張雪莎,彭芳

作者單位: 671000 云南省大理市,大理大學(xué)藥學(xué)院(張雪莎、彭芳)

671000 云南省大理市,云南省昆蟲生物醫(yī)藥研發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(彭芳)

心力衰竭(HF)是一種發(fā)病率和死亡率均較高的心血管疾病,也是其他心血管疾病如高血壓、冠心病發(fā)展的終末期階段,是我國(guó)居民病死的主要原因之一[1],HF的防治一直是醫(yī)學(xué)界討論的熱點(diǎn)話題。中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶,是我國(guó)臨床用于防治HF的重要手段。中醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)人體本身的統(tǒng)一性和整體性,代謝組學(xué)是系統(tǒng)生物學(xué)的一部分,其系統(tǒng)觀與中醫(yī)學(xué)的整體觀念相通[2]。本文就近年基于代謝組學(xué)就中醫(yī)藥防治HF的研究進(jìn)行綜述,以期為臨床防治HF提供參考。

1 HF差異代謝物的研究概況

1.1 HF機(jī)體能量代謝機(jī)制 心臟通過將血液泵出血管輸送至全身來(lái)維持機(jī)體的正常運(yùn)轉(zhuǎn),在生理狀態(tài)下心臟工作需要消耗大量能量,這些能量主要由機(jī)體葡萄糖代謝和脂肪酸β氧化代謝提供[3],當(dāng)糖脂代謝異常導(dǎo)致能量供應(yīng)不足于維持心肌生命活動(dòng)時(shí),機(jī)體會(huì)動(dòng)員氨基酸代謝加強(qiáng)供能,因此推測(cè)HF的發(fā)生發(fā)展與機(jī)體內(nèi)三羧酸循環(huán)、糖脂代謝、氨基酸代謝有關(guān)[4]。在病理狀態(tài)下,心臟的能量代謝發(fā)生了改變,導(dǎo)致心肌能量供應(yīng)不足,而不足的能量供應(yīng)又會(huì)加重HF,周而復(fù)始,患者的心臟負(fù)擔(dān)日益加重,繼發(fā)其他并發(fā)癥,進(jìn)而增加患者病死率。因此,改善心臟能量代謝不失為一種治療HF的新方法。

1.2 HF機(jī)體代謝差異物研究 代謝組學(xué)是利用現(xiàn)代技術(shù)定量分析機(jī)體所有代謝物,探究這些代謝物與機(jī)體病理生理的關(guān)系,尋找藥物干預(yù)前后差異代謝物以判斷藥物對(duì)病理機(jī)體的作用。因此,探究HF機(jī)體與正常機(jī)體的差異代謝物是利用代謝組學(xué)分析HF的中醫(yī)學(xué)診斷及中藥干預(yù)效果的關(guān)鍵。但HF并不是一種簡(jiǎn)單的臨床綜合征,根據(jù)病情嚴(yán)重程度和射血分?jǐn)?shù)又可分為不同類型[5],而不同類型及同種類型不同發(fā)展階段的HF機(jī)體代謝物存在差異[6]。故近年來(lái)雖關(guān)于HF的代謝組學(xué)研究較多,但研究的生物代謝標(biāo)志物卻各有不同,目前尚無(wú)統(tǒng)一的代謝標(biāo)志物。有研究對(duì)比分析了健康人群與HF患者血漿中氨基酸含量,結(jié)果顯示,HF患者的必需和非必需氨基酸含量均較低,中醫(yī)藥介入治療后患者的心功能有所改善,這些必需和非必需氨基酸含量趨于健康人群水平[7]。除了疾病分型和發(fā)展階段不同引起研究的生物代謝標(biāo)志物不同外,同一個(gè)體收集的不同分析樣本差異代謝物的分析結(jié)果也不同。常用的分析樣本有血液、尿液、糞便及腸內(nèi)容物等。有研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)樣本為尿液時(shí),慢性HF患者的差異代謝物主要為尿苷和丙氨酰色氨酸,表明心臟局部的嘧啶代謝及色氨酸代謝參與了HF的發(fā)生發(fā)展[8]。鐘森杰等[9]以血漿為樣本,研究HF大鼠與健康大鼠的差異代謝物,結(jié)果顯示,HF大鼠的多種非必需氨基酸、花生四烯酸、丙酮酸濃度均高于健康大鼠,而丙二酸、尿素以及必需氨基酸色氨酸、亮氨酸的濃度低于健康大鼠[10],氨基酸濃度異常說明其代謝異常,氨基酸代謝異常提示糖脂代謝為心肌提供的能量已不足以維持機(jī)體運(yùn)轉(zhuǎn),需要氨基酸代謝供能。

