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        代謝組學(xué)應(yīng)用于中藥制劑各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究概況及思考

        2013-08-15 00:53:26盧君蓉何瑤傅超美胡慧玲王戰(zhàn)國(guó)劉芳
        中藥與臨床 2013年1期
        關(guān)鍵詞:藥制劑組學(xué)中藥

        盧君蓉,何瑤,傅超美,胡慧玲,王戰(zhàn)國(guó),劉芳

        中藥制劑具有悠久的歷史,在中醫(yī)藥防病治病方面發(fā)揮了積極的作用,其起源可追溯至夏禹時(shí)代(公元前2140年),那時(shí)已有藥酒,商湯時(shí)期(公元前1776年),總結(jié)寫成《湯液經(jīng)》,是我國(guó)最早的方劑與制劑技術(shù)專著,并且湯劑至今仍應(yīng)用于臨床[1]。近現(xiàn)代以來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和檢測(cè)手段的更新,中藥制劑的劑型更加豐富,質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)也不斷提高。如2010年版《中國(guó)藥典》收載燈盞花素注射液、復(fù)方丹參滴丸等新劑型及新的給藥途徑,在制劑質(zhì)量控制方面,廣泛應(yīng)用了高效液相色譜法(占全部制劑品種的90.2%)[2],并首次引入指紋圖譜技術(shù)到制劑質(zhì)量控制中,更好地體現(xiàn)了中藥的整體性[3]。但是,目前中藥制劑的質(zhì)量控制主要體現(xiàn)在對(duì)其中的一個(gè)或幾個(gè)成分,中藥制劑的特征指紋圖譜主要反映制劑中具有共性的化學(xué)信息,對(duì)于差異性成分的體現(xiàn)不足。

        代謝組學(xué)屬于系統(tǒng)生物學(xué)的范疇,能夠及時(shí)、靈敏地對(duì)所有代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量分析,具有整體性、動(dòng)態(tài)性和綜合分析的特點(diǎn)[4,5],不僅能反映中藥制劑中的共有信息,還能夠推斷差異存在的原因,與中醫(yī)藥防病治病的整體觀念不謀而合。本文總結(jié)了代謝組學(xué)在中藥制劑各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的已有研究基礎(chǔ),結(jié)合課題組的前期研究,提出將代謝組學(xué)應(yīng)用于中藥制劑研究和中藥制劑質(zhì)量全方位控制的研究思路,以期為創(chuàng)新中藥開發(fā)和完善中藥制劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供一定的參考。

        1 代謝組學(xué)應(yīng)用于中醫(yī)藥研究的概況

        代謝組學(xué)是繼基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)之后發(fā)展起來(lái)的一種研究生物系統(tǒng)的組學(xué)方法,主要包括metabonomics和metabolomics兩個(gè)方面,在研究植物生理代謝網(wǎng)絡(luò)時(shí)主要使用metabolomics的概念[6],植物代謝組學(xué)主要研究外界因素變化對(duì)植物所造成的影響,是物種表型分析最強(qiáng)有力的工具之一[7]。而在藥物研發(fā)和疾病研究等領(lǐng)域,以動(dòng)物體液或組織樣品為研究對(duì)象的,則用metabonomics較多,動(dòng)物代謝組學(xué)所關(guān)注生物體系受環(huán)境刺激或基因修飾所產(chǎn)生的所有代謝產(chǎn)物的變化,并通過(guò)分析體液代謝物組成來(lái)確定生物體系的系統(tǒng)生化譜和功能調(diào)控規(guī)律[8]。其主要的研究平臺(tái)有核磁共振技術(shù)(NMR)、液相色譜-質(zhì)譜技術(shù)(LC-MS)、氣相色譜-質(zhì)譜技術(shù)(GCMS)等[9]。

        由于代謝組學(xué)具有高通量、整體分析等特點(diǎn),故將代謝組學(xué)技術(shù)和理念應(yīng)用于中藥制劑的研究中,能更有利于盡快闡明中藥“多組分”對(duì)復(fù)雜生物系統(tǒng)“多靶點(diǎn)、整體調(diào)節(jié)”作用的科學(xué)內(nèi)涵[10]。已應(yīng)用于中醫(yī)證候[11]、針灸[12,13]、中藥及中藥制劑防病治病的配伍規(guī)律、物質(zhì)基礎(chǔ)、作用機(jī)理、安全性評(píng)價(jià)等領(lǐng)域[14~21]。

