基于正交投影的代谢组学及其中药肝毒性评价与预测

代谢组学能够全面地、灵敏地反映药物毒性，其表现形式即为在毒性作用下内源性代谢物的浓度水平偏离正常生理状态的程度。以尿液为代表的样本中，存在三类干扰物，即浓度水平恒定的内源性代谢物、饲料代谢和排泄的外源性代谢物、药物代谢和排泄的外源性代谢物。前两类干扰会使毒性评价与预测结果的重现性变差、可信度降低，后一类干扰不但会出现上述问题，更可能导致结果错误，特别是中药代谢组学更易于产生此类问题。预示着基于现有的代谢组学方法难于实现对中药毒性的准确评价与预测。据此，本项目以HPLC－MS/MS的高灵敏性和质谱的正交信号研究三类干扰物信号的消除方法，建立稳健的、灵敏的肝毒性代谢组学模型及其专家系统，初步确证生物标记物，并应用于肝毒性中药的毒性评价和低毒性或亚毒性中药的毒性预测。研究成果具有显著的创新性和广普性，将表现出广泛的应用潜能。

基于质谱信号的高度选择性与正交性，本研究提出了消除基线漂移方法，即基于质谱高度选择性的基线漂移消除方法 （MSS-CBSE方法），和去除药物外源性干扰信号的方法，即基于质谱信号的正交投影方法（MSOP方法）。通过模拟数据、标样数据及实际尿液样本数据对两组方法进行验证，并考察两种方法在标准肝毒物和中药代谢组学研究中的应用。同时，建立6种标准肝毒性药物的小型专家系统，对中药黄药子与柴胡的肝毒性进行试验性评价。本项目研究成果表明：（1） MSS-CBSE方法能获得全谱范围内的真实基线，包括无信号的色谱区间，也包括了色谱峰区间，同时，还能够准确地反映色谱峰中所包含的非等性噪声；(2) 基线漂移会对代谢组学模型产生显著影响，较于消除基线漂移后的代谢组学模型中给药组与正常组的距离，未消除基线漂移时，代谢组学模型中两组间的距离变小，说明基线漂移会导致给药组偏离正常组的程度减弱，使本应该较强的肝毒性表达变弱，使药物毒性评价出现偏差。（3）MSOP方法能够准确有效获得并消除差异型外源性代谢物信号；（4）药物外源性代谢物信号会改变PCA代谢组学模型中给药组与正常组间的距离，导致给药组与正常组间的差异性发生变化，从而使药物的评价毒性出现偏差；（5）中药黄药子能导致大鼠显著的肝损伤，且黄药子的肝毒性呈现剂量与时间依耐性；（6）在本研究较低的给药剂量下，柴胡给药第一天就会造成大鼠肝损伤，并在给药第二天毒性最强，在给药第三天柴胡的毒性减弱；（7）基于6种标准肝毒物的PCA得分模型建立以分类树为基础的小型专家系统，黄药子组预测样本与硫代乙酰胺最接近，而柴胡组预测样本不接近任何肝毒物组。