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摘要：中药复方作为中医临床用药最广泛的形式，其药效物质基础和作用机制的科学阐释成为全面揭示中医药实用价值进而实现中药现代化的关键。代谢组学技术始于20世纪90年代中期，旨在利用现代科学技术研究生物体系在受到刺激或干扰后，内源性代谢物组的变化或随时间的变化规律，以代谢物组分析为基础，借助高通量检测和多元化数据处理手段，整合多维生物信息系统，阐明中药复方的药效物质基础和作用机制。综述了最新代谢组学技术的研究进展及在中药复方药效物质基础和作用机制研究中的应用情况，并对代谢组学技术未来发展趋势进行展望。
中药复方是以“方从法出，法随证立”为主要立方思路，中医“七情合和”为基本用药原则，依据“药有个性之特长，方有合群之妙用”的用药理念，按照“君臣佐使”关系配伍形成的复杂体系[1-2]。作为传统中医药临床治疗疾病的主要形式之一，在中医药临床应用中具有不可或缺的重要地位。中药复方对众多疾病的临床效果不容争辩，但其现代化研究长期处于缓慢发展阶段。其根本原因在于中药复方本身多组分、多靶点、整体性的复杂特点及现代科学研究技术条件、方法和思路的限制[3-4]。为促进中药现代化应用发展，全面揭示中医辨证施治的本质，对中药复方的研究主要从药效物质基础、配伍规律、安全评价、作用机制及质量控制等方面开展。其中，中药复方药效物质基础和作用机制的研究不仅是中药复方研究的重点内容，也是中药现代研究的难点[5-6]。自古以来，对中药复方的药效成分和作用机制的判断大多数情况下来自于临床治疗实践中的经验和总结，缺少量化的科学依据。现代复方药效物质基础的研究方法，如：有效部位研究法[7]、血清药物化学法[8-9]、指纹图谱研究法[10-11]、拆方研究法[12-13]、高通量筛选技术法[14-15]等常常忽略了中医药基本理论，具有一定的局限性。中药复方作用机制的研究盲目追求单一机制的药理模型及受到现代分子生物技术的研究局限等，没有体现出中药的整体综合性。因此，为了全面体现中医药整体观，明确中药复方药效物质基础及作用机制，迫切需要建立一个既符合中药方剂自身特点，又遵循中医药理论现代化研究的全新技术方法。
代谢组学是系统生物学的重要成员之一，是继基因组学、转录组学和蛋白组学之后发展起来的一门新兴组学技术[16-17]。早在20世纪80年代，英国帝国理工大学Nicholson教授[18]的课题组利用核磁共振技术分析大鼠的尿液，并于90年代末提出了代谢组学的概念。即代谢组学是生物体在病理生理刺激和遗传因素改变的条件下，从不同时间、不同方位定量检测其代谢变化,通过整个机体的系统代谢图谱来探讨基因功能调控机制的学科[19]。代谢组学以系统生物学为理论基础，生物液体如尿液、血液和唾液,为主要研究对象，现代谱学分析为主要技术手段，对生物体内相对分子质量小于的内源性代谢物进行系统化整合化分析，最终以明确机体因内外因素失衡导致生物体内变化本质为目的[20-23]。近年来，常用的代谢组学检测技术有核磁共振、气质联用、液质联用、电泳质谱及等离子体质谱等[24-25]。代谢组学“整体性、动态性、综合性”与中药复方“多组分、多靶点、多途径”特点及中医理论中的“整体综合”“辨证施治”具有密切的相似性[26-27]。该技术手段在解决中医药关键科学问题研究中具有优势，为中医药现代化研究和发展提供了新的机遇和平台。
1 代谢组学:中医药研究的新桥梁