        2 代謝組學(xué)在中藥制劑各關(guān)鍵環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

        運(yùn)用代謝組學(xué)的方法與理念,結(jié)合多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件,我們課題組及其他藥學(xué)工作者對(duì)中藥制劑各關(guān)鍵環(huán)節(jié)開展了相關(guān)探索與研究,取得了較好的成績(jī)。

        2.1 代謝組學(xué)在中藥制劑的投料環(huán)節(jié)的應(yīng)用

        投料是中藥制劑生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,2010年版《中國(guó)藥典》規(guī)定中藥制劑處方中的藥味和臨床配方必須采用中藥飲片,中藥經(jīng)過(guò)炮制可改變藥性、達(dá)到增效減毒的目的,嚴(yán)格控制原料的質(zhì)量對(duì)中藥制劑生產(chǎn)的后續(xù)環(huán)節(jié)和成品質(zhì)量意義重大。課題組采用HPLC-UV代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)川木香煨制前后的化學(xué)成分進(jìn)行對(duì)比研究,采集川木香生品和煨品的HPLC-UV色譜圖信息,通過(guò)代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行主成分分析(PCA)、偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA)和權(quán)重矩陣的等級(jí)聚類分析(HCA),結(jié)果表明,代謝組學(xué)技術(shù)可以將川木香生品和煨品區(qū)別開,數(shù)據(jù)顯示二者的化學(xué)成分存在顯著的量變,其中有 7個(gè)成分與二者的差異性密切相關(guān),包括主要藥效成分木香烴內(nèi)酯和去氫木香內(nèi)酯[22]。課題組首次以代謝組學(xué)技術(shù),借助于LC-TOF-MS手段,對(duì)7個(gè)省區(qū)19個(gè)產(chǎn)地的厚樸藥材建立了代謝組學(xué)方法學(xué)評(píng)價(jià)體系,用此體系得到了13個(gè)影響不同產(chǎn)地厚樸質(zhì)量差異的色譜峰,并借助于質(zhì)譜圖初步推斷了其中10個(gè)成分;首次用代謝組學(xué)技術(shù),對(duì)10批同一產(chǎn)地未“發(fā)汗”和“發(fā)汗”藥材樣品進(jìn)行了評(píng)價(jià),結(jié)果表明,代謝組學(xué)技術(shù)能將未“發(fā)汗”品和“發(fā)汗”品區(qū)別開來(lái),影響未“發(fā)汗”品和“發(fā)汗”品藥材質(zhì)量差異的主要是4個(gè)色譜峰,借助于質(zhì)譜圖初步推斷了其中3個(gè)成分,分別是:阿西米洛賓、厚樸三酚B、6’-O-甲基和厚樸酚[23]。有學(xué)者[24]運(yùn)用基于NMR和UPLC的植物代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)遠(yuǎn)志不同炮制品(生遠(yuǎn)志、蜜遠(yuǎn)志及甘草制遠(yuǎn)志)進(jìn)行分析,指認(rèn)其中的初級(jí)代謝產(chǎn)物21個(gè),次級(jí)代謝產(chǎn)物8個(gè),并對(duì)三種炮制品中的遠(yuǎn)志皂苷含量進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果從代謝組學(xué)整體角度表明,生遠(yuǎn)志與蜜遠(yuǎn)志、甘草制遠(yuǎn)志的化學(xué)成分差異明顯,說(shuō)明炮制可改變藥性,導(dǎo)致功效上的差異。通過(guò)對(duì)中藥材(生品、炮制品)的代謝組學(xué)研究,可以更好的保證中藥制劑投料的質(zhì)量,為生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定、療效可靠的中藥制劑奠定基礎(chǔ)。

