治疗慢性肾脏病常用中药代谢组学研究进展*

朱梦怡，盛梅笑

南京中医药大学附属医院 江苏南京 210029

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）发病率逐年上升，是严重威胁人类健康的重大疑难疾病。长期的临床实践和研究表明中药治疗CKD 在改善症状、保护肾功能等方面具有独特优势，但作用机制并不十分明确，其多组分、多靶点的治疗效应给药理机制研究带来挑战。代谢组学作为研究疾病和药物作用机制的一种新兴手段，有利于深入研究并阐述中药的药理学、药代动力学及毒理学。本文旨在总结近年来治疗CKD 常用中药黄芪、冬虫夏草、雷公藤、黄蜀葵花、大黄的代谢组学研究进展，为进一步探究中药治疗CKD 的机制提供思路。

代谢组学通过对生物体内源性代谢物进行分析，可发现内在或外在因素作用后代谢途径及代谢产物的变化。研究发现代谢物自身及其与蛋白质的相互作用在干细胞分化、免疫细胞应答、启动信号级联反应等多个生理过程中发挥效应[1]。随着高效液相色谱（HPLC）、超高效液相色谱/四极杆飞行时间质谱（UPLC-Q-TOF/MS）等方法的应用，代谢组学不再限于寻找生物标记物，通过富集通路分析、同位素辅助破译等手段，可将代谢物与上游基因及蛋白质串联，实现多组学整合，以此开展进一步的机制研究[2]。

中药成分复杂，采用传统药理学方法鉴定生物活性物质的效率较低，且水煎液成分进入体内受吸收、分布过程的影响，代谢组学能够在没有明确中药化学成分及结构的情况下非靶向地检测生物体内的代谢特征，有助于明确何种组分发挥治疗效果。由此衍生发展的功能代谢组学可以通过精确捕获疾病生物标志物和功能性化合物之间的分子相互作用来帮助阐明中药作用机制[3]。目前代谢组学已用于CKD 的诊断、进展监测及治疗评价，发现了较血肌酐更为灵敏的新的生物标记物如评估肾小球滤过功能损伤程度的假尿嘧啶核苷、预测急性肾损伤的中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白[4]。CKD 常用中药的治疗靶点复杂，进行多样本代谢物分析可以全面地认识药物代谢图谱，丰富中药的药理机制内涵，且既往研究多从信号通路及分子机制等方面着手，而基因和蛋白质表达的微小变化可以在小分子代谢中被放大，检测代谢物变化更为方便，相较其他研究结果更能向临床转化。

1 黄芪

黄芪为豆科植物蒙古黄芪或膜荚黄芪的干燥根，性味甘温，具有补气固表、利尿消肿等功效，《汤液本草》谓之“补肾脏元气”，临床常以复方用于CKD 脾肾气虚证，能降低尿蛋白排泄、改善血清白蛋白水平、保护肾功能。黄芪活性物质的成分及含量因炮制方法不同而存在差异，表现为在调节代谢方面蜜炙黄芪较生品可以更显著地调节三羧酸循环（TCA）、色氨酸代谢、蛋氨酸代谢[5]。在肾纤维化模型大鼠血清代谢物中发现转化生长因子β1（TGF-β1）过表达所致的肾纤维化病变涉及苯丙氨酸代谢、花生四烯酸代谢以及苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的生物合成途径，而黄芪多糖对上述代谢途径以及甘油磷脂代谢均有调节作用，主要生物代谢标记物表现为不饱和脂肪酸和溶血磷脂酰胆碱下调，不饱和脂肪酸中棕榈酸、脂肪酸和花生四烯酸可诱导肾小管上皮和间质细胞凋亡，参与纤维化过程；
溶血磷脂酰胆碱可加速肾小管上皮细胞氧化应激凋亡和成纤维细胞迁移，促进纤维化过程[6]。

黄芪常用于改善环磷酰胺诱导的免疫损伤和血液三系减低，代谢组学研究发现其机制可能为改善维持免疫细胞胞膜形态和功能相关的磷脂、鞘脂及胆碱代谢，促进免疫应答和免疫细胞活性相关的TCA 循环、氨基酸代谢及能量代谢，并抑制次黄嘌呤代谢增高导致的白细胞减低[7-8]。另有研究认为黄芪升高白细胞的机制与调控环磷酰胺促进的亚油酸、烟酸和烟酰胺代谢有关，抑制亚油酸氧化生成白细胞毒素，调节烟酰胺对白细胞趋化活性的抑制作用[9]。

