中药成分复杂，具有作用通路和靶点多、对机体多向调节和整体调节、作用机制复杂等特点。代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，其整体性的研究思路与中医药作用整体观相一致，强调了多成分、多靶点、多层次的整体调节。通过现代分析技术手段检测生物体系内代谢产物的变化，可以更准确、直接地反映生物体系的代谢和表型信息，揭示中医药治疗复杂疾病的作用机制。斑马鱼模型作为一个整体的动物模型，其体积小、高通量、费用低、周期短，且实验结果可靠，在药物研究领域广泛应用，在中药药理研究等方面表现出优越性。

一、代谢组学

代谢组学是通过现代检测手段对生物样本中的代谢产物进行定性和定量分析，从而进一步分析生物体受到刺激后内源性代谢物的变化规律和影响的代谢通路，以寻找代谢物与生理病理变化之间的相对关系。

随着现代分析技术的不断发展，代谢组学在中医药领域取得了不少创新性研究成果。在研究方法上，稳定同位素示踪代谢组学、质谱成像空间代谢组学等技术的应用为突破代谢表型并深入剖析关键代谢物的功能机制提供了新思路。代谢组学与多学科、多组学前沿技术的交叉应用也为中医药创造了新的机遇。 目前代谢组学在中医药现代化的研究领域仍处于不断发展阶段，尚存在代谢物质功能验证不足、疾病或药效标志物代谢物缺乏特异性等问题。因此，代谢组学在中医药研究中存在的问题仍需要进一步研究探讨，为进一步揭示中医药科学内涵和推动中医药现代化发展提供参考和指引。

（一）代谢组学概述

代谢组学是系统生物学的组成部分，是效仿基因组学和蛋白质组学的研究思想，对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系的研究方式。其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。先进分析检测技术结合模式识别和专家系统等计算分析方法是代谢组学研究的基本方法。

代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近迅速发展起来并渗透到多项领域的一门学科，如疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学、植物学等与人类生命健康密切相关的领域。基因组学和蛋白质组学分别从基因和蛋白质层面探寻生命的活动，而实际上细胞内许多生命活动是发生在代谢物层面的，如细胞信号释放、能量传递、细胞间通信等都是受代谢物调控的。代谢组学正是研究代谢组在某一时刻细胞内所有代谢物的集合的一门学科。基因与蛋白质的表达紧密相连，而代谢物则更多地反映了细胞所处的环境，这又与细胞的营养状态、药物和环境污染物的作用，以及其它外界因素的影响密切相关。因此有人认为，“基因组学和蛋白质组学告诉你什么可能会发生，而代谢组学则告诉你什么确实发生了”。

代谢组学的概念来源于代谢组，代谢组是指某一生物或细胞在一特定生理时期内所有的低分子量代谢产物，代谢组学则是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性和定量分析的一门新学科，是以组群指标分析为基础，以高通量检测和数据处理为手段，以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支。

（二）代谢组学的研究范围

代谢组学主要研究的是作为各种代谢路径的底物和产物的小分子代谢物（MW<1000），主要技术手段是核磁共振（NMR）、质谱（MS）、色谱（HPLC，GC）及色谱质谱联用技术。通过检测一系列样品的NMR谱图，再结合模式识别方法，可以判断出生物体的病理生理状态，并有可能找出与之相关的生物标志物。

（三）代谢组学的发展史

代谢组学的出现是生命科学研究的必然。在20世纪90年代中期发展起来的代谢组学，是对某一生物或细胞中相对分子量小于1000的小分子代谢产物进行定性和定量分析的一门新学科。代谢组作为系统生物学的重要组成部分，在临床医学领域具有广泛的应用前景。代谢产物是基因表达的最终产物，在代谢酶的作用下生成。虽然与基因或蛋白质相比，代谢产物较小，但是不能形成代谢产物的细胞是死细胞，因此不能小看代谢产物的重要性。研究人员通过对机体代谢产物的深入研究，可以判断机体是否处于正常状态，而对基因和蛋白质的研究都无法得出这样的结论。事实上，代谢组学研究已经能诊断出一些代谢类疾病，如糖尿病、肥胖症，代谢综合症。目前，已经研究清楚的普通代谢途径包括三羧酸循环（TCA）、糖酵解，花生四烯酸（AA）/炎症途径。

（四）代谢组学的研究方法

代谢组学的研究方法与蛋白质组学的方法类似，通常有两种方法。一种方法称作代谢物指纹分析，采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）的方法，比较不同血样中各自的代谢产物以确定其中所有的代谢产物。从本质上来说，代谢指纹分析涉及比较不同个体中代谢产物的质谱峰，最终了解不同化合物的结构，建立一套完备的识别这些不同化合物特征的分析方法。另一种方法是代谢轮廓分析，研究人员假定了一条特定的代谢途径，并对此进行更深入的研究。

对于代谢产物来说，不仅只有质谱峰这个特征。更进一步地说，质谱（MS）并不能检测出所有的代谢产物，并不是因为质谱的灵敏度不够，而是由于质谱只能检测离子化的物质，但有些代谢产物在质谱仪中不能被离子化。采用核磁共振（NMR）的方法，可以弥补色谱的不足。剑桥大学的Jules Griffin博士，正在使用质谱与核磁共振结合的方法，试图建立机体中的完整代谢途径图谱。Griffin用核磁共振检测高丰度的代谢产物，由于核磁共振检测的灵敏度不高，所以只用于分析低丰度代谢产物。