        2.2 代謝組學(xué)在中藥制劑的中間體環(huán)節(jié)的應(yīng)用

        采用代謝組學(xué)技術(shù),可以從中藥制劑中間體的化學(xué)信息和藥效信息等多方面評(píng)價(jià)其質(zhì)量,從而很好地控制中藥制劑中間體的質(zhì)量。課題組在前期引入多成分的測(cè)定方法,建立應(yīng)用小粒徑色譜柱同時(shí)、快速測(cè)定紅景天(薔薇紅景天)提取物中紅景天苷、酪醇、絡(luò)賽維的HPLC方法,更好評(píng)價(jià)不同廠家提取物質(zhì)量差異的基礎(chǔ)上,采用代謝組學(xué)的方法,結(jié)合LC-MS對(duì)紅景天提取物的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià),共成功分離和檢測(cè)到紅景天提取物中131個(gè)峰,并采用主成分分析法(PCA)、偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA)和權(quán)重矩陣的等級(jí)聚類分析法(HCA)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析,通過(guò)代謝組學(xué)的方法分析得出結(jié)果,不同紅景天提取的質(zhì)量差異主要體現(xiàn)在6個(gè)成分,其中絡(luò)賽維的含量對(duì)紅景天提取物的質(zhì)量影響較大[25,26]。說(shuō)明基于液相色譜的代謝組學(xué)在中藥提取物的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法具有很大的潛力。同時(shí),有學(xué)者[27]采用超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜( UPLC-MS /MS) 技術(shù)對(duì)正常對(duì)照組、骨質(zhì)疏松模型組、骨碎補(bǔ)給藥組大鼠尿液代謝物譜進(jìn)行分析測(cè)定,發(fā)現(xiàn)了肌酸酐、色氨酸、苯丙氨酸、甲酚硫酸鹽、檸檬酸、壬二酸等9 個(gè)潛在的生物標(biāo)志物。與正常對(duì)照組相比,模型組大鼠尿液中肌酸酐、檸檬酸、壬二酸、馬尿酸、色氨酸以及吲哚硫酸鹽含量顯著下調(diào);苯丙氨酸、甲酚硫酸鹽及苯乙酰甘氨酸含量顯著上調(diào),說(shuō)明骨碎補(bǔ)醇提物可以調(diào)節(jié)骨質(zhì)疏松大鼠的體內(nèi)代謝紊亂,且其作用機(jī)制可能與調(diào)節(jié)能量代謝、腸道菌代謝、氨基酸代謝以及抗氧化損傷有關(guān)。還有學(xué)者[28,29]分別對(duì)銀杏提取物、知母提取物的藥效等進(jìn)行了代謝組學(xué)研究。

        2.3 代謝組學(xué)在中藥制劑成品環(huán)節(jié)的應(yīng)用

        2.3.1 代謝組學(xué)在中藥制劑成品的化學(xué)信息評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用 課題組運(yùn)用代謝組學(xué)的技術(shù)對(duì)銀杏葉片質(zhì)量評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究,采用HPLC-UV 法檢測(cè)12 個(gè)廠家生產(chǎn)的銀杏葉片的水解或未水解樣品中的大部分化學(xué)組分,色譜數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)對(duì)齊處理與歸一化處理后,由SIMAPCA-P+12.0 軟件進(jìn)行多變量數(shù)據(jù)分析,據(jù)此評(píng)價(jià)銀杏葉片的總體質(zhì)量差異。結(jié)果顯示,無(wú)論水解與否,不同廠家的樣品的綜合質(zhì)量均存在顯著的差異;山奈酚與另一未知成分對(duì)樣品整體質(zhì)量差異貢獻(xiàn)較大。結(jié)果表明,12 個(gè)廠家生產(chǎn)的銀杏葉片總體綜合質(zhì)量差異較大,應(yīng)針對(duì)性地制定更加完善的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以加強(qiáng)其質(zhì)量控制[30]。有學(xué)者[31]采用代謝組學(xué)的方法對(duì)中藥四逆湯的化學(xué)物質(zhì)組進(jìn)行了研究,采用 HPLC-DAD-TOF/MS 技術(shù)對(duì)四逆湯中的化學(xué)成分進(jìn)行分離鑒別和結(jié)構(gòu)解析,并對(duì)四逆湯給藥后大鼠血漿中的吸收成分和代謝產(chǎn)物進(jìn)行了辨識(shí)。結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)匹配技術(shù)和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)TOF/MS 碎片電壓的方法,在四逆湯中共鑒別了 53 種化學(xué)成分,包括24 種生物堿,12 種黃酮,13 種皂苷和 4 種姜辣素類化合物,在灌胃給予四逆湯的大鼠血漿中篩選鑒定了 33 種血清活性成分和 5 種代謝產(chǎn)物,本研究為四逆湯的代謝和藥效研究奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù),對(duì)中藥制劑成品中的化學(xué)信息進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),可以更加全面的規(guī)范中藥制劑的質(zhì)量,為中藥制劑的質(zhì)量控制提供新的模式。

