基于代谢组学研究复方血栓通防治糖尿病视网膜病变的组方规律

Diabetic retinopathy (DR) is a chronic disease that has a long duration of medication and a wide range of disease targets. Chinese medicine has its unique advantages in the prevention and treatment of DR. Therefore, it is necessary to investigate the rationality of prescription on DR. The integrity and empiricism of Chinese medicine theory makes it suitable for guiding the rational use of herbal formulas at the macroscopic level. Metabolomics can sensitively and objectively reflect physical conditions. Thus, it is well suited to study the regularity of compatibility. In our present study, the metabolomics will be used to analyze the temporal changes of endogenous metabolites in DR rats. Rat retinal vascular endothelial cells (RRCEC) will be used to validate DR-related key metabolites. Then the quantitative metabolomics technique will be used to determine the contents of those key metabolites after oral administration of single herbs or Fufang Xueshuangtong. Finally, a mathematical model will be established to predict the optimized prescription based on the metabolomics data from single herbs or Fufang Xueshuangtong. The optimized prescription will be validated both in metabolomics and pathophysiology. This study could lay a solid foundation for the precise use of medicines on DR in clinical, and provide a new strategy to investigate the rational use of herbal formulas based on the metabolomics.

糖尿病视网膜病变（DR）是一种慢性疾病，具有用药时间长、疾病靶点多等特点。中医药在防治DR方面具有其独特的优势。因此，探讨防治DR方药的合理组方显得尤为重要。中医药理论具有模糊性和经验性，适合在宏观层面指导组方；代谢组学能灵敏、客观地反映机体整体状态，可作为客观连接方证的桥梁，适合剖析复方的组方规律。本项目首先采用代谢组学技术分析DR大鼠模型代谢物的时序性变化，结合视网膜内皮细胞损伤实验确定与DR疾病进程相关的一组关键差异代谢物。其次，采用定量代谢组学技术测定单味药及其组合、复方血栓通对DR关键差异代谢物调节作用的强弱，分析单味药作用的代谢通路，建立可预测药效的数学模型，定性、定量剖析复方血栓通的组方规律。以关键差异代谢物的含量趋于正常为目标，拟定新的复方并进行药效验证。既为临床防治DR的精准用药提供坚实的基础，也为基于整体观研究中医治疗慢性疾病的组方规律提供途径。

本项目建立了糖尿病及糖尿病视网膜病变相关差异代谢物数据库，对DR大鼠与正常大鼠的差异代谢物进行定性分析及视网膜时序性特征分析，结果显示视网膜功能于造模第2月-第3月显著下降；10个代谢物可作为生物标志物用于表征DM向DR过渡的血浆内源性环境。其中代谢物棕榈酸、肉豆蔻酸、鞘氨醇、植物鞘氨醇、L-乙酰肉碱和L-异亮氨酸随着病程的推进呈规律性变化，可用于表征DM向DR过渡不同阶段的特异性内源性状态。利用大鼠视网膜毛细血管内皮细胞研究DR关键差异脂质对细胞的影响，确定了二氢鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇通过激活RAGE-JAK2/STAT3信号通路诱导大鼠视网膜微血管内皮细胞的ROS水平增加以及细胞的氧化应激损伤。建立了斑马鱼DR模型，并对其脂质组进行表征，显示出与大鼠模型相似脂质特征，包括甘油三酯水平升高，部分鞘脂类成分上调等。利用斑马鱼DR模型对三七、丹参、黄芪、玄参的代表性组分进行组方规律分析，结果显示丹参总酚酸是改善视网膜血管形态、脂质蓄积及葡萄糖总量的最重要影响因素；三七总皂苷主要对MDA水平的改善发挥重要作用；黄芪总皂苷在肝脏脂质蓄积、葡萄糖总量及MDA水平的调节方面较为重要。四项指标综合评分显示，复方血栓通四味中药的代表性组分的最佳配伍比例为三七总皂苷：丹参总酚酸：黄芪总皂苷：哈巴苷=3：1：1：2。为探讨成分间的协同情况，课题组利用斑马鱼DR模型筛选三七、丹参、黄芪、玄参中活性成分，发现了一系列具有调节代谢，保护视网膜血管的成分；利用人源视网膜内皮细胞对筛选得到的活性成分进行协同评价，其中三七皂苷R1与黄芪甲苷在抑制内皮细胞增殖方面具有显著协同作用，初步揭示了组方作用机制，为相应的代谢性疾病的治疗提供新的先导化合物，为成分组方防治DR奠定基础，为组方研究提供方法示范。发表SCI论文1篇，核心期刊7篇；培养硕士生5名，博士生3名。