黄芪可调节糖脂代谢，对引起CKD 发生、发展的代谢紊乱具有积极作用。在2 型糖尿病模型大鼠的不同生物样本研究中发现了相似的代谢途径干预，黄芪可修复受损的线粒体氧化磷酸化功能，恢复正常TCA循环，血清中蓄积的丙酮酸、柠檬酸含量下降；
并能纠正能量代谢紊乱导致的葡萄糖氧化速度加快和脂肪动员，糖酵解产物乳酸和酮体代谢物3-羟基丁酸、乙酰乙酸、丙酮的在尿液和粪便中排泄减少；
还可减轻氧化应激反应，次黄嘌呤代谢中被活性氧簇（ROS）氧化形成的尿囊素在血清中水平下降[10-12]。黄芪的降糖作用与促进精氨酸、牛磺酸等生糖氨基酸的代谢增加进而调节糖异生相关[12]。在脂质代谢中，黄芪可以促进TCA 循环中的琥珀酸进入苹果酸-天冬氨酸循环从而消耗胆固醇的合成原料乙酰辅酶A，上调蛋氨酸含量通过半胱氨酸-蛋氨酸代谢及转硫途径促进谷胱甘肽合成，减少同型半胱氨酸蓄积，抑制过氧化脂质形成并沉积在肾组织中引起继发损伤[13，5]。

黄芪还可恢复某些中草药毒副作用导致的代谢紊乱，例如苍耳子导致的肝脏基础代谢失调及继发组织病变[14]。在广防己肾毒性研究中[15]，配伍黄芪可使模型组尿液中降低的柠檬酸、2-酮戊二酸、马尿酸盐、葡萄糖和升高的肌酸/肌酐、三甲胺氧化物恢复至接近正常水平，提示黄芪可通过修复TCA 循环紊乱和纠正肾小管酸中毒来对抗广防己导致的肾损伤，在代谢层面上体现中药配伍的减毒作用。

2 冬虫夏草

冬虫夏草为麦角菌科植物冬虫夏草菌的子座及其寄主蝙蝠蛾科昆虫虫草蝙蝠蛾的幼虫尸体的复合体，性味甘温，具有补肺益肾、止咳化痰等功效，《药性考》谓之“秘精益气，专补命门”，常用于证属肺肾亏虚的各种慢性疾病。冬虫夏草活性成分包括虫草素、虫草多糖、虫草酸、核苷类等，具有抗氧化、抗肿瘤、调节代谢等作用。虫草素、类黄酮、核碱基是虫草提取物中的主要功能代谢物，三者共同的生物活性包括自由基清除、铁离子还原以及对大肠杆菌和沙门氏菌的杀灭作用，并且对低压缺氧环境中的人胚胎肾细胞具有保护作用[16]。基于UPLC-Q-TOF/MS 的代谢组学研究发现虫草含有其他活性代谢产物如三萜类、皂苷类、环肽类和喷司他丁等[17]。虫草治疗CKD 的机制与调节肾组织中的重要代谢相关，在能量供应代谢中促进TCA 循环、抑制糖酵解及戊糖磷酸途径以维持正常供能；
在胞外有机物代谢中能提高卵磷脂、甜菜碱的浓度以维持肾髓质渗透压、保护肾小管功能；
在脂质代谢中能降低总胆固醇、甘油三酯和脂蛋白水平以减少脂质过氧化相关的肾小管上皮细胞凋亡[18]。另有研究发现虫草可调节肾脏细胞的嘌呤和嘧啶代谢，其中嘧啶衍生物在细胞信号传导和能量调节中发挥重要作用，可以维持细胞稳态、保护肾脏超微结构的形态与功能[19]。虫草尚能调节CKD 大鼠肾外器官的代谢紊乱，上调血清中抗氧化剂谷胱甘肽、牛磺酸和能量中间体烟酰胺、左旋肉碱的水平以拮抗氧化损伤、促进线粒体生成ATP，同时虫草调节了机体氨基酸和胆碱代谢紊乱，能促进肝脏、心脏器官功能的恢复[20]。

冬虫夏草可以调节糖脂代谢，临床常用于糖尿病肾病。有研究在采用虫草治疗的糖尿病肾病患者中进行尿液代谢组学分析后发现虫草可以再平衡人体中葡萄糖醛酸苷化合物水平，恢复其在肾组织中拮抗ROS 相关炎症的作用；
修复肠道微生物异常的酪氨酸、色氨酸代谢可减少对甲酚硫酸盐等尿毒症毒素（uremic toxins，UT）分子的生成和蓄积，减轻UT 相关的炎症激活和血管钙化；
通过下调嘌呤代谢能够抑制肾脏细胞线粒体的过度激活[21]。动物研究发现虫草多糖的降糖作用与调节能量、氨基酸和肠道微生物代谢相关，生物标志物包括血清乳酸、3-羟基丁酸、肌酸、谷氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和低密度脂蛋白[22]。

