高小恒，陳達(dá)艷，李喜香，劉效栓

(甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州 730050）

基于代謝組學(xué)的中藥毒性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展

高小恒，陳達(dá)艷，李喜香，劉效栓

(甘肅省中醫(yī)院，甘肅蘭州 730050）

傳統(tǒng)藥物的毒性評(píng)價(jià)方法有時(shí)難以發(fā)現(xiàn)某些藥物的潛在毒性，代謝組學(xué)通過分析與毒性作用靶位與作用機(jī)制密切相關(guān)的生物液體中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物濃度的特征性變化，可以確定毒性靶組織、毒性作用過程以及生物標(biāo)志物［1］。代謝組學(xué)已被應(yīng)用于中藥安全性及毒性作用機(jī)制研究，并在中藥毒性作用機(jī)制的研究中顯示出強(qiáng)大的潛力［2］?，F(xiàn)綜述如下。

1 代謝組學(xué)在中藥毒性評(píng)價(jià)中的優(yōu)勢(shì)

代謝組學(xué)(metabonomics)最早是由Nicholson教授及其同事于1999年正式提出，將代謝組學(xué)定義為是生物體在病理生理刺激和遺傳因素改變的條件下，在不同時(shí)間、多方位定量檢測(cè)其代謝變化，通過測(cè)定整個(gè)機(jī)體的系統(tǒng)代謝圖譜來探討基因功能調(diào)控機(jī)制的學(xué)科［3］。

代謝組學(xué)應(yīng)用高效液相色譜(HPLC)、液相色譜－質(zhì)譜(LC－MS/MS)、氣相色譜－質(zhì)譜(GC/MS)以及核磁共振(NMR)等高通量、高分辨和高靈敏度的現(xiàn)代分析儀器分析手段，定性定量研究生物體體液中(包括血漿、尿液、組織液和細(xì)胞培養(yǎng)液等)的內(nèi)源性代謝產(chǎn)物即代謝組，并結(jié)合模式識(shí)別等化學(xué)信息學(xué)技術(shù)，分析生物體在不同狀態(tài)下(如生理與病理狀態(tài)、給藥前后等)的代謝指紋圖譜的差異，獲得相應(yīng)的生物標(biāo)志物群(Biomarkers)，從而揭示生物體在特定時(shí)間、環(huán)境下的整體功能狀態(tài)［2］。

作為一門新興的學(xué)科，代謝組學(xué)從研究生物體整體代謝變化出發(fā)，全面反映藥物作用后生物體內(nèi)各個(gè)組織器官代謝的變化，并可發(fā)現(xiàn)藥物毒性及不良反應(yīng)的情況。因此，代謝組學(xué)作為毒理學(xué)研究中一種重要的手段，廣泛應(yīng)用于藥物毒性早期評(píng)價(jià)及其機(jī)制研究等多項(xiàng)領(lǐng)域［4］。

2 代謝組學(xué)在中藥毒性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

代謝組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于毒性作用機(jī)制的研究，其基本原理是毒性破壞正常細(xì)胞的結(jié)構(gòu)功能，改變代謝途徑中內(nèi)源性代謝物的穩(wěn)態(tài)，從而通過直接或間接效應(yīng)改變細(xì)胞體液成分［5］。

2.1 在腎毒性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

腎臟不僅是排泄藥物的主要器官，也是藥物毒副作用的重要靶器官。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，急性腎功能衰竭和終末腎病分別有34.2%和20%是由藥物毒副作用所致［6］。王清秀等［7］利用 NMR技術(shù)研究大黃素處理后大鼠尿液、血漿和腎臟組織萃取物中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物譜的變化，發(fā)現(xiàn)大黃素可能是其導(dǎo)致腎毒性的主要毒性成分，損傷機(jī)制可能為大黃素引起腎臟脂類代謝異常，從而引發(fā)腎小管上皮細(xì)胞周期阻滯，進(jìn)而導(dǎo)致線粒體膜電位途徑凋亡的損傷，造成腎小管上皮細(xì)胞的膜性結(jié)構(gòu)破壞，從而導(dǎo)致腎小管重吸收障礙，這種毒性作用是可逆的，并尿液中的氨基酸、葡萄糖、TMAO以及肌酐可作為大黃素的主要生物標(biāo)志物研究。這與有關(guān)研究［8］相一致。

趙劍宇等［9］研究經(jīng)關(guān)木通染毒后大鼠尿液的代謝表型改變及其與組織病理和尿液、血漿生化指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果尿樣中氧化三甲胺、檸檬酸、?；撬帷⒓◆?、甜菜堿等代謝物均有不同程度的下降，而醋酸、丙氨酸則顯著上升。結(jié)果表明，給藥組與對(duì)照組的代謝譜有明顯差異，而造成組間差異的主要影響因素是醋酸和氧化三甲胺的變化，這些化合物的變化與已報(bào)道的腎毒性化合物引起的變化相似［10］。另用相同的研究方法表明，丙氨酸和牛黃酸也是造成組間差異的主要影響因素，而對(duì)組間差異貢獻(xiàn)最大的主要代謝物是乙酸和氧化三甲胺，進(jìn)一步證實(shí)了這兩種化合物都是腎毒性的標(biāo)志物［9，11，12，13］。另有研究初步獲得關(guān)木通致腎臟損害的”代謝產(chǎn)物譜”，根據(jù)不同的代謝表型能夠區(qū)分出關(guān)木通的毒性作用。證實(shí)關(guān)木通能夠?qū)δI臟造成損害，且大鼠尿液的代謝物譜與關(guān)木通毒性作用強(qiáng)度密切相關(guān)［14］。

