摘要：基于代谢组学技术的中药现代化研究符合中藥物质基础整体观的组分结构理论，便于阐明中药多组分对复杂生物系统多靶点、整体调节作用的科学内涵，在中药质量和安全性评价中表现出系统性优势。本文对近年来代谢组学技术在中药质量控制与毒性评价方面的研究进行综述，分析其优势及存在的问题，并对今后应用研究进行分析和展望，为中药质量控制和安全评价提供参考。
关键词：代谢组学;中药材;质量分析;安全性评价;综述
中图分类号：R284.1 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2019）01-0141-04
DOI：10.3969/j.issn.1005-5304.2019.01.034
中药多成分、多靶点的作用特点，为其质量分析与安全性评价带来巨大挑战。传统分析技术多采用单一指标或标志性成分的定性、定量来进行质量评价，尚不能全面反映其临床功效和安全性。代谢组学技术具有高通量、高分辨率、高灵敏度的技术特点，在中药质量鉴定和毒性评价中表现出整体性和系统性的独特优势。本文从毒性中药材和中药复方方面对代谢组学技术在中药质量分析和评价中的应用进行概述，分析其优势及存在问题，并提出解决方案，以期为进一步研究提供一定参考。
1 代谢组学技术概述
代谢组学技术是通过定性和定量检测某一生物
基金项目：云南省应用研究计划项目三七重点实验室开放基金（2017JH3701）;云南省教育厅科学研究基金教师类项目（2018JS691）
通讯作者：崔秀明，E-mail：sanqi37vip@sina.com
或细胞所有低分子量的代谢产物，寻找代谢物与生理病理变化的相对关系，从而监测机体或组织中状态变化的一门科学技术。借助现代科学技术和方法，代谢组学可动态监测生物体内源性代谢产物的变化，在中药品质和安全性评价中展现出良好的应用前景。
目前，代谢组学主要开展4个层次研究：定量分析某靶蛋白的底物和/或产物;定量测定特定代谢过程中的结构或性质相关的预设代谢物系列;对细胞外、细胞内全部代谢物进行定性并半定量分析;对整个生物系统全部代谢物定性和定量分析。主要研究步骤：①提取血液、尿液、唾液及粪便提取物等容易获取的体液做生物样品并根据需要进行预处理。②生物样品仪器分析：目前主要采用核磁共振（NMR）和色谱-质谱联用技术2种方法。其中，基于NMR的代谢技术对检测样品中所有代谢物的灵敏度一致，无偏向性，检测过程不损伤和改变生物样品的结构和性质，能在接近生理状态下对样品进行分析检测，无复杂的前处理步骤，能对样品进行动态和实时的分析，但灵敏度较低。色谱-质谱联用技术结合了色谱分离效果和质谱鉴定功能，可对大多数化合物进行迅速定性和精准定量分析，灵敏度极高，可检测出含量较低的化合物。③数据处理和潜在生物标志物鉴定：提取原始数据后将分析仪器上采集获取的图谱转化成所需数据格式，进行预处理后行统计分析，寻找并鉴定潜在生物标志物。④提取生物学信息：找到潜在生物标志物后进行验证，根据生物标志物来确定生物体内受影响的代谢通路，从而推测生物体内的生物学变化。
2 代谢组学技术在中药质量控制和毒性评价中应用
2.1 中药质量控制研究
中药材的质量等级与化学成分差异直接相关，其有效成分的组成、含量和存在状态等受产地、气候、采集季节及后处理等多方面因素的影响。基于全程质量控制理念的中药质量管理体系，体现了以外观性状、化学指标药理活性、生物效应等的三性指标物质基础理论，是中药质量控制的核心。全程质量控制贯穿中药的品种栽培、野生采集、产地加工、饮片炮制、中成药生产加工等关键环节。符合中药多维结构过程动态质量控制研究思路，是临床疗效和安全性的重要保证，是中药现代化、国际化发展的重要前提。
代谢组学可分析中药各组分的类型、含量和状态随相关因素的变化，还可对其进行定量评价，可实现对中药不同品种、产地、部位、采收时间、生长年限、饮片炮制、中成药生产等关键环节的质量差异控制。
