用多组学的方式打开中医药研究的黑匣子
用多组学的方式打开中医药研究的黑匣子
【导读】中医药作为中华民族的瑰宝，其独特疗效一直备受关注。然而，传统中医药研究面临着功效物质基础不明、作用机制不清等难题。近年来，随着多组学技术的快速发展，为破解中医药研究的困境提供了新的思路和方法。本文将为您详细介绍多组学技术在中医药研究中的应用进展。
中医药研究的困境
中药在临床应用中以中医的辨证论治为基础，以单味药成方或按中药的四气五味、君臣佐使等特性组成中药复方发挥最佳药效，然而其功效物质基础及作用机制无法科学、全面地阐明，极大限制了中药的现代化、临床应用和国际推广。中医药研究的具体问题，包括中药/复方做药理实验，大多为粗提取物，因其成分不明无有效质控方法，批次稳定性无法把控；成分复杂导致中药复方治病机理阐明不清晰，基础实验设计不够深入，数据质量处于较浅层次；中药复方药物间的君臣佐使的协同功效，如何在小分子层面体现，尚未有广泛适用的研究方案；中药小分子成分复杂，药物靶点筛选技术未有突破，存在机理不明、潜在毒性等问题。
多组学在中医药研究中的进展
2020年1月，上海交通大学吕海涛研究员应邀在药理学著名杂志《Pharmacological Research》（IF＝7.658）在线发表了综述“Omics strateges decipher therapeutic discoveries of traditional Chinese medicine against different diseases at multiple layers molecular—level”，本文总结了系统生物学驱动的组学方法在多种疾病中医药治疗中的应用，包括心血管疾病，传染病，代谢性疾病和神经退行性疾病等。通过基因组、转录组、蛋白质组和代谢组等多组学策略与网络药理学相结合，识别各种中药的生物活性成分，创造新的中药复方，破译中医药治疗机制。
2020年9月，台湾长庚大学赖信志教授团队在Protein&Cell(IF=14.870)期刊发表了题为“Role ofgut microbiota in identification of novel TCM-derived active metabolites”的综述文章。该文指出越来越多的证据表明，中草药与肠道微生物组成密切相关，而肠道着生物组成与中草药成分向活性代谢产物的转化密切相关，这些可能会显著影响中药的治疗活性。微生物组学分析结合现代多组学平台，可以共同识别新的功能代谢物、并形成未来中医研究的基础。
2020年9月，台湾长庚大学赖信志教授团队在Protein&Cell(IF=14.870)期刊发表了题为“Role ofgut microbiota in identification of novel TCM-derived active metabolites”的综述文章。该文指出越来越多的证据表明，中草药与肠道微生物组成密切相关，而肠道着生物组成与中草药成分向活性代谢产物的转化密切相关，这些可能会显著影响中药的治疗活性。微生物组学分析结合现代多组学平台，可以共同识别新的功能代谢物、并形成未来中医研究的基础。
系统生物学：Systematic Biology，研究生物系统中所有组成成分（基因、RNA、蛋白质和代谢产物等）的构成以及在特定条件下这些组分间的相互作用和关系，并分析生物系统在某种或某些因素干预扰动下在一定时间内的动力学过程及其规律。
多组学：Multi—Omics，结合两种或两种以上组学研究方法，如基因组、转录组、蛋白组或代谢组，对生物样本进行系统研究。基于生物信息学整合分析、挖掘不同组学数据的价值，结合生物学，系统性解析生物科学机理。
基因组学：用于研究重要，涉及药用植物的分子特性、生物活性化合物的鉴定、作用机制；
转录组学：提供功能基因表达信息，探讨中药及其相关药用植物的治疗效果和药物毒理学机制；
蛋白组学：阐述中医药对多种疾病的治疗机制；
代谢组学：对某些化合物进行功能评价识别出具有药物的候选化合物，从而发现和开发中药的衍生新药；
微生物组学：研究不同中药作用下的肠道菌群的多样性和分布。
多组学在中医药研究方向的经典文献
16S rRNA测序/宏基因组学测序+转录组学+代谢组学联合
片仔癀（PZH）是一种成熟的传统药物，对炎症和癌症具有有益作用，但其在预防结直肠癌（CRC）方面的潜在功能仍然未知。香港中文大学胃肠肝病研究于君教授团队，于2023年12月在Gastroenterology（IF=29.4）期刊上发表了题为Traditional Medicine Pien Tze Huang Suppresses Colorectal Tumorigenesis Through Restoring Gut Microbiota and Metabolites的研究论文，采用16S rRNA测序/宏基因组学测序+转录组学+代谢组学联合，发现PZH通过操纵肠道微生物群和代谢物，使其具有更有利的特征，来改善肠道屏障功能，抑制致癌和促炎途径，从而抑制结直肠癌的发生。