代谢组学应用于中药复方的现代化研究，使其从经验科学进入标准规范化的新纪元[28]。在研究理念和方法方面，代谢组学技术与中药复方药效物质基础和作用机制的研究有着密不可分的相关性。代谢组学能够通过定性定量分析系统客观的评价机体内小分子代谢物。当机体受到外源性和内源性刺激时，生物体内代谢网络被扰乱，细胞产生的代谢物种类、含量、比例发生改变，代谢物组可以多维分析机体对刺激的应答变化，从而判断机体所处于的状态[29]。这种整体综合的研究理念与中药复方药效物质“多成分、多靶点、多途径”发挥作用的特点及中医“辨证施治”“整理论”相互契合[30]。中药复方进入机体后，其药效物质以原形成分或代谢物形式出现，可引起机体内源性代谢物组的变化。代谢组学技术可以快速筛选出中药复方中的药效成分并联合系统生物学方法寻找代谢物组中与及疾病相关的生物标记物。通过分析引起变化和差异的原因，以“生化表型”的形式来阐明中药复方作用机制和作用靶点。由于代谢组学技术具有对机体无创伤、信息量大、操作简单、代谢产物通用、整体反映机体生理病理状态等特点[31]，目前已广泛应用在中医症候研究、疾病模型复制、中药作用机制、中药药效物质基础、中药方剂配伍规律、药物安全性评价、疾病诊治等领域[32]。但是，由于其难以与其他组学整合，难以对所有代谢物进行定性和定量，无法准确判断代谢图谱的变化因素来源，且设备昂贵、专业性强、代谢数据库不完善的约束和限制，仍需要进一步探索和改善。21世纪初，我国Wang教授[33]提出并建立了“中医方证代谢组学”，该方法学旨在利用多维色谱质谱联用技术，发现与证候相关的生物标记物及代谢轮廓，并以此标记物及代谢轮廓为拟似靶标评价复方整体疗效。在复方对疾病治疗有效的前提下，利用血清药物化学方法分析口服方剂后体内直接作用物质，阐明内源性证候的生物标记物和外源性方剂成分的相关性及其调控互作网络，揭示中药复方药效物质基础、作用机制及配伍规律等问题。该方法成功地将中药、方剂、证候3者有机结合，为中药复方的研究开创了新局面[34]。
2 中药复方物质基础研究
脑振宁颗粒主要用于治疗脑震荡和脑创伤后综合症，由地黄、当归、陈皮、丹参、酸枣仁、川芎、茯苓等11味中药组成。利用代谢组学和SystemsDock技术研究发现，当药黄素和隐丹参酮显示出高比例的蛋白质相互作用，可能是脑振宁颗粒对抗脑外伤的主要化学成分[35]。灯盏生脉（DZSM）是一种中成药，在基于循证医学的慢性脑灌注不足（CCH）和痴呆症等脑血管疾病的治疗中具有显著的疗效，已广泛用于缺血性脑血管的恢复期疾病。通过代谢组学和蛋白质组学的综合研究，共发现5种活性成分，其中4,5-咖啡酰奎尼酸和野黄芩苷具有调节谷氨酸能和GABA能突触的作用，提示可能是DZSM治疗与CCH相关的神经退行性疾病的潜在活性成分[36]。基于代谢组学和生物信息学研究发现，中药血必净注射液治疗脓毒症大鼠的药效物质基础为羟基红花黄色素A、氧化芍药苷、蒿本内酯、丁烯基苯酞、丹酚酸A、阿魏酸等21个化学成分[37]。蜜煎菖蒲方出自《回回药方》,由石菖蒲和番红花(西红花)组成,具有健脾化痰、活血化瘀的作用,对卒中后半身不遂、改善语言功能障碍具有良好的促进作用。利用UPLC-QTOF-MS联用技术发现，蜜煎菖蒲方中包括挥发性成分、有机酸类和萜类24种原型成分。在血清中,主要鉴定出西红花酸、番红花Ⅰ,番红花苷K和番红花碱、谷甾醇、番红花醛、3-羟基-4-甲氧基苯甲酸和番红花苷G等化学成分[38]。茵陈蒿汤是广泛用于治疗湿热眩晕综合征和肝病的经典中药配方,在茵陈蒿汤中发现了69个化合物，其中41个被吸收入血。