2.1.1 种属质量差异
借助代谢组学技术对黄芪、款冬花、远志、柴胡、当归、地黄、芍药等多种药材进行化学成分分析[1-6]，结果显示该技术在中药化学差异表征上具有独特的优势。在此基础上，焦美丽等[7]采用1H-NMR技术对黄芪和红芪进行化学分析，发现共有代谢产物27种，氨基酸、糖类等初级代谢产物较相似，黄酮类、皂苷类物质差异较大。
2.1.2 产地质量差异
Kim等[8]采用1H-NMR代谢组学技术研究表明，不同产地的朝鲜当归药材初生和次生代谢产物存在显著差异。罗尚华等[9]采用该技术评价了4种不同产地泽泻整体代谢物的地缘差异。Li等[10]采用高效液相色谱-电喷雾飞行时间质谱联用技术分析不同产地防风的化学标志物区别，找到10种潜在标志物，其中关防风为升麻素苷、升麻素等，川防风为补骨脂素、紫花前胡内酯及佛手柑内酯。
2.1.3 采收期和生长年限质量差异
Kim等[11]采用1H-NMR代谢组学技术，对不同采收期番石榴叶药材的代谢成分和自由基清除活性差异进行研究，发现5月和8月采收的番石榴叶药材的自由基清除活性更好，有效成分更多。刘秀斌等[12]采用液质代谢组学分析显示，不同采收季节的银杏叶组分差异明显，且呈现规律性变化。庞溢媛等[13]采用UPLC-MS/MS对不同采收期黄芩化学成分和含量的动态变化进行了研究。薛英等[14]采用超高液相色谱-四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF-MS）与NMR研究生长年限对远志药材质量的影响，结果发现1年与2、3年生远志可明显区分。随生长年限增加，初级代谢物中蔗糖、果糖、胆碱含量减少，甘氨酸、棉籽糖含量增加，次级代谢物中皂苷类成分含量增加，口山酮及部分低聚糖酯含量减少。向铮[15]采用GC-MS和HPLC研究不同生长时期温莪术的代谢物轮廓，结合主成分分析（PCA）和偏最小二乘-判别分析（PLS-DA）等模式识别方法获取温筏术生长代谢轮廓特征，发现温莪术的不同生长时期代谢特征存在显著差异。建立了3种不同植物来源的莪术质量控制标准，并成功用于商品莪术药材来源和质量控制。
2.1.4 部位质量差异
常相伟等[16]采用UHPLC- Q-TOF-MS结合PCA和OPLS-DA对林下山参叶、主根、侧根、芦头等4个部位的代谢物进行研究，筛选出了不同部位之间差异性较大的标志物。
2.1.5 生长模式质量差异
韩正洲等[17]采用液质代谢组学比较了野生型和栽培型野菊花的化学成分。Li等[18]采用1H-NMR对2种生长模式的黄芪进行了化学比较，结果显示，山西野生黄芪和甘肃移栽黄芪存在显著的化学成分差异。
2.1.6 贮存和炮制质量差异
江洪波等[19]以标准麦门冬为参照，采用1H-NMR测定优质新麦门冬、陈年麦冬和硫熏麦冬等样品中主要化学成分含量，结果发现，不同品种、产地、年份及炮制方法得到的麦冬，其化学成分的种类和相对含量存在明显差异。万昶宸[20]采UPLC-Q-TOF-MS对紫菀进行了化学成分和差异分析。结果发现生紫菀和蜜紫菀的化学成分不同，从新的角度对炮制前后的紫菀进行了整体分析，推断出炮制过程可能改变中药药效。赵楠等[21]采用UPLC-Q-TOF/MS分析了大黄生/熟品的成分，发现炮制前后有127种成分发生显著变化，其中125种成分含量降低，2种升高。
2.1.7 综合评价应用
侯娅[22]采用UPLC-TripleTOF- MS/MS、GC-MS及1H-NMR对太子参中化学成分进行定性分析，结合多元统计分析对不同产地、种源、采收期、加工方法、野生与栽培太子参进行比较，筛选、鉴定差异化学成分;并分析化学成分差异与生态因子相关性，结果表明不同采收期、加工方法及野生与栽培太子参样品间差异显著。
上述研究表明，与传统方法比较，代谢组学技术在中药质量的化学差异评价研究方面具一定优势。
