生物標簽的探索：中藥藥性研究的新模式＊

李煦照，朱魁元，張帥男＊＊

（1.貴陽中醫學院藥學院 貴陽 550025；2.深圳市藥品檢驗研究院 深圳 518057）

中藥的藥性，也稱為中藥的偏性，是對中藥作用的性質和特征的高度概括，是中藥研究的核心與基礎。中藥藥性的確定，是從藥物作用于機體所產生的反應概括出來的，主要是與所治疾病的氣血陰陽盛衰相對而言的。近年來，國家對中藥藥性研究已投入了巨大的人力、物力與財力[1]。隨著現代科學技術的發展，多種方法學已經運用到中藥藥性研究之中，例如代謝組學、蛋白質組學、轉錄組學及生物信息學等[2-6]。這些方法學不僅可以在病理情況下用于研究中藥的治療作用，也可以在生理情況下用于探索中藥的治療潛能[7-9]。在病理情況下，我們通常趨向于關注中藥對某一個特定疾病靶點的干預作用。在生理情況下，我們可以排除其他因素的干擾，關注中藥干預任意靶點的潛能。由此，我們可以同時探索出中藥對同一部位或系統中多種疾病的治療潛能，以及它們產生作用的機制。在上述觀點的指導下，一個新的概念——“生物標簽（Biolabel）”應運而生。生物標簽是指可以表征藥物作用（活性與毒性）及機制的內源性靶點，主要包括代謝物靶點、蛋白質靶點及基因靶點等。藥物的生物標簽是與疾病的生物標志物相對而言的。藥物若要運用于疾病的治療，則要求其生物標簽中所包含的內源性靶點應與疾病生物標志物中的相同（表達趨勢應相反）。唯有如此，藥物才能使得疾病中異常表達的靶點恢復到常態水平。這與中藥治療疾病的方式是相符合的，以其偏性糾正疾病所表現出來的氣血陰陽的偏盛偏衰，即“以偏糾偏”。近年來，以生物標簽為切入點的中藥藥性研究體系已逐步建立和完善。本文對近年來的相關文獻進行收集整理，分析總結生物標簽在中藥藥性研究中的運用情況。

1 生物標簽與中藥治療作用研究

以往的研究模式一般是基于生物標志物，以疾病為出發點，尋找適用的藥物。然而，在醫學信息學和網絡藥理學高度發展的今天，我們也可以基于生物標簽，以藥物為出發點，探索出其對哪種疾病具有治療潛能。

1.1 代謝組學對中藥活性生物標簽的探索

代謝組學研究表明了刺五加可以增加大鼠腦組織中谷胱甘肽、環腺苷酸及環鳥苷酸的含量，這些內源性代謝物表達的上調分別起到抗氧化應激損傷、抗凋亡和改善學習記憶的作用[8]。除了對中樞神經系統的作用外，刺五加對外周系統疾病也具有一定的治療潛能。刺五加可以增加S-腺苷甲硫氨酸（心臟組織）、肌酸（肝臟組織）及瓜氨酸（腎臟組織）的含量，它們分別有助于先天性心臟病、非酒精性脂肪肝及腎臟氧化應激損傷的治療[10]。穿山龍對外周系統的干預作用也是較強的。通過代謝組學研究發現，穿山龍具有治療冠狀動脈心臟病、急性肝損傷、脾萎縮及痛風性關節炎的潛能，涉及的生物標簽分別為尼克酰胺、左旋肉堿、左旋谷氨酸及尿酸[11]。刺五加還可以使大鼠尿液代謝輪廓發生擾動，增加其中犬尿酸的的濃度，有利于體內自由基的清除及氧化應激反應的抑制[12]。代謝組學也可以用于分析中藥炮制對于藥性的影響，黃連及其姜汁炮制品影響了尿液中9個與藥性相關的生物標簽的表達，且它們的表達趨勢隨著黃連藥性的改變而發生相應的變化，并進一步影響藥物的抗炎作用[13]。