        2.3.2 代謝組學(xué)用于中藥制劑物質(zhì)基礎(chǔ)研究 中藥制劑所含成分較多,結(jié)構(gòu)多樣,常常難以用一個(gè)或幾個(gè)成分表征其防病治病的真正物質(zhì)基礎(chǔ),故對(duì)中藥制劑的質(zhì)量評(píng)價(jià)研究應(yīng)強(qiáng)調(diào)整體性。代謝組學(xué)將高通量活性篩選技術(shù)與中藥制劑物質(zhì)基礎(chǔ)研究相結(jié)合,能夠快速獲得中藥制劑的物質(zhì)基礎(chǔ)[32]。有學(xué)者[33]以四物湯為例,采用體外生物活性介導(dǎo)的藥代動(dòng)力學(xué)方法研究如何更好地控制中藥質(zhì)量。主要包括以下五個(gè)步驟:(1)運(yùn)用數(shù)據(jù)分析挖掘四物湯的活性成分;(2)對(duì)四物湯制劑的活性成分進(jìn)行定量研究;(3)模擬體外胃腸環(huán)境,測(cè)定四物湯有效成分在體外的分布與代謝情況;(4)鑒別四物湯在體外Caco-2模型細(xì)胞中可吸收和代謝的成分;(5)測(cè)定這些成分的穩(wěn)定性。結(jié)果表明,不同四物湯產(chǎn)品中有效成分的含量有較大的差別,在數(shù)據(jù)挖掘中得到的9個(gè)有效成分有3個(gè)可以很好的被吸收并且可保持3個(gè)月以上的穩(wěn)定性。《中國(guó)藥典》所規(guī)定的四物湯質(zhì)控成分芍藥苷的透過(guò)性和穩(wěn)定性較差,不適合作為四物湯的主要質(zhì)控成分。其研究方法可以為中藥制劑物質(zhì)基礎(chǔ)研究提供有用的途徑。

        2.3.3 代謝組學(xué)用于中藥制劑作用機(jī)制研究 代謝組學(xué)所測(cè)定的對(duì)象是內(nèi)源性的物質(zhì),將其運(yùn)用于中藥制劑作用機(jī)制的研究中,可以更好地獲得和評(píng)價(jià)中藥制劑進(jìn)入體內(nèi)后的整體內(nèi)源性物質(zhì)和生物標(biāo)志群情況,深入挖掘作用機(jī)制。學(xué)者[34]對(duì)復(fù)方丹參片血清藥物化學(xué)及代謝組學(xué)進(jìn)行了研究,利用快速液相色譜串聯(lián)四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(RRLC-Q-TOF/MS),檢測(cè)復(fù)方丹參片的入血成分和代謝產(chǎn)物,建立并比較給藥前后大鼠的代謝指紋圖譜;利用超高壓液相色譜串聯(lián)四極桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(UPLC-QTOF/MS),鑒定心肌缺血的生物標(biāo)志物,建立并比較造模前后大鼠的代謝指紋圖譜;并進(jìn)一步研究和比較五種常見西藥與復(fù)方丹參片及其有效成分對(duì)心肌缺血大鼠的保護(hù)作用,通過(guò)中西藥對(duì)比的方式,初步闡釋了復(fù)方丹參片及其有效成分(丹參酮ⅡA、丹參酚酸 B)治療心肌缺血的作用機(jī)制。還有學(xué)者[35,36]分別做了四物湯對(duì)環(huán)磷酰胺所致血虛證治療后的代謝組學(xué)研究和四物湯對(duì)輻射致血虛證小鼠作用的代謝組學(xué)研究,從不同的角度對(duì)四物湯的作用機(jī)制進(jìn)行了探討。

        2.3.4 代謝組學(xué)用于中藥制劑安全性評(píng)價(jià)研究 運(yùn)用代謝組學(xué)的方法可以分析中藥制劑尤其是含有毒成分的中藥制劑進(jìn)入體內(nèi)后的內(nèi)源性代謝物的變化,研究不同代謝路徑的化合物以表征服藥對(duì)機(jī)體的改變和損傷,從而評(píng)價(jià)中藥制劑的安全性。目前,代謝組學(xué)的方法已經(jīng)運(yùn)用到對(duì)單味中藥的安全性評(píng)價(jià)中,如學(xué)者[37]對(duì)廣防己、粉防己的肝腎毒性及代謝組學(xué)進(jìn)行了比較研究,采用NMR技術(shù)測(cè)定分析給藥后血、尿中的各項(xiàng)指標(biāo)。結(jié)果顯示,廣防己、粉防己組大鼠尿液中主要變化代謝物有檸檬酸,2-酮戊二酸、?;撬?、馬尿酸鹽、TMAO、肌酐;血液中主要變化代謝物有不飽和脂肪酸、3-羥基丁酸、丙酮、乙酰乙酸、肌酐、NAC、OAC。結(jié)果說(shuō)明廣防己、粉防己均可引起肝、腎損害,且隨給藥時(shí)間延長(zhǎng)損傷加重;粉防己的肝、腎毒性較廣防己重。還有學(xué)者[38]運(yùn)用代謝組學(xué)的方法對(duì)附子的炮制品黑順片的毒性進(jìn)行了研究,采用NMR技術(shù)分析和測(cè)定大鼠灌胃給予黑順片煎液后的尿液和血漿中的牛磺酸、琥珀酸和馬尿等成分,結(jié)果表明,黑順片對(duì)大鼠的心臟毒性具有劑量依賴性。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì),在2010年版《中國(guó)藥典》內(nèi)共收錄了含有草烏、川烏、附子及其炮制品、馬錢子等有毒中藥的制劑品種約達(dá)60種之高[39],若將這種研究思路和方法可以借鑒到中藥制劑的安全性評(píng)價(jià)中,如采用代謝組學(xué)的方法對(duì)含烏頭屬類原藥材的中藥制劑人參再造丸、三七傷藥片、三七血傷寧膠囊等質(zhì)量進(jìn)行深度評(píng)價(jià),可以更好地保證中藥制劑的安全可靠。