利用中医方证代谢组学技术对尿液生物标志物和吸收成分进行相关性分析，确定2-乙基-2-己烯醛、异呋喃霉素、栀子苷、茵陈色原酮、新绿原酸、梅笠草醌和异鼠李素-3-葡糖苷等9种核心化合物是茵陈蒿汤功效的标志化学成分[39]。生脉散是我国古代经典名方之一，在临床上可以明显改善认知功能。运用中医方证代谢组学技术对其治疗阿尔茨海默病（AD）的代谢物与药物入血成分进行相关性分析。结果表明，生脉散中8种化学成分与AD的治疗作用有着密切的联系，包括：五味子醇、异长春花苷、人参皂苷F1、20（R）-人参皂苷Rg3、当归酰五味子素Q、五味子酯D、当归酰五味子素H、五味子酯M2[40]。开心散由菖蒲、远志、人参、茯苓组成，研究发现，开心散治疗AD的显效成分主要为：人参皂苷、去氢土莫酸、土莫酸、16-脱氧茯苓新酸B、丙二酰基人参皂苷Rc、乙酸苯酯等12个原型成分，以及与远志苷D、远志讪酮Ⅰ、茯苓新酸E、远志讪酮Ⅱ等有关的36个代谢产物[41]。在传统中药复方肾气丸中发现28个与治疗肾阳虚证密切相关的药效物质基础，如3-表去氢土莫酸、大黄素没食子酸、黄芩苷、松芩新酸、尾叶香茶菜戊素等[42]。六味地黄丸中与脑瘫生物标记物表达水平高度相关联的5个化学成分为莫诺苷、丹皮酚原苷、毛蕊花糖苷、没食子酸硫酸酯、脱水獐牙菜苷[43]。Huang等[44]采用基于MS/MS的代谢组学方法评价寒滞血瘀证代谢轮廓的变化及芍腹逐瘀汤治疗作用，研究发现，芍药苷是芍腹逐瘀汤治疗寒滞血瘀证的主要生物活性成分。Chang等[45]研究发现，中药复方气滞胃痛片的治疗胃肠疾病的主要药效成分包括柴胡属多糖、苦橙类黄酮素、苦橙精油和香附子类黄酮。Xie等[46]发现六味地黄片是一个β-葡萄糖醛酸酶抑制剂，筛选六味地黄片的生物活性成分包括马尿酸盐、染料木素、黄豆苷元、葡萄糖醛酸化合物等。
3 中药复方作用机制研究
当归补血汤是金元时期李东垣所创的益气补血方剂,多用于治疗劳倦内伤、气血双虚、阳浮于外之虚热证。利用UHPLC-Q-TOF-MS的代谢组学方法发现，当归补血汤通过调节缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的合成和降解，甘油磷脂代谢，原发性胆汁酸生物合成，牛磺酸和亚牛磺酸代谢，苯丙氨酸代谢，脂肪酸的合成和不饱和脂肪酸的生物合成，赖氨酸的生物合成等途径，提高机体对胰岛素的敏感性、调节糖和脂质代谢紊乱以及缓解炎症来改善2型糖尿病[47]。胃热证是一种常见的中医证候，因火热炽盛、雍滞于胃所致。张璐等[48]采用连续ig辣椒煎液制备胃热症大鼠模型，并运用核磁共振氢谱（1H-NMR）代谢组学研究发现，左金丸可回调磷酸胆碱、肌酸、丝氨酸、谷氨酸、赖氨酸、乳酸、肌苷、次黄嘌呤水平，激活抗氧化、抗炎和能量代谢通路来治疗胃热证大鼠模型。刘少博等[49]采用1H-NMR代谢组学方法分析复方柴归方干预抑郁模型大鼠血清代谢物组的变化规律。经28d治疗后，复方柴归方可降低血清中N-乙酰糖蛋白、葡萄糖、胆碱含量，升高异亮氨酸、肌酸、氧化三甲胺的含量。可能机制为通过调节机体糖代谢、氨基酸代谢、肠道微生物等代谢途径，使机体的能量代谢增加，神经递质水平升高，肠道菌群活动正常，从而发挥抗抑郁作用。AD是多因子影响的神经退行性疾病，利用超高效液相-质谱技术联合模式识别法和途径分析法对AD的代谢轮廓进行分析。研究表明，开心散通过影响亚油酸代谢、鞘脂类代谢、花生四烯酸代谢等，能显著提高由d-gal和AlCl3引起的认知功能障碍，减轻海马组织病变异常，降低Aβ1-40水平，提高Bcl-2和ChAT在海马区的表达[50]。不稳定型心绞痛属于中医学的“胸痹”“心痛”病范畴，中医学认为其主要病因病机为“血瘀”，“气虚血瘀证”为其临床常见证候。