1.2 蛋白質組學對中藥活性生物標簽的探索

天麻可以用于亨廷頓氏病的治療，通過蛋白質組學研究發現，與該治療作用直接相關的靶點是Pacsin1和Arf3[6]。另外，天麻也可以通過促進神經再生的方式來治療神經退行性疾病，涉及的蛋白質靶點是CALR、FKBP3/4 及HSP70/90[14]。除此之外，蛋白質組學也可以用于探索中藥復方的活性生物標簽。由人參及丹參組成的雙龍方可以用于心臟病的治療。羅國安等[15，16]通過蛋白質組學研究發現，雙龍方能輔助骨髓間充質干細胞定向分化為心肌樣細胞，該過程涉及了細胞骨架蛋白、代謝酶蛋白、抗氧化蛋白及熱休克蛋白等。

1.3 轉錄組學對中藥活性生物標簽的探索

中藥復方丹芪膠囊（NeuroAiD）能夠誘導神經細胞增殖和神經突起的生長[17]，被廣泛運用于中風患者的治療。經轉錄組學研究發現，該藥物調控的基因與神經形成過程是密切相關的，涉及的基因靶點為FGF19、GALR2、MMP10、FGF3 及TDO2[17]。補腎益肝活血方可以誘導骨髓基質細胞成軟骨細胞分化，能有效地控制骨關節炎患者的疼痛及改善其功能[18]。通過基因芯片技術分析，發現其作用機制可能與MMP3、EFEMP1 介導的通路相關[18]。

1.4 生物信息學對中藥活性生物標簽的探索

近年來，生物信息學也被廣泛運用于中藥活性生物標簽的探索。本課題組通過生物信息學研究發現，刺五加化學成分的潛在治療靶點參與了內皮信號通路、阿爾茨海默病淀粉樣蛋白分泌酶通路及纖溶酶原激活級聯通路等[2]。這些通路的激活使得刺五加在高血壓、阿爾茲海默病及血栓性疾病的治療中發揮積極的作用。另外，本課題組也運用生物信息學預測了穿山龍化學成分的潛在治療靶點[3]。這些靶點可以作為生物標簽，用于表征該中藥對痛風性關節炎及心血管疾病的治療作用[3]。此外，吳嘉瑞等也運用生物信息學對中藥藥對及中藥復方的活性生物標簽進行了探索。通過對“桔梗-甘草”藥對中化學成分潛在干預靶點的分析，發現它們對阿爾茨海默癥、痛癥及炎癥等具有較強的治療潛能[19]。“金銀花-連翹”藥對中化學成分具有64 個潛在干預靶點，涉及的疾病主要為心血管病、炎癥及阿爾茨海默癥等[20]。四君子湯為補脾益氣的代表方，臨床中主要用于慢性腹瀉、消化性潰瘍及慢性胃炎等疾病的治療。通過生物信息學研究發現，該方劑對93個靶點具有干預潛能，這些靶點主要參與了鈣離子信號通路、神經活性受體-配體相互作用信號通路及癌癥信號通路[21]。另外，吳嘉瑞團隊也運用相同的方法學分析了吳茱萸湯的作用機制，探索出相應生物標簽77 個，主要涉及癌癥信號通路、鈣離子信號通路及神經活性配體-受體相互作用信號通路[22]。

2 生物標簽與中藥毒性作用研究

中藥是由多種化學成分組成的復雜體系，可以作用于多個內源性靶點，并從多個生物學通路來控制一些復雜性疾病的發病進程。然而，這也可能存在一定的安全隱患，它們的作用靶點越多，其中出現毒性相關靶點的可能性也越大。