        3 問(wèn)題與思考

        3.1 本文所述將代謝組學(xué)的方法應(yīng)用于中藥制劑各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的研究綜合了植物代謝組學(xué)[40]和動(dòng)物代謝組學(xué)兩個(gè)方面,主要從整體的角度對(duì)中藥制劑研究的原藥材投料、中間體、成品的各個(gè)環(huán)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行高通量、無(wú)偏差的全面分析,與中醫(yī)藥防病治病的整體觀相吻合,能夠更加全面地評(píng)價(jià)中藥的整體質(zhì)量,在中藥研究方面具有強(qiáng)大的生命力。但是由于外源性成分容易干擾,檢測(cè)所需的儀器設(shè)備價(jià)格昂貴、對(duì)操作人員的專業(yè)性要求高,并且代謝組學(xué)分析數(shù)據(jù)量巨大,挖掘其中的關(guān)鍵信息并進(jìn)行降維處理仍是代謝組學(xué)研究的一個(gè)技術(shù)瓶頸。國(guó)內(nèi)外對(duì)于代謝組學(xué)的研究多停留在模式判別與生物標(biāo)記物的鑒定層次,對(duì)于其生物學(xué)意義挖掘不夠,故建議應(yīng)進(jìn)一步完善代謝組學(xué)的評(píng)價(jià)方法與理論體系,重視與經(jīng)典研究方法以及新的評(píng)價(jià)方法如生物活性評(píng)價(jià)、藥效學(xué)等方法和結(jié)果的銜接和結(jié)合,同時(shí)還應(yīng)注重中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)[41~44],逐漸完善中藥制劑的質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。

        3.2 課題組在前期研究中,運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù)對(duì)原藥材川木香、厚樸,紅景天提取物以及銀杏葉片制劑進(jìn)行研究,并取得一定的成績(jī)。但是所研究的原藥材、提取物和成品間相對(duì)獨(dú)立,研究成果相對(duì)分散,未能充分體現(xiàn)代謝組學(xué)在中藥制劑研究中的真正優(yōu)勢(shì)。課題組在今后研究中,將在已有的基礎(chǔ)上,充分挖掘組方配伍和經(jīng)典方劑信息,深入具體制劑品種進(jìn)行系統(tǒng)研究,構(gòu)建基于代謝組學(xué)的中藥制劑研究新模式。

        3.3 中藥具有多成分、多層次的復(fù)雜特性,研究中藥制劑必須注重整體觀念。代謝組學(xué)所具備的全面評(píng)價(jià)內(nèi)源性代謝物等特點(diǎn)決定其在中藥現(xiàn)代化研究方面具有很大的潛力[45]。基于我們課題組在前期研究中對(duì)中藥制劑原藥材、中間體、成品的研究以及相關(guān)藥學(xué)工作者的研究成果,我們認(rèn)為采用代謝組學(xué)技術(shù),研究并評(píng)價(jià)中藥制劑研究過(guò)程中“原藥材”——“中間體”——“成品”等各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的思路和方法,可以有利于從系統(tǒng)生物學(xué)和整體觀的角度開展中藥制劑研究,完善中藥制劑的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系,全面的提高中藥制劑的質(zhì)量。希望可以為中藥制劑的研究提供新的思路,為中藥制劑突破現(xiàn)有瓶頸提供參考。

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