3 雷公藤

雷公藤为卫矛科植物雷公藤的根、叶及花，性味苦辛、有大毒，具有祛风除湿，通络止痛等功效。雷公藤活性成分复杂，包括二萜类（雷公藤甲素、雷公藤内酯酮等）、三萜类（雷公藤红素、雷公藤内酯甲等）和生物碱类等，具有抗炎、抑制免疫等作用，常用于CKD和其他自身免疫性疾病的活动期，在不同脏器中影响的代谢途径存在差异。研究发现雷公藤在肾脏中的主要作用途径为参与合成RNA、DNA 等重要生理过程的嘧啶代谢，可能通过下调嘧啶代谢物胸腺嘧啶、脱氧尿嘧啶核苷、胸苷的水平，减少血管内皮生长因子（VEGF）mRNA 在肾脏的表达，从而改善血管内皮细胞增殖导致的血管通透性增高和蛋白尿排泄[23]。其他自身免疫性疾病如炎症性肠病的研究中发现雷公藤主要影响肠道炎症相关的初级胆汁酸代谢紊乱，上调鹅去氧胆酸以活化胱硫醚-γ-裂解酶，进而释放对肠道具有积极作用的氢化硫[24]。

雷公藤的毒性在代谢方面表现为干扰糖类、脂类、氨基酸等基础代谢途径，涉及供应能量、维持细胞膜完整性、抗氧化等多个生理过程，在肿瘤细胞中对这些代谢途径的干预表现为抗肿瘤作用。研究表明机体暴露于大剂量雷公藤可触发自我保护机制，抗氧化剂α-酮戊二酸、磷脂酰胆碱生成增多，但雷公藤也谷胱甘肽及其组分甘氨酸水平的下调，并抑制某些抗氧化剂如牛磺酸、环磷酸鸟苷的活性，导致氧化产物诱导肾脏和肝脏细胞损伤和凋亡[23、25]。鞘脂代谢异常被认为是雷公藤毒性的新机制[26]，神经酰胺蓄积可诱发氧化应激，加速细胞程序性凋亡；
鞘氨醇水平显著降低后不能充分抑制蛋白激酶C 的活化，细胞凋亡的信号传导加快；
1-磷酸鞘氨醇激活磷脂酶C 导致钙通道开放，游离钙离子浓度增加后血管平滑肌收缩，肾血流量减少则肾损伤加重。雷公藤生殖毒性表现为损伤生殖细胞，在雄性大鼠中可干扰睾丸支持细胞中琥珀酸脱氢供能过程，使精子能量代谢过程异常而诱发弱精症[27]。

通过配伍用药可使雷公藤减毒增效，甘草能加速雷公藤甲素等活性成分在生物体内的代谢转换以降低毒性，改善雷公藤内酯酮所致的能量代谢、色氨酸代谢、卟啉代谢紊乱，减毒生物标记物可能为血清色氨酸上调[28]。有研究分析肾炎模型大鼠尿液代谢物后发现配伍甘草可使雷公藤干扰的氨基酸代谢、胆汁酸代谢、脂类代谢、能量代谢及嘌呤代谢的代谢物谱趋向正常水平，且配伍组的尿蛋白排泄率更低[29]。复方研究发现国医大师周仲瑛所拟清络通痹方中主要解毒药味或为生地、三七，能够调节雷公藤甲素等成分的自身代谢，使其在治疗域内吸收强度减弱、作用时间相对延长，并能显著调节小鼠肝脏中甘氨胆酸、牛磺酸硫胺素、溶血磷脂酰胆碱等差异代谢物的水平，改善脂质过氧化、线粒体损伤和继发的肝细胞过度自噬与凋亡[30-31]。