2.1 代謝組學對中藥毒性生物標簽的探索

內源性代謝物靶點除了能表征中藥的治療作用外，還能用于表征它們的毒性。前期代謝組學分析表明了，刺五加能顯著上調腦組織中哌啶酸、左旋谷氨酸、二氫鞘氨醇及植物鞘氨醇的含量，它們的異常表達與神經毒性密切相關[8]。除了能產生潛在的神經毒性外，刺五加對心、脾等組織的正常生理功能也能產生不利的影響，與之相關的生物標簽分別為異丁酰左旋肉堿及腎上腺素[10]。代謝組學研究發現，穿山龍對外周系統也能產生潛在的毒性，涉及的內源性代謝物靶點主要為檸檬酸、胍基乙酸、腺苷、γ-氨基丁酸及左旋谷氨酰胺等[11]。除了組織樣本外，尿液樣本的代謝輪廓也可以用于毒性生物標簽的探索。刺五加可以使大鼠尿液中3-甲基鳥嘌呤、甲基巴豆酰肉堿及3-羥基十二烷二酸的含量發生異常變化，這也可以用于表征該中藥的潛在毒性[12]。通過尿代謝組學研究發現，10 個異常表達的內源性代謝物有可能成為蒼耳子的毒性生物標簽，它們使得機體脂質過氧化及脂肪酸氧化過程發生擾動[23]。代謝組學除了能運用于單味中藥的毒性機制的研究外，還能用于中藥配伍或炮制減毒作用的研究[24]。李春雨等[25]通過血清代謝組學研究發現了10個與何首烏炮制減毒相關的潛在代謝物靶點，它們主要影響了鞘脂代謝、亞油酸代謝及甾類激素生物合成等代謝通路。另外，謝彤等[26]基于“異類相制”中醫理論，運用代謝組學研究了清絡通痹方中雷公藤的配伍減毒機制，發現雷公藤肝臟毒性的發生與氨基酸代謝及能量代謝等過程密切相關，而清絡通痹方通過改善機體氨基酸水平發揮配伍減毒作用。趙佳偉等[27]通過尿液代謝組學研究，發現人參能通過對泛醌、泛酸、核黃素及甲硫氨酸的調節來減輕附子的毒性。

2.2 蛋白質組學對中藥毒性生物標簽的探索

目前，蛋白質組學主要被用于探索中藥化學成分的毒性生物標簽。Wei J 等[28]運用蛋白組學技術分析梔子苷對大鼠肝臟的毒性作用，涉及的生物標簽為甘氨酸N-甲基轉移酶及糖原磷酸化酶。這兩個生物標簽比目前的肝毒性指標更早地預測出該成分的肝毒性。

2.3 轉錄組學對中藥毒性生物標簽的探索

早在1999 年，轉錄組學就被運用于藥物毒性研究[29]。近年來，轉錄組學技術在中藥毒性研究領域中的運用也備受關注[30]。前期研究表明，大黃總蒽醌具有明顯的腎毒性，通過轉錄組學研究發現，該毒性涉及的生物標簽主要為MAPK 激酶6、周期蛋白D1 和周期素依賴性蛋白激酶1[31]。蟾酥對心臟具有明顯的毒性，通過基因芯片技術研究發現，蟾酥主要通過花生四烯酸和亞油酸代謝通路及脂肪細胞因子信號轉導通路來影響心臟的正常生理功能[32]。黃藥子具有誘導肝損傷的不良反應，通過miRNA 芯片技術研究發現，血清中miR-122、miR-192及miR-193可作為表征其潛在肝毒性的生物標簽[33]。盛云華等[34]也運用miRNA芯片技術分析了山豆根對肝臟的損傷性，涉及的生物標簽為血清中miR-291a-5p。