梁琦等［15］應(yīng)用基于NMR的代謝組學(xué)方法，分析口服廣防己后不同時(shí)間點(diǎn)大鼠尿液中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，結(jié)果廣防己引起大鼠尿液代謝變化涉及的主要代謝物有檸檬酸、?；撬?、馬尿酸鹽、肌酐/肌酸、TMAO、醋酸、2－酮戊二酸、甘氨酸、乳酸、丙氨酸、葡萄糖和氨基酸等。進(jìn)一步研究表明廣防己配伍黃芪可使降低的馬尿酸鹽、葡萄糖，升高的肌酸/肌酐恢復(fù)正常;降低的檸檬酸、2－酮戊二酸，升高的TMAO含量接近正常水平，表明黃芪有對(duì)抗廣防己的腎損害作用［16］。另相同研究表明廣、粉防己早期可造成腎臟損傷，主要影響腎小管排泌功能，持續(xù)長(zhǎng)期給藥均可引起腎小管、腎髓質(zhì)及腎小球?yàn)V過功能的損傷;其中粉防己損傷嚴(yán)重，早期損傷就可涉及腎髓質(zhì)。廣、粉防己的腎臟毒性作用有所不同，廣防己主要影響腎小球?yàn)V過功能，粉防己則更多地影響腎小管的刷狀緣及腎乳頭［17］。

李建新等［18］基于核磁共振的代謝組學(xué)方法研究雷公藤甲素口服給藥后對(duì)大鼠尿液中內(nèi)源性代謝產(chǎn)物的影響，結(jié)果表明雷公藤甲素對(duì)大鼠具有明顯的腎臟毒性。其對(duì)腎臟的損傷部位及其過程表現(xiàn)為，第1天即可觀察到腎皮層S1受損傷，然后是腎乳頭，最后腎臟皮層S3段受到損傷。醋酸、乳酸、甘氨酸為腎臟皮層S1段毒性標(biāo)記物，甜菜堿、二甲基甘氨酸為腎乳頭、丙酮為腎臟皮層S3段的毒性標(biāo)記物。其中以醋酸鹽、甜菜堿和丙酮最為顯著。PCA分析表明給藥組和對(duì)照組能夠被完全區(qū)分開來。這些代謝物的變化說明大鼠尿液代謝組學(xué)分析能夠較好地反映雷公藤甲素的腎毒性特征，并對(duì)毒性作出早期預(yù)測(cè)。

2.2 在肝毒性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

到目前為止，藥物和肝毒性物質(zhì)是導(dǎo)致肝損傷的主要原因［19］。崔立然等［20］研究經(jīng)黃藥子染毒后大鼠尿液的代謝表型的改變及其與血漿生化指標(biāo)的相關(guān)性，建立了尿液內(nèi)源性小分子代謝物評(píng)價(jià)黃藥子的肝損傷的評(píng)價(jià)體系并驗(yàn)證了代謝組學(xué)方法用于黃藥子毒性評(píng)價(jià)的可行性。從代謝物組的角度詮釋了傳統(tǒng)中藥黃藥子的肝毒性。曹敏等［21］以蒼耳子致肝損傷模型大鼠為研究對(duì)象，觀察了蒼耳子對(duì)模型大鼠尿液代謝輪廓和整體表征的影響，結(jié)果提示高劑量蒼耳子水提取液對(duì)大鼠肝臟有毒性作用，低劑量組在給藥28天時(shí)出現(xiàn)聚類，說明內(nèi)源性代謝物發(fā)生了變化，可能存在潛在肝毒性，提示即便按照臨床常用劑量給予患者蒼耳子制劑，也不宜服用時(shí)間過長(zhǎng)。梁琦等［17］運(yùn)用代謝組學(xué)方法比較觀察廣防己、粉防己口服給藥不同時(shí)間大鼠血、尿內(nèi)源性代謝物的變化，表明廣、粉防己給藥早期即有一定肝臟毒性作用，涉及糖、脂代謝和肝線粒體功能的受損，其中粉防己表現(xiàn)出急性肝損傷作用;隨著給藥時(shí)間的延長(zhǎng)，廣、粉防己的肝損傷作用進(jìn)一步加重，其中粉防己的損傷作用更為明顯，涉及能量代謝紊亂及線粒體功能受損。

3 小結(jié)

目前尚無中藥毒性作用評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)及客觀依據(jù)，也無安全性評(píng)價(jià)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。代謝組學(xué)技術(shù)最終將會(huì)發(fā)展成高通量的方法，用于毒性篩選、機(jī)制區(qū)分、毒性預(yù)測(cè)以及發(fā)現(xiàn)毒作用相關(guān)的生物標(biāo)志物，以此作為體內(nèi)藥物安全性評(píng)價(jià)的方法，從而更快、更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)毒性物質(zhì)和毒性規(guī)律［2］。

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