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代谢综合征是血糖异常、血脂紊乱、肥胖症和高血压等多种疾病集合的一种病理状态,它直接的后果会导致严重的心血管病及其并发症,甚至造成死亡。中医药治疗糖尿病、高血压历史悠久,效果显著,与化学药物相比,具有“多组分、多靶点、毒副作用小”的作用特点。车前方始载于《圣济总录》,应用历史悠久,由车前子和黄连各一两组成,古时治目受风热,昏暗干涩隐痛,现代医学将其应用在高血糖、高血脂、高血压、眼病和肾病等疾病的治疗中,但其药效及作用机制并不清楚。课题组前期利用高脂饲料诱导的高脂小鼠、原发性高血压大鼠等模型确定了车前方的降脂、降糖、降压药效。本研究旨在运用转化医学的研究思想,通过代谢组学技术对与临床代谢综合征疾病接近的动物模型(高脂饲料诱导的小鼠高脂模型和大鼠原发性高血压模型)进行非靶向的血清代谢组学分析,寻找车前方降脂降糖降压的药效生物标记物,并结合数学建模的方式对药效进行量化评价,进一步评价车前方防治代谢综合征的药效作用,为深入探究其临床药效作用机理提供科学依据。1.车前方降脂降糖药效生物标记物研究对高脂饲料诱导的高脂小鼠模型进行血清代谢组学分析。首先,比较了车前种子和平车前种子对高脂模型小鼠的保护作用,结果表明车前(Plantago asiatica L.)种子的降脂降糖作用更优,筛选出9个与降脂药效相关的内源性化合物(TG(16:1/16:0/o-18:0)、Lyso PC(P-16:0)、Lyso PC(18:2)、Lyso PC(20:5)、Lyso PC(22:4)、Lyso PC(16:0)、cholesterol sulfate、PC(14:0/14:0)、Glucosylceramide(d18:1/18:0)),为车前方中车前子原料药选择提供了科学依据;其次,利用非靶向代谢组学与多变量统计分析结合对车前方及其组方中药车前子(根据前述研究确定为车前种子)、黄连的降脂降糖药效进行评价,结果表明车前方对高脂模型的回调范围和改善作用优于其组方的单味药,筛选出了14个药效相关的生物标记物(Glycerophosphocholine、Lyso PC(P-18:0)、Clupanodonyl carnitine、Lyso PC(18:2)、Lyso PE(0:0/22:0)、Glycocholic acid、Lyso PC(22:5)、Lyso PC(22:4)、18-Hydroxyretinoic acid、Alpha-Linolenic acid、Cholesterol sulfate、Lyso PE(18:2/0:0)、Palmitic acid、1-Arachidonoylglycerophosphoinositol),从内源性小分子化合物方面体现了中药复方的协同作用;进一步对小鼠血清进行了靶向脂质组学分析,筛选出了6个与车前方降脂药效相关的脂质生物标记物(12,13-Di HOME、9,10-Di HOME、13-HOTr E、13-HODE、15-HETE、9-KODE),亦可以表明车前方在降脂降糖上的较优疗效。综合以上研究结果,高脂模型小鼠在甘油磷酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成、α-亚麻酸代谢等途径发生了较大变化,在线粒体脂肪酸伸长、脂肪酸代谢、脂肪酸生物合成、原代胆汁酸生物合成、类固醇激素生物合成等途径也产生了一定的影响,而车前方可通过修复以上代谢途径,改善高脂小鼠的血脂血糖情况。2.车前方降压药效生物标记物研究对原发性高血压大鼠模型进行血清代谢组学分析。首先,比较了车前种子和平车前种子对高血压模型大鼠的保护作用,结果表明车前(Plantago asiatica L.)种子的降压作用更优,进而为车前方中车前子的基原确定提供科学依据;其次,利用非靶向代谢组学方法与多变量统计分析,筛选出了20个生物标记物(Retinal、Linoleic acid、Dodecanoylcarnitine、Amoxicillin、PE(P-16:0e/0:0)、(R)-3-Hydroxyisobutyric acid、TG(16:0/15:0/14:1)、17a-Ethynylestradiol、Sphinganine、9-HODE、N-Hexadecanoylpyrrolidine、Verapamil、Deferoxamine、Lyso PC(18:2)、Lyso PC(20:3)、Lyso PE(0:0/20:1)、13-cis-Retinoic acid、Nevskin、CL(8:0/8:0/12:0/i-12:0)、TG(22:6/20:5/22:6)),表明车前方对原发性高血压的回调范围和改善作用都较好,再次从内源性小分子化合物方面体现了中药复方的协同作用,进而验证了车前方良好的降压药效。在高血压疾病进程中,生物体内物质主要在亚油酸代谢、视黄醇代谢、鞘脂代谢、甘油磷酸代谢、不饱和脂肪酸的生物合成等途径中发生了显著变化,而车前方治疗可缓解以上代谢紊乱从而改善高血压。3.数学建模评价车前方的药效基于代谢组学方法对高脂模型和原发性高血压模型分别筛选的14个和20个生物标记物,将其列为数学模型中的自变量,应用偏最小二乘法(PLS-DA),提出的无监督k-means聚类信息下的truth-label clustering(TLC)反向评价算法,应用有监督的逻辑回归分类算法,量化给药车前方及其组方单味药的药效,结果表明车前方组的得分更趋近于正常动物,证明了车前方的降脂降糖降压疗效优于其单味药。综上所述,利用组学技术筛选出系列与代谢综合征的病理及中药车前方治疗代谢综合征药效相关的生物标记物,采用多种数学模型量化评价了中药车前方在治疗代谢综合征方面的药效,为车前方的药效研究做以补充。此外,本研究所提出的数学建模方法亦可为其他中药复方的药效研究提供借鉴,整合系统生物学以阐明中药复方多靶点多途径的作用特性。