4 黄蜀葵花

黄蜀葵花为锦葵科植物黄蜀葵的花朵，味甘辛，性凉，具有清热解毒、通淋利尿等功效。黄蜀葵花因其抗炎、抗氧化、保护肾脏等作用机制已广泛应用于中国CKD 患者的治疗。通过高效液相色谱分析发现黄蜀葵花主要活性成分为具有抗氧化活性的类黄酮，口服后吸收入血的成分主要为黄酮醇类化合物，在肾组织中发挥疗效的是可水解为槲皮素的多种苷类，如金丝桃苷、槲皮素单葡糖苷、槲皮素-3-O-葡萄糖苷[32-34]。除类黄酮外，通过核磁共振波谱分析还发现黄蜀葵花含有一种具有抗肿瘤前景的新型细胞毒性多糖AMPS-a，体外研究显示其可有效抑制肝癌和胃癌细胞的增殖[35]。

黄蜀葵花延缓CKD 进展的作用可能与肠道菌群密切相关，UT 蓄积会干扰肠道菌群的正常代谢，虽然表达脲酶和尿酸酶的细菌定植增加后将部分尿素转化为氨，但肠道上皮细胞内尿素浓度的持续增加可刺激肠道内环境产生硫酸吲哚、对甲酚硫酸盐、三甲胺氧化物等毒素[36]。在CKD 大鼠中发现被吸收入血的黄葵类黄酮成分经过去糖基化、甲基化后以葡萄糖醛酸-硫酸盐偶联物这种共轭代谢物形式进行循环，其在肠道微生物环境内可干扰细菌内必需色氨酸的转运，进而减少细菌合成吲哚类毒素分子[37-39]。

5 大黄

大黄为蓼科植物掌叶大黄、唐古特大黄或药用大黄的根茎，性味苦寒，具有泻热通肠，凉血解毒，活血化瘀等功效，现代研究认为大黄的药理作用主要有致泻、抗炎、止血等。研究发现大黄在0.31 ～2.1g/kg 剂量范围内对便秘模型小鼠肠道功能紊乱相关代谢途径的调节作用最明显，能促进胆固醇参与有益肠道的甘油磷脂代谢、初级胆汁酸代谢和类固醇合成，抑制脂肪酰基、鞘氨醇生成并参与炎症和细胞凋亡相关的花生四烯酸、不饱和脂肪酸、鞘脂代谢[40]。在血瘀证研究中发现大黄主要影响磷脂酰胆碱的水平，通过调节血小板合成途径来减少血栓形成，还可抑制花生四烯酸环氧合酶产物的生成，从而减少可刺激骨髓造血功能的类固醇激素合成[41]。但大黄同时存在肝毒性，机制可能为蒽醌类和单宁类成分使多巴胺受体、下游产物环磷酸腺苷及其水解酶在肝脏表达减少，促进相关途径诱导的肝细胞凋亡，同时肝脏中多巴胺、胆碱、辅酶Q9 消耗过多也与慢性肝损伤的发生相关[42]。

代谢物质谱分析发现蒽醌类化合物在肠道中进行水解、甲基化、碳键断裂等过程，吸收入血的大黄素浓度明显增加，肠道菌群是大黄在人体内进行生物转化利用的重要一环[43]。整合代谢组学与网络药理学认为蒽醌类和黄烷醇为大黄主要活性成分，通过调节细胞外基质的异常积累，控制炎症因子的释放以及维持纤维蛋白溶解的平衡来发挥协同治疗效果[44]。有研究分析CKD 大鼠的血尿代谢物后发现在氨基酸代谢途径中大黄能恢复血清组氨酸的低水平，促进其参与抗氧化机制，并提高尿液苯丙氨酸、色氨酸的低排泄，抑制其在生物体内蓄积后向对甲酚、吲哚及犬尿酸的转化，但大黄对CKD 引起的牛磺酸代谢紊乱无影响；
在嘌呤代谢途径中大黄能抑制血清尿腺嘌呤、尿脱氧腺苷和尿酸的水平升高，延缓高尿酸排泄引起的肾间质纤维化；
在胆碱代谢途径中大黄能抑制肠道菌群分解胆碱，减少副产物三甲胺及其氧化物的生成[45]。

综上所述，代谢组学研究能够明确CKD 治疗中常用中药对生物代谢途径的影响，所发现的生物标记物可用于监测疗效及其副作用。治疗CKD 常用中药对生物体内能量供应、抗炎、抗氧化等相关代谢途径具有积极作用，部分中药的毒副作用与促进炎症、氧化等代谢相关，相关研究在反应药物对肾脏自身代谢干预方面还有待深入。同时，CKD 发病机制和中药作用机制十分复杂，受体内外多重因素的影响，而代谢组学仅仅描述某一特定时刻代谢的变化，且代谢物受上游基因和蛋白质的调控，其研究存在局限性，在后续研究中结合多组学分析有可能更全面地认识中药治疗CKD 的机制。

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