综合分析代谢产物的变化特点及规律，全面评价药物的价值和开发前景，已被应用于新药研究开发中。

2.2药物安全性评价的应用

目前，代谢组学在药物安全性评价、毒性标志物的筛选等方面应用广泛。因为大多数药物通过广泛的生物转化作用可成为毒性明显不同的代谢物，当毒物与细胞或组织相互作用时会引起机体关键代谢过程中内源性物质的比例和浓度发生变化，所以只有对这些代谢物的变化信息进行全面的分析研究才能更好地评价药物的安全性，大量研究表明代谢组学技术能快速获得这些信息，它可检测生物体在给药后整体的代谢反应过程，能综合考察药物的药效和毒性，能全面分析代谢产物的变化特点和规律，从而系统地评价药物的价值和开发前景。在毒理学研究中，代谢组学技术在研究毒物作用机制、预测药物毒性、鉴定对临床有用的生物标志物等方面发挥着重要作用[4]。在动物实验和临床试验中利用高通量的技术手段筛选和检测潜在的毒性物质是新药安全性评价的重要环节[5]。李建新等[6]实验结果显示，给药后尿样中甘氨酸、醋酸盐、甜菜碱以及丙酮水平显著提高。分析药物毒性机制可能首先是肾脏皮层S1受损，然后肾乳头受损，最后肾脏皮层S3段受到损伤。

2.3中药现代的应用与研究

代谢组学通过对体内内源性代谢物（组）进行时间相关性的定量测定，对同一生物体在疾病发生、发展过程和药物干预前后的整体生理代谢特性的动力学控制，以此作为评价中药疗效和作用机制、毒性和安全性的评价、中药体内代谢研究的依据[7]。应用代谢组学技术对药材的整体代谢物组进行考查，研究中药种质资源代谢表型，将为中药资源的可持续发展和利用提供科学根据和保障。应用这一具有反应整体思想的代谢组学研究中药，对中药有效作用的物质基础、作用机制、作用靶标、安全性、组方依据和配伍规律[8]，以及中药种质资源研究等，以现代科学方法和标准认识中药，对于确保中药的合理、安全、有效用药均有理论意义和实用价值。

中药的质量与其品种、产地、采收期、药用部位等密切相关，由于中药材来源较为混乱，质量参差不齐，传统的中药品质评价方法主要为采用各种分析方法对主要成分进行分析，难以全面了解中药的品质情况为了对中药单味药更加深入的研究，通过代谢组学研究单味药的代谢指纹图谱，不仅能够研究药物内源性代谢物的变化，还能为全面评价中药质量提供可靠的方法和依据[9]。

复方是中医治疗疾病的主要方法，由多味中药组成的复方成分更复杂，用代谢组学的方法研究中药的作用机制和药效物质基础，既符合中药多组分、多靶点的特点。对于中药，特别是复方中药这样一个多元复杂体系，若采用单一机制、单一化合物逐个研究的方法，不仅不能全面说明复方的整体疗效，同时也不符合中医整体观和辨证论治思想。代谢组学既可对单味中药或复方的组分进行研究，又可对经过单味或复方干预后的生物体液进行分析[10]。用代谢组学方法研究所揭示的生物化学变化很容易与传统手段的测定结果联系，更容易评价药效作用和发现药物作用的生物化学物质基础和作用机制。

3.展望

代谢组学作为一个新兴的理论和技术，已经成为目前研究的热点，并已广泛的应用于各个领域，尤其是在医药领域中发挥了极其重要的作用。代谢组学在广泛应用的同时还存在许多问题有待解决：（1）在代谢全谱分析中缺乏量的概念。（2）虽然代谢组学强调无歧视分析，但对于任何一个体系，都按代谢组学常规步骤按部就班地进行分析，往往最终都没有得到有用的结果。（3）生物标志物的寻找单一而片面。在理论基础技术方法及应用方面还需进一步深化，对于分析化学的技术支持提出了更高、更严峻的挑战，在代谢组学数据分析过程中，要充分借鉴和吸收数学统计学领域的最新研究成果。随着代谢组学的不断完善，代谢组学可以更好为阐释药物作用机制提供新的思路和方法，进而有力地推动药学事业现代化的进程。

参考文献：

[1]黄寅，许风国，张伟，王俊南，张尊建.药物代谢组学研究进展[J].中国药科大学学报，2013，02：105-112.

[2]岳秀飞，史晓伟.代谢组学技术及其应用的研究进展[J].科技信息，2010，32：95-96.

[3]张敏，钱善军.代谢组学在医药学中的应用现状和展望（综述）[J].安徽卫生职业技术学院学报，2011，04：86-87.

[4]杨中良，杨秀云，李剑，周怡，曲晓璐，刘卫东.代谢组学分析技术在中药毒理研究中的应用[J].中国现代中药，2014，08：681-684.

[5]岳秀飞，史晓伟.代谢组学技术及其应用的研究进展[J].科技信息，2010，32：95-96.

[6]李建新，华嘉，何翠翠.中药毒性的代谢组学研究（I）：雷公藤甲素的肾脏毒性[J].亚太传统医药，2007，3（7）：41-45.

[7]章斌，娄子洋.液质联用技术在中药代谢物及代谢组学研究中的应用分析[J].第二军医大学学报，2011，06：658-662.

[8]郭宇，魏玮，杨俭勤.代谢组学在病证相关中药复方研究中的应用[J].环球中医药，2015，11：1416-1421.

[9]秦昆明，王彬，陈林伟，章茂森，杨光明，束雅春，蔡宝昌.代谢组学在中药现代研究的应用与展望[J].中国中药杂志，2014，16：3010-3017.

[10]王刚，曾南，杜士明.代谢组学在中药现代化研究中的应用进展[J].中国医院药学杂志，2010，16：1391-1393.