2.2 中药毒性及安全性评价研究
中药毒性可能使机体代谢活动发生变化，进而影响终端代谢产物的变化。但中药成分复杂，其作用及机制难以用单一器官或组织来评价，代谢组学技术能快速、有效分析多条代谢通路，帮助定位靶組织及判定药物毒性作用程度，寻找相应生物学标志，评价其作用机制，在中药安全性评价方面表现出较好效果。
2.2.1 中药毒性及不良反应
体内代谢物的动态变化可作为毒性损伤的评价指标，代谢组学技术的整体模式对毒性检测具有一致性和潜在预见性。近年来，基于UPLC-Q-TOF-MS 1H-NMR和PCA方法评估其毒性的研究已应用于蛇床子、砒霜、白附片、商陆、川楝子等药物[23-27]。阐明其毒性体内作用机制可为毒性药物的临床应用提供参考。同时，该技术也可用于中药不良反应研究。苗云杰等[28]采用UPLC-Q-TOF-MS研究番菊枝干预癌症的潜在毒性，在离子模式下对显著性信号分子进行分析，发现毒性作用共涉及8条相关代谢通路，为番菊枝药效学研究及新药研发提供了新思路。
2.2.2 中药复方配伍禁忌及安全性评价
中药复方具有给药形式特殊、方证对应疗效专属的特点，代谢组学技术可分析中药配伍后对生物体靶器官的影响及相关生物标志物，建立方剂药效生物评价体系，为中药复方的安全应用及安全性评价提供依据。该技术可分析临床中药有效性及安全性配伍禁忌。有研究苍耳子与黄芪配伍对肝脏的减毒作用[29]、发掘甘草、白芨、干姜与川乌配伍后能降低川乌之毒的功效[30]。在此基础上阐明“十八反”中甘遂-甘草、藜芦-人参的配伍禁忌机制[31]。结合配伍中的君臣关系，分析麻黄-杏仁的配伍后的增效机制[32]，及厚朴-枳实配伍后降低厚朴的肝肾毒性[33]。明确中药甘草-昆布、芫花-甘草配伍后致毒/增毒的“相反”配伍禁忌机制[34-35]。为代谢组学在评价配伍减毒机制研究和寻找新的解毒方剂中的应用提供了重要依据。
3 局限性分析
3.1 存在的問题
药物代谢组学技术适用于药物安全性和有效性研究，在药物的质量评价中表现出了较好的信息综合性、相对确定性和临床适用性，但仍存在不足：代谢组学研究的研究对象复杂多变，使该技术在应用中表现出缺少“全能型”分析技术、缺少功能完善的代谢产物数据库和相应代谢物组数据的标准值、存在非实验性因素干扰、鉴定生物标志物结构较困难、检测仪器设备价格昂贵、操作专业性强等局限性。此外，现阶段定量代谢组学的研究模式多依赖于代谢指纹图谱，尚未实现对全部代谢物进行精确定量。
3.2 解决途径
开发色谱法、MS和NMR的交叉联用技术。建立适合不同分析目的的样品前处理、数据信息提取和模式识别系统的技术平台。尽快找到能剔除干扰因素和无关变量，并能鉴定出准确度和特异性高标志物的数据信息处理方法。通过技术整合和交叉联用的模式开发检测灵敏度通用的检测方法，实现无偏性、高通量定量分析，完善代谢组学数据注释。
4 展望
综上，代谢组学技术在药物质量分析和安全评价方面有明显优势。药物代谢组学数据的获取、分析、解释与结果验证手段逐渐优化与完善。基于不同分析技术的代谢组学将在中药质量分析和毒性研究中发挥越来越重要的作用。但因其自身复杂性，目前尚处于初期发展阶段，可从以下方面开展深入研究：①发展并完善新的分析技术和定量方法，开发自动化、标准化、完整化的代谢组学技术，在中药质量评价中实现所有代谢途径中的所有代谢产物进行全面的定性和定量分析;②研究如何将代谢组学与基因组学、转录组学和蛋白质组学等的数据成功对接及整合，以便更好、更全面地阐明药物的安全有效与合理使用问题;③开展更多中药化合物的提取与解析、未知代谢途径与通路的鉴定，优化该技术在中药质量成分分析方面的应用成效。
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（收稿日期：2018-02-13）
（修回日期：2018-03-01;编辑：向宇雁）