2 基于代謝組學(xué)防治HF的中醫(yī)藥手段

中醫(yī)學(xué)認(rèn)為,HF的根本病因是心氣虧虛,屬本虛標(biāo)實(shí)之證,本虛以氣虛為主,常兼陽(yáng)虛、陰虛,標(biāo)識(shí)以血瘀為主,常兼水飲、痰濁,發(fā)病機(jī)制可概括為“虛”“淤”“水”,故其治療原則為益氣、活血、利水[11]。HF的發(fā)病機(jī)制與病情變化較復(fù)雜,單純西藥治療或單純中藥治療均難以取得最佳療效?！堵孕牧λソ咧形麽t(yī)結(jié)合診療專家共識(shí)》[12]推薦中藥和西藥聯(lián)合治療HF患者以增強(qiáng)療效。目前,臨床上使用中成藥輔助治療HF的現(xiàn)象較為普遍,但由于中成藥具有化學(xué)成分復(fù)雜,具體作用機(jī)制難以明確,應(yīng)用于臨床的有效性和安全性的證據(jù)不足[11]。目前利用代謝組學(xué)技術(shù)探究中醫(yī)藥治療HF作用機(jī)制的研究較多,為中醫(yī)藥應(yīng)用于臨床提供了更多證據(jù)。

2.1 基于代謝組學(xué)方法探究中醫(yī)藥治療HF作用機(jī)制的研究概況 參麥注射液的主要成分包括紅參和麥冬,源自生脈飲[13],可糾正心肌缺血缺氧狀態(tài),適用于治療HF[14],已有多項(xiàng)研究基于代謝組學(xué)方法研究其治療HF的作用機(jī)制,但研究方法和樣本不同,導(dǎo)致結(jié)果也有所差異。王邵梅[15]采用單盲、隨機(jī)、對(duì)照研究對(duì)HF患者分組并對(duì)其中一組給予參麥注射液干預(yù),檢測(cè)HF患者治療前后血清中游離脂肪酸、葡萄糖、丙酮酸和乳酸等代謝物的變化及心肌代謝過程中關(guān)鍵酶和轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá),結(jié)果顯示,經(jīng)參麥注射液治療后游離脂肪酸、丙酮酸、乳酸水平下降,并發(fā)現(xiàn)參麥注射液可上調(diào)參與能量代謝的關(guān)鍵酶及轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白表達(dá),進(jìn)而調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的能量代謝,保護(hù)受損心肌,最終達(dá)到治療HF的目的。鐘森杰等[16]采用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)及多元統(tǒng)計(jì)分析了HF大鼠血漿代謝情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),參麥注射液使HF大鼠的亮氨酸、鳥氨酸、丙氨酸、4-羥基—脯氨酸、蘇氨酸、天冬酰胺、蘇糖醇、丙酮酸、尿素濃度趨于健康大鼠;其另一項(xiàng)研究將樣本換成糞便,結(jié)果表明,參麥注射液使HF大鼠神經(jīng)氨酸、尿苷、丙氨酰色氨酸、酪氨酰纈氨酸、苯丙氨酰甘氨酸、?；敲撗跄懰帷⒓S甾烷酸、白三烯E4水平上調(diào)[17]。表明參麥注射液可通過調(diào)節(jié)HF患者的氨基酸、蛋白質(zhì)、糖代謝來(lái)恢復(fù)心肌細(xì)胞的能量代謝,從而達(dá)到改善HF患者心功能的效果。

黃芪是心血管疾病的常用中藥,牛倩蕓[2]利用核磁共振(NMR)技術(shù)對(duì)大鼠血清和尿液中的代謝物進(jìn)行分析,結(jié)果在血清中發(fā)現(xiàn)了甘油、亮氨酸、β葡萄糖、肌醇等17項(xiàng)生物標(biāo)志物,尿液中發(fā)現(xiàn)了琥珀酸、馬尿酸、尿囊素等8項(xiàng)生物標(biāo)志物,涉及到脂質(zhì)代謝、氨基酸代謝、糖代謝、嘌呤代謝、苯丙氨酸代謝等10條代謝通路紊亂,而給予黃芪干預(yù)后,發(fā)現(xiàn)其對(duì)HF大鼠糖代謝、氨基酸代謝、苯丙氨酸代謝等均有糾偏效應(yīng),對(duì)嘌呤代謝有調(diào)節(jié)作用。歐紅令等[18]采用超高液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對(duì)HF患者血清的代謝組物進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn),應(yīng)用參芎葡萄糖注射液能有效調(diào)節(jié)HF患者血清小分子代謝物如組氨酸、?；撬帷⒘姿崮憠A、白三烯A4甲酸、檸檬酸、乳酸含量,從而改善患者的心功能指標(biāo)。

