组学技术：中草药配方机理研究的重要工具

来源  TMR Publishing Group

作者  Traditional Medicine Research 编辑部

从天然中草药中鉴定活性成分并展示其潜在机制是中药领域研究的关键。近年来，越来越多的研究集中在中草药配方的作用和机制上，根据几千年来的临床经验，这些配方的基础研究与中医的理论和实际应用进一步吻合。

单化合物具有特定的分子结构，因此，它们的有效方法和机制研究在西方和东方药物中都是相似的，使它们更能为世界各地的研究人员所接受。相反，中药配方的多组分、多靶点和多径路使得准确探索其机制具有挑战性，在西医研究中使用的常规方法将不适用，这是研究人员不能接受中草药配方的主要原因，并对中医的现代化产生巨大障碍。

随着中医基础研究的快速进展，科技创新在中医方面取得了突破。组学技术、基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等现代生物研究系统中基于高通量分析和检测技术的一系列研究方法，对数千个靶点和通路进行评估，而不是聚焦于单一的靶点或通路，可以筛选生物信号转导过程中涉及的基因，蛋白质，代谢物和其他因子的整体变化。这与中医的“整体观”理论是一致的，它全面地解释了中草药配方的总体机制。

在本研究中，我们介绍了传统使用的组学技术及其在中草药配方机理研究中的应用。

基因组学和转录组学技术

基因组学和转录技术，包括基因微阵列和高通量测序，涉及所有基因转录及其对细胞水平的调控。基因组学是第一种发达的组学技术，可以筛选药物干预前后的整个基因变化，而转录组学更有可能关注转录后的总RNA。转录组学产生的数据量小于基因组学产生的数据量，使其更容易分析。目前，转录组学在体内和体外广泛应用于具有或不具有中医治疗的差异表达基因的鉴定。高通量测序是分析高通量基因表达谱的有力工具。关键基因是通过分析差异表达基因的相互作用获得的，通过GO和KEGG分析可以确定受药物干预影响的主要途径。

Wang等人，采用高通量测序技术筛选中成药芪参益气对急性心肌梗死的多方面治疗效果)。一般情况下，芪参益气治疗后，在大鼠急性心肌梗死模型中鉴定出2，733个差异表达基因，包括1,344个上调基因和1,389个下调基因。进一步的KEGG分析和实验验证表明，花生四烯酸LOX途径、一氧化氮生成和脂肪酸氧化可能是芪参益气对急性心肌梗死的潜在机制。

基因微阵列评估细胞和器官的表观遗传调控。表观遗传学技术的重点是不涉及DNA序列变化的基因功能的改变。除了DNA和RNA序列的变化外，还发现了几种调节基因在组织和细胞中“打开”和“关闭”的调控方法，如DNA甲基化、组蛋白修饰、MIRNA、INCRNA和CIRCRNA。DNA甲基化已被广泛研究以调节靶基因的转录。DNA甲基化异常与冠心病有关，中成药养心通脉可影响ZEB2基因甲基化治疗。miRNA是一种小的单链RNA分子，参与了许多生理和病理过程。中草药配方中的活性成分对miRNA具有广泛的调控作用，研究miRNA为中医机制的探索开辟了新的领域。此外，近年来，IN CRNAs和CIRC RNAs在健康和疾病中的作用也得到了广泛的研究。调制lncRNA和circRNA是界定中草药配方表观遗传调控机制和靶点的一种新的研究方法。Dai等人。用MIRNA芯片研究QS YQ滴丸对缺血性心脏病的作用机制。结果表明，QS YQ通过调节mir-223-3p和RPS6K B1/HIF-1α信号通路的表达，可促进缺血性心脏微血管内皮细胞的血管生成。

蛋白质组学技术

蛋白质组学技术评估细胞、组织、体液和其他样本中蛋白质的类型、水平、修饰、相互作用、功能和结构。它提供高通量，高灵敏度，高线性范围，高精度。此外，蛋白质组学能够检测生理或病理条件之间的蛋白质水平变化，并识别中医治疗前后失调的蛋白质。与转录组相比，蛋白质组学可以更详细地解释生物功能和过程。根据经典古方血府逐淤汤治疗创伤性脑损伤的蛋白质组学研究，确定了17种差异表达蛋白作为血府逐淤的潜在治疗靶点。生物信息学分析表明，血府逐淤通过调节血小板活性和PI3K-Akt信号通路，可以改善创伤性脑损伤。

代谢组学

代谢组学是继转录组学和蛋白质组学之后发展起来的一种新技术；它应用先进的检测技术、分析方法和统计算法对生物或细胞中的整体代谢物进行定量和定性分析。代谢产物是低分子量的生物分子，在各种生物过程中可以充当信号分子、能量来源和代谢载体。代谢组中的水平可能受基因组、转录组和蛋白质组协同作用的影响，直接反映器官或细胞当前的代谢状态。因此，代谢体也被称为特定细胞或器官的分子表型。与转录组和蛋白质组相比，代谢物数据库更简单，更容易被理解。此外，基因和蛋白质表达的微小变化可以在代谢物水平上放大，使这项技术更加系统、直观和敏感。非靶向代谢组学分析表明，经验丰富的处方补脏通络方可以通过调节脂质、谷氨酰胺和色氨酸代谢途径来减轻糖尿病血管功能障碍。

肠道微生物

肠道微生物的稳态与几个生理和病理的生物过程密切相关。肠道微生物干预，如饮食治疗、益生菌和粪便移植，为疾病的治疗提供了新的见解。由于大多数中草药配方是口服给患者的，并且有几种成分显示出低的生物利用度，调节肠道微生物群正日益成为揭示中草药配方机制的重要途径。16SrRNA测序和元组学可以分析肠道微生物多样性的变化，筛选药物干预前后失调的肠道微生物。经典的古代方剂痛泻药方可以通过影响肠中Akkermansia和sortridiumsensusurto1的丰度来缓解肠易激综合征，调节5-HT水平。

总之组学技术有助于系统地揭示中医的疗效。转录组学识别整个基因组的转录条件和规则；蛋白质组学分析由靶基因编码的蛋白质的一般功能；代谢组学提供代谢信息，这可能是由转录组和蛋白质组产生的。16SrRNA测序和元组学的重点是微生物多样性和丰度的变化，而MIRNA、INC RNA和CIRC RNA微阵列则揭示了基于表观遗传水平的变化因素（图1）。

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Huan-Tian Cui, Lu Yang, Yu-Ting Li, et al. Omics technology: an important tool in mechanism studies of Chinese herbal formulas. Traditional Medicine Research 2020, online. doi: 10.12032/TMR20200920199

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