基于化学计量学与代谢组学方法的中药分析研究进展

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1、基于化学计量学与代谢组学方法的中药分析研究进展　　关键词：化学计量学；代谢组学；模式识别；中药；药物分析；综述　　：R285：A：1005-5304（2013）10-0108-03　　代谢组学是后基因时代出现的一门新兴组学学科，用能反映整体的代谢物图直接认识生理和生化状态，因此，能提供区别于其他组学的大量信息。而化学计量学作为一门以实验为基础的边缘学科，可将多变量的分析方法引入化学研究，并对实验中产生的海量数据进行提取分析，对中药的复杂性和多样性的分析能提供切实的技术支持。以临床实效为生命力的中医药学，是具有重大的理论

2、和应用价值的实际复杂系统[1]。对这一复杂科学系统，运用还原法研究是必需的，但不是研究的落脚点和最终目的，最终要回到其理论体系即整体观上来，这就要有认识方法上的还原论、控制论与整体论、系统论的结合[2]。笔者现就化学计量学结合代谢组学的方法应用于中药分析中的研究作一综述。　　1关于代谢组学和化学计量学　　代谢组学（metabonomics）是20世纪90年代中期发展起来的一门新兴学科，是关于生物体系受刺激或扰动（如将某个特定的基因变异或环境变化）后其代谢产物（内源代谢物质）种类、数量及其变化规律的科学[3]。它研究的是

3、生物整体、系统或器官的内源性代谢物质的代谢途径及其所受内在或外在因素的影响。代谢组学研究的思想，不是把人作为一个孤立的体系，而是对人与环境（地理的、社会的）、人与肠道菌群之间的相互作用加以综合考虑[4]。这种思想与传统中医强调人与社会环境的整体观、四时和饮食对人的影响、辨证施治等思想是十分契合的[5]。近年来，随着分析科学、生命科学和药物动力学等学科的迅速发展，中外学者对中药复杂体系整体研究的手段日益丰富，研究所获取的各类信息数量也与日俱增。中草药复杂的成分加之新的分析技术，不可避免地需要对大量的化学测量数据进行处理，

4、于是，如何对海量的信息进行有效的提取分析成为中药复方分析化学面临的一个新课题。　　化学计量学（chemometrics）自20世纪70年代初诞生起，在施行化学量测的各个领域应用中得到了迅速发展和完善。国际化学计量学学会（InternationalChemometricsSociety，ICS）对化学计量学作出了如下的定义：化学计量学是一门通过统计学或数学方法将对化学体系的测量值与体系的状态之间建立联系的学科。[6]化学计量学可以优化化学测量过程，并从化学测量数据中最大限度地提取有用的化学信息。另外，化学计量学的最大特征

5、是将多变量分析方法引入化学研究[7]。从这些特点分析，化学计量学方法与中药整体研究思路相一致，同时结合代谢组学的方法为中药现代化与国际化的研究提供理论帮助。　　2基于化学计量学的代谢组学方法在中药分析中的研究　　2.1在中药药用植物代谢组学的应用　　根据代谢组学的概念，植物代谢组学简单的定义是以植物为研究对象的代谢物组学。具体地说，植物代谢物组学研究不同物种、不同基因类型或不同生态类型的植物在不同生长时期或受某种刺激干扰前后的所有小分子代谢产物，对其进行定性、定量分析，并找出代谢变化的规律[8]。代谢组学为较为全面地研

6、究植物复杂代谢过程及其产物，从而分析植物次生代谢X络结构、限速步骤，解析细胞活动过程，以及寻找植物间的亲缘关系等提供了可能，同时也为阐明中草药黑箱体、更好地评价中药提供了一个良好的平台[9]。　　随着科技的进步，高通量分析技术为研究纷繁复杂的植物次生代谢体系提供了可能，同时也产生了前所未有的海量数据。可应用模式识别和多维统计分析等方法从这些大量的数据中获得有用的信息，这些方法能够为数据降维，使它们更易于可视化和分类[10]。　　2.1.1中药指纹图谱分析基于代谢组学思想的化学分析平台得出的中药成分指纹图谱（数据库），包

7、括了体现药效信息的多个有效部位的各种指纹图谱。中药的指纹图谱大都比较复杂，色谱图中各色谱峰的保留值易受各种因素的影响，海量的数据为分析人员带来了重大的挑战。化学计量学方法在分析指纹图谱数据领域受到了越来越多的关注，并且成功地解决了在研究中药代谢组学指纹图谱中遇到的难题。　　Li等[11]利用局部最小二乘法结合主成分分析（PCA）来分析33个飞蓬样品的分类情况，结果表明该法更能从化学的角度来研究飞蓬中药色谱指纹图谱，从而评价飞蓬样品的质量，同时还为其他中药的质量评价提供了模式识别方法。Kim等[12]对3种麻黄植物Eph

8、edra进行了核磁氢谱指纹图谱分析，通过主成分分析找到了它们之间的代谢物差异，证明指纹图谱分析是植物化学分类学的一个有力工具，并为其全面质量控制带来了可能。同时，代谢指纹图谱在拟南芥[13]和番茄[14]的研究中取得了成功。　　2.1.2不同型中药药用植物的代谢产物比较中药材化学成分复杂，且多为植物的干燥器官，由于其生长土壤、产地