2.4 生物信息學對中藥毒性生物標簽的探索

生物信息學也被廣泛運用于中藥毒性生物標簽的探索。通過毒物與毒物靶點數據庫（T3DB，http：//www.t3db.ca/）的分析，本課題組發現刺五加化學成分的潛在毒性靶點主要參與了促性腺激素釋放激素受體通路、多巴胺受體介導的信號通路、ATP合成通路及氨基丁酸降解通路等[2]。刺五加可能通過這些通路對機體的一些正常生理過程產生不利影響，例如促性腺激素釋放過程及能量代謝過程等[2]。另外，通過生物信息學預測，穿山龍化學成分的潛在毒性靶點主要參與了離子型谷氨酸受體通路及代謝型谷氨酸受體通路[3]。這些通路的異常共同影響了神經遞質谷氨酸的正常生理功能，由此可能進一步引起中樞神經系統興奮性毒性[3]。另外，許可嘉等[35]通過生物信息學構建了雷公藤化合物靶標“蛋白-蛋白”相互作用網絡及“在靶、脫靶”相關分子網絡，發現脫靶效應主要參與了細胞增殖、凋亡、炎癥反應等重要生物化學反應過程，間接提示雷公藤的脫靶效應可能對應其副反應（毒性）。生物信息學除了能運用于單味中藥的毒性機制的研究外，還能用于中藥配伍減毒研究[36]。四逆湯由附子、干姜、甘草組成，其中附子為有毒中藥。生物信息學研究發現，附子中的化合物主要影響了腎上腺素能、5-羥色胺、多巴胺、M 膽堿能受體及阿片受體的相關靶點[37]。通過TCMGeneDIT 數據庫發現，在四逆湯配伍環境下，甘草、干姜對生附子的減毒效應可能與共享靶標基因或關聯基因有關[36]。

3 總結與展望

對于中藥的研究，現有的研究模式通常會先運用藥效學分析對其可能治療的疾病進行嘗試性研究，確定其治療作用后再進行相關機制和物質基礎的探討。然而，由于疾病發病機制及中藥組成的復雜性，這將有可能耗費大量的人力、物力和時間去完成這些工作。而以生物標簽為主導的研究模式則可以使得整個研究過程更加具有目的性和針對性。

該研究模式尤其適用于中藥這種成分不是十分明確的藥物的研究。生物標簽的表達情況可以反映出進入機體內環境的中藥所有成分的聯合作用。在該研究模式的幫助下，研究者可以將研究焦點從模糊的中藥成分組成轉移到已知的內源性靶點上。通過對這些靶點的分析，有可能實現中藥作用的確認及質量的控制。

人體由多個系統組成，每個系統中的疾病種類繁多、發病機制復雜多樣。中藥是由多種成分組成的復雜體系，這有利于其通過對多種靶點的干預來控制疾病的進程，從而實現對疾病的多維度治療。對于復雜性疾病而言，運用單一類型靶點表征中藥的作用及機制，雖然能在一定層面上闡述問題，但仍然是不足的，這樣導致研究信息出現偏差的可能性也是較大的[38]。生物標簽由多維度靶點組成，基于不同維度的靶點對中藥的作用及機制進行協同分析，可以大幅度提升研究信息的準確度與可信度，并可以對研究結果進行相互補充，相互驗證。通過對中藥生物標簽及相關通路的生物學作用的分析，我們可以將它們與某個系統中的疾病的發病機制進行關聯，從中篩選出中藥對何種疾病具有治療優勢，并可以進一步分析中藥治療該疾病的作用及機制。因此，通過生物標簽研究模式，研究者可以有效地控制研究范圍，并對中藥治療疾病的作用及機制進行多維度定位。另外，生物標簽也可以作為“指揮棒”，指導后續的中藥新藥及配伍組方研究，可以有效地提高工作效率及縮短研究周期。在上述用于探索生物標簽的方法學中，生物信息學的優勢尤為突出。相比于組學技術，生物信息學的研究周期更短，資源耗費更少，信息整合能力更強。該方法學在生物標簽的探索中具有更大的潛力。

然而，目前還面臨一些問題，生物標簽均是在正常生理模型中探索得到的，而且目前的數據檢測分析方法及統計學方法還具有局限性，如果直接根據生物標簽來指導藥物在病理情況中的運用，則會導致一定誤差的出現。因此，還需進一步優化方法學及進行驗證性研究，以提高生物標簽表征中藥作用的準確度，才能使得這些數據更好地運用于后續研究及服務于臨床。