《慢性心力衰竭中醫(yī)診療專家共識(shí)》[11]指出,HF陽(yáng)氣虧虛者可選用芪藶強(qiáng)心膠囊。Li等[19]采用隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照試驗(yàn)對(duì)比HF患者使用芪藶強(qiáng)心膠囊與安慰劑治療后心功能指標(biāo)變化情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn),芪藶強(qiáng)心膠囊能明顯降低HF患者N末端腦鈉肽前體(NT-proBNP)水平、提高左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF),進(jìn)而有效治療HF。常麗萍[20]對(duì)給予芪藶強(qiáng)心膠囊治療后的HF大鼠血漿樣本進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)芪藶強(qiáng)心膠囊能調(diào)節(jié)HF大鼠的2-羥基丁酸、甲基丙二酸、3-羥基丁酸水平,并提出可將這3種有機(jī)酸作為HF代謝組學(xué)研究的生物標(biāo)志物,從而為芪藶強(qiáng)心膠囊治療HF的作用機(jī)制提出一種可能,也為中成藥應(yīng)用于臨床提供更充分的依據(jù)。陳品良[21]通過隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)使用心陽(yáng)片治療的HF氣陽(yáng)虛血瘀水停證患者的血液樣本采用液質(zhì)聯(lián)用儀液相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀檢測(cè)分析后發(fā)現(xiàn),心陽(yáng)片的作用機(jī)制可能為通過反向性上調(diào)溶血磷脂酰膽堿(LPC)等7個(gè)血漿代謝物,反向性下調(diào)13-HPODE等25個(gè)血漿代謝物,同向性上調(diào)4-乙氧基-N-氨基苯酚調(diào)節(jié)代謝以改善心功能。李潔[22]通過對(duì)給予芪參益氣方治療的HF大鼠的血液進(jìn)行分析,結(jié)果顯示該藥通過參與涉及纈氨酸、乳糖、亮氨酸、同型半胱氨酸和異亮氨酸的降解、葡萄糖丙氨酸循環(huán)、糖異生、酮體代謝、乙酰基向線粒體的轉(zhuǎn)移等代謝通路的調(diào)節(jié)來(lái)治療HF。郭麗君[23]采用酶聯(lián)免疫吸附法檢測(cè)參附強(qiáng)心丸對(duì)HF大鼠血清心房利鈉肽(ANP)、腦鈉肽(BNP)的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)參附強(qiáng)心丸通過降低ANP和BNP水平延緩心室重構(gòu),進(jìn)而發(fā)揮抗HF的作用。

2.2 基于代謝組學(xué)探究HF中醫(yī)診斷的研究進(jìn)展 一項(xiàng)通過質(zhì)譜分析的新型代謝組學(xué)生物標(biāo)志物的研究表明,組氨酸、精氨酸、苯丙氨酸可用于診斷HF,與臨床上常用的BNP相似[24]。在中醫(yī)學(xué)中,HF可分為氣虛血瘀、氣陰兩虛血瘀、陽(yáng)氣虧虛血瘀3種證型。楊夢(mèng)等[25]用代謝差異物對(duì)中醫(yī)診斷HF研究進(jìn)行歸納總結(jié),結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同分型HF患者有不同的特征標(biāo)志物,但不同分型HF的代謝途徑相似,均會(huì)出現(xiàn)糖脂代謝、能量代謝和氨基酸代謝紊亂。譚楠楠[26]通過收集HF患者的尿液,利用NMR對(duì)尿液樣本進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)血紅蛋白和尿液代謝物3-甲基戊二酸、同型半胱氨酸、巖藻糖、肌酐、順式烏頭酸與慢性HF氣虛證相關(guān),可鑒別診斷慢性HF氣虛證。