该研究除了中药搭载多组学之外，研究对象上也结合了国自然热点“类器官”，关于类器官的经典研究思路，必须码住。案例来咯 | 类器官单细胞测序实现高维度药物筛选
基因组+转录组学+蛋白组+网络药理学联合
2024年1月福建中医药大学发表中医药SCI（Jiangu granules ameliorate postmenopausal osteoporosis via rectifying bone homeostasis imbalance: A network pharmacology analysis based on multi-omics validation. Phytomedicine. IF=7.9），文章利用NHANES数据库比较了正常人群和绝经后骨质疏松症（PMOP）患者的基因组学信息。结合转录组学和蛋白质组学数据，鉴定了PMOP相关基因，应用网络药理学方法确认健骨颗粒在PMOP中的作用靶点。转录组学和蛋白质组学分析表明，PMOP相关基因表达失调与单核细胞有关，Notch通路是代表骨稳态失衡的关键靶点，高度参与PMOP的发生。还确定了网络药理学结果，进一步揭示了健骨颗粒可能通过恢复上述骨稳态失衡来治疗PMOP。在体内实验中，证实了这种高效，这主要是由于通过恢复大鼠模型中与单核细胞、Notch 和类固醇通路相关的 PMOP 相关基因的正常表达来缓解骨稳态失衡的功能。
中医药研究除了传统多组学研究之外，还可以结合单细胞测序等分辨率更高组学研究，相应研究思路分享起来。拓展中医新天地: 新格元为中医药多组学研究引领创新浪潮
另外在中医药研究中涉及到中重要的一环-中药有效成分作用靶点，涉及相应的转录组学的使用，新格元开发了一种成本更低、样本要求更低、通量更大的转录组测序。豪礼满天飞，转录组专享福利不容错过！
文献参考：
1.Guo R, Luo X, Liu J, et al. Omics strategies decipher therapeutic discoveries of traditional Chinese medicine against different diseases at multiple layers molecular-level. Pharmacol Res. 2020 Feb;152:104627. doi: 10.1016/j.phrs.2020.104627. Epub 2020 Jan 2. PMID: 31904505.
2.Lin TL, Lu CC, Lai WF, et al. Role of gut microbiota in identification of novel TCM-derived active metabolites. Protein Cell. 2021 May;12(5):394-410. doi: 10.1007/s13238-020-00784-w. Epub 2020 Sep 15. PMID: 32929698; PMCID: PMC8106560.
3.Gou H, Su H, Liu D, et al. Traditional Medicine Pien Tze Huang Suppresses Colorectal Tumorigenesis Through Restoring Gut Microbiota and Metabolites. Gastroenterology. 2023 Dec;165(6):1404-1419. doi: 10.1053/j.gastro.2023.08.052. Epub 2023 Sep 12. PMID: 37704113.
4.Li C, Lin X, Lin Q, et al. Jiangu granules ameliorate postmenopausal osteoporosis via rectifying bone homeostasis imbalance: A network pharmacology analysis based on multi-omics validation. Phytomedicine. 2024 Jan;122:155137. doi: 10.1016/j.phymed.2023.155137. Epub 2023 Oct 5. PMID: 37856991.
本文原文来自丁香园