参元益气活血胶囊可能对不稳定型心绞痛患者的脂类代谢、糖类代谢及蛋白质代谢层面均有作用，从而改善患者的中医症状积分，提高临床疗效[51]。由黄芪、茯苓、党参、白术、法半夏、川贝母、半枝莲、红豆杉等药组成。利用UPLC-HDMS技术平台研究发现，芪杉方可干预肺癌模型小鼠18个内源性代谢物的变化，涉及到嘧啶代谢、不饱和脂肪酸的生物合成、硒氨基酸代谢、磷酸戊糖途径、谷胱甘肽代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、甘氨酸丝氨酸苏氨酸代谢[52]。Zhang等[53]研究发现,消胀贴能够升高L-精氨酸水平，降低血清一氧化氮（NO）水平并减轻肝硬化的胃肠动力障碍。Zhao等[54]结合血清脂质，血液流变学和代谢组学综合分析，血府逐瘀汤可以使27种差异代谢物出现向正常水平回调趋势，并迅速降低血清三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇和全血粘度，改善心脏能量供应，减少磷脂过氧化物产生，维持多不饱和脂肪酸代谢平衡和调节氨基酸代谢。Zhang等[55]运用核磁共振的代谢组学分析发现，防己黄芪汤治疗肾病综合征可以逆转13种异常代谢物水平，与整合药理学分析结果相结合，最终将防己黄芪汤治疗肾病综合征的核心靶标确定为丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢。二至丸具有滋补肝肾之功效，临床主治肝肾阴虚。Zhai等[56]采用RPLC-Q-TOF/MS和HILIC-Q-TOF/MS的代谢组学方法与网络分析相结合策略，探索二至丸对肝肾阴虚证“疾病基因-途径蛋白-代谢物”的最短路径干预机制。结果表明，二至丸调节受干扰的花生四烯酸、L-精氨酸、睾酮、牛磺酸和氧代戊二酸代谢途径和CAV1和ACO1等衰老基因来预防肝肾阴虚证。子宫内膜异位症主要由活性内膜细胞种植在子宫内膜以外的位置而形成的一种妇科疾病。利用基于UPLC-Q-TOF-MS的尿液代谢组学研究发现，桂枝茯苓丸通过影响苯丙氨酸、酪氨酸代谢，柠檬酸循环等代谢途径治疗寒凝血瘀型子宫内膜异位症[57]。采用超高效液相色谱（UPLC-G2Si-HDMS）结合多元统计分析方法对湿热性黄疸综合征的血清样本进行分析，确定茵陈蒿汤可调节甘油磷酸胆碱、L-乙酰肉碱、前列腺素E2、白三烯A4等12个生物标记物，涉及到甘油磷脂代谢、花生四烯酸代谢、类固醇激素生物合成、鞘脂代谢、糖基磷脂酰肌醇（GPI）-生物合成等代谢过程[58]。采用基于UPLC-Q-TOF-HDMS的代谢组学技术，发现金匮肾气片治疗肾阳虚证主要通过调节牛磺酸和牛磺酸代谢、嘧啶代谢、酪氨酸代谢、色氨酸代谢、组氨酸代谢、类固醇激素生物合成。同时，IPA生物信息学分析结果发现了17种差异蛋白质和60种潜在的生物标志物，与α-肾上腺素能信号传导、FGF信号传导有很强的相关性[59]。除此之外，还有其他学者对黄芪汤[60]、葛根芩连汤[61]、丹芪通脉片[62]等中药复方在治疗肝胆疾病、循环系统、心脑血管系统疾病等相关作用机制进行了研究。
4 展望
尽管现阶段代谢组学面临着影响因素较多、设备昂贵、专业性强、代谢数据库不完善等限制和挑战[63]，但代谢组学技术在中医药研究领域中已取得了不可小觑的可喜成果。代谢组学技术在中药复方的药效物质基础、作用机制、配伍规律、安全性评价和质量控制等研究领域得到广泛应用。自年，随着刘昌孝院士[64]“中药质量标志物”提出，中药现代化研究进入新纪元，需要我们密切