2.3 基于代謝組學(xué)腸道微生物的研究 以腸道微生態(tài)為靶標(biāo),詮釋中醫(yī)藥防治慢性HF的科學(xué)內(nèi)涵,會(huì)再次更新慢性HF的治療理念,從而提高慢性HF的治療效果[27]。有研究發(fā)現(xiàn)隨著HF的發(fā)生發(fā)展,機(jī)體會(huì)伴隨腸道結(jié)構(gòu)和功能的改變,HF患者的腸動(dòng)脈血流量減少,且HF的嚴(yán)重程度與腸動(dòng)脈血流量減少有關(guān)[28]。一項(xiàng)對(duì)腸道細(xì)菌16SrRNA基因測(cè)試結(jié)果顯示,HF患者腸道菌群的結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變,這種改變是HF發(fā)展的潛在因素[29]。有研究通過使用Cox比例風(fēng)險(xiǎn)回歸分析探討了由膳食膽堿和L-肉堿被腸道細(xì)菌代謝生成的三甲胺與心血管預(yù)后之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)三甲胺是心肌梗死后慢性HF患者發(fā)生主要不良事件的預(yù)測(cè)指標(biāo),更加揭示了HF的發(fā)生發(fā)展與腸道微生物菌群有著密切關(guān)系[30]。除此之外,很多藥物對(duì)心功能不全患者也是通過改變病變的腸道結(jié)構(gòu)和腸道菌群發(fā)揮治療作用。林王歐等[31]通過實(shí)驗(yàn)研究觀察益氣活血藥對(duì)心肌梗死大鼠的腸黏膜和腸道菌群變化的影響,發(fā)現(xiàn)益氣活血藥干預(yù)可改善心肌梗死大鼠腸道形態(tài)結(jié)構(gòu),提高小腸的消化與吸收能力,調(diào)節(jié)小腸菌群。益生菌可調(diào)節(jié)腸道菌群,一項(xiàng)對(duì)益生菌布拉氏酵母菌治療HF的隨機(jī)雙盲對(duì)照研究結(jié)果顯示,布拉氏酵母菌可降低HF患者的血肌酐、尿酸、超敏C反應(yīng)蛋白等炎性標(biāo)志物水平,改善LVEF、左心室血管內(nèi)徑從而改善心功能[32]。腸道微生物的研究不僅對(duì)治療HF有幫助,還有望在中醫(yī)對(duì)HF辯證分型提供依據(jù)[27]。

雖然基于代謝組學(xué)的研究中不同中藥通過調(diào)節(jié)不同的代謝成分發(fā)揮治療HF的作用,但其作用機(jī)制的共同之處均是通過調(diào)節(jié)糖脂代謝、氨基酸代謝以及腸道菌群來(lái)緩解心臟供能障礙,進(jìn)而達(dá)到治療HF的效果。除治療之外,代謝組學(xué)技術(shù)還可用于診斷HF分型,其與腸道菌群研究相結(jié)合對(duì)診斷、治療HF具有一定的參考價(jià)值。

3 代謝組學(xué)的常用研究技術(shù)

代謝組學(xué)常用NMR、色譜[包括氣相色譜(GC)和液相色譜(LC)]、質(zhì)譜(MS)等技術(shù)手段定量分析代謝物[24],這幾種研究工具各有優(yōu)劣。NMR作為首個(gè)應(yīng)用于代謝組學(xué)樣本研究,很小的研究樣本即可進(jìn)行分析,且不會(huì)破壞樣本,但其靈敏度低于MS,對(duì)于濃度較低的代謝物分析不夠準(zhǔn)確。MS較NMR更靈敏[24,33],可以檢測(cè)大量的代謝物,針對(duì)低濃度的代謝物常使用色譜進(jìn)行分析,但MS分析工藝較為復(fù)雜,代謝分子需要提前用色譜識(shí)別和分析[34]。在實(shí)際應(yīng)用中,由于代謝物不固定,應(yīng)用單一的研究技術(shù)常無(wú)法滿足需求,需要實(shí)施代謝組學(xué)的整合[10],目前可用NMR-LC、LC-MS、GC-MS及其聯(lián)合來(lái)分析血液、尿液、腸內(nèi)容物、糞便樣本。對(duì)于代謝物明確的定量分析使用何種方法取決于該代謝物的物理性質(zhì)如極性、揮發(fā)性、熱穩(wěn)定性等。

4 小結(jié)與展望

HF是一種慢性消耗性疾病,HF的防治方案一直是臨床上急需解決的難題。中醫(yī)藥是我國(guó)延續(xù)數(shù)千年行之有效的傳統(tǒng)醫(yī)療方法,是我國(guó)古代醫(yī)藥者智慧的結(jié)晶,但其經(jīng)驗(yàn)治療的特點(diǎn)限制了其在國(guó)際上的傳播與推廣。代謝組學(xué)方法被國(guó)人用于中醫(yī)藥的研究,揭示了HF的發(fā)生發(fā)展與機(jī)體能量代謝的關(guān)系,為中醫(yī)藥應(yīng)用于臨床提供了依據(jù)。腸道菌群對(duì)心血管疾病的發(fā)生發(fā)展具有密切關(guān)系,基于代謝組學(xué)與腸道菌群相結(jié)合研究為中醫(yī)診斷HF、中藥治療HF的作用機(jī)制探討開拓了新思路。

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