过去，只有毒理学方面的研究使用核磁共振，而质谱只在植物代谢研究中采用。如今，这两种方法在代谢组学研究中已经普遍使用。为在不同样品间进行有意义的比较，研究人员必须结合使用这两种方法获得的大量数据进行分析。此外，还需要结合基因组学研究获得的数据。

Gary Siuzdak博士在美国克利普斯研究院（TSRI）从事生物信息学问题的研究，他设计了一个分析来自不同样品代谢产物变化的实验方案。研究人员可以通过生物信息学软件XEMS比较不同的数据，从而识别出代谢产物。软件提供了所有代谢产物的分子量数据，这些代谢产物浓度因不同的个体而变化。公众可以从网上免费获取这些数据。

Siuzdak博士表示，他们正采用综合研究的方法进行代谢组学研究，试图检测出尽可能多的代谢产物，超越人们过去使用方法所能达到的目标。通过个体研究，希望能在一定程度上识别出与应激有关的新分子，这些应激物可能是一种疾病，一种敲除酶，或者是其他的物质。

（五）代谢组学的发展前景

代谢组学作为后基因时代，系统生物学驱动的新生代组学技术，其核心价值是通过定性描述和定量表征不同生物基质中小分子代谢组以阐明与细胞代谢相关的所有关键科学问题，进而可以从代谢维度认识不同的生物化学过程和生物学事件，如疾病的发生/诊断、药物作用/毒理、营养健康/干预、植物生理/病理、微生物感染/治疗，环境毒理/修复，基因突变/修饰等。然而，过去的十年，代谢组学的发展，同其它生命组学一样，面临一个巨大困局。由于现有技术手段和生物化学认知的局限性，当下，组学研究仍处于表型数据的高通量采集与初步分析水平，即定义为表型代谢组学研究，若要寻求真正解决上述与代谢相关的关键科学问题，功能代谢组学研究势在必行。

二、代谢组学在疾病诊断中的应用

与基因组学和蛋白质组学相比，代谢组学的研究侧重于相关特定组分的共性，最终是要涉及研究每一个代谢组分的共性、特性和规律，目前据此目标相距甚远。尽管充满了挑战，研究人员仍然坚信，与基因组学和蛋白质组学相比，代谢组学与生理学的联系更加紧密。疾病导致机体病理生理过程变化，最终引起代谢产物发生相应的改变，通过对某些代谢产物进行分析，并与正常人的代谢产物比较，寻找疾病的生物标记物，将提供一种较好的疾病诊断方法。

三、代谢组学在医疗中的应用

代谢组学研究人员已经对此进行了研究。新生儿是否缺失酶基因，可以在出生时就检测出来。可检测出包括涉及合成途径中的基本成分（如氨基酸）的酶。酶缺失的结果就是相应的代谢产物过少或过多。苯丙酮尿症（PKU）是一种常见的婴儿疾病。这种疾病是由于缺失将苯丙氨酸水解成酪氨酸所必须的苯丙氨酸水解酶基因，导致血液中苯丙氨酸累积造成的。若不能及时检测出这种天生的代谢缺乏，在婴儿出生后九个月内，就会引起无法挽救的大脑损伤。这种疾病通过简单的血样和尿素化验就可以确诊。而血样和尿素化验以后也将成为代谢指纹研究方法的一部分。像苯丙酮尿症这样的疾病，研究人员正试图从疾病的生物化学基础着手，而不是仅仅检测生物标记物。他们希望通过代谢组学，可以找到更好的方法去治疗这些疾病。

四、代谢组学在中药研究中的应用

人类对复杂生命体的认识循着从器官/组织、细胞到基因的方式，现在又回到了以整体性研究为特点的系统生物学的时代，其鲜明的特征是各种“组学”研究的繁荣。代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学后新兴的一种组学方法，是系统生物学的重要组成部分，由nicholson于1999年首次提出。代谢组学研究的核心思想在于利用现代分析技术定量测定生物体液（如尿液、血浆、组织提取液等）中的内源性代谢产物，考察生物体在不同状态下（生理病理状态、给药前后等）其代谢产物的变化，通过代谢物图的整体分析直接认识生理病理及生化状态，结合化学信息学分析方法确定内源性小分子代谢物成分的变化模式，获得相应的生物标记物群，表征或揭示生物体在特定时间、环境下整体的功能状态。其后又出现了针对植物的代谢组学研究。如今代谢组学已在药物毒性及安全性评价、疑难疾病诊断、新药研发及药物作用机制研究等生命科学的多个领域展示了广阔的应用前景。

完整的代谢组学分析流程应包括样品的采集、预处理、仪器分析与鉴定、数据分析及生物标记物意义解读，最终认识机体生化反应机理和生命现象。主要研究手段包括核磁共振谱（NMR）、气相色谱-质谱（GC/MS）和液相色谱-质谱（LC/MS）等各种高通量、高分辨、高灵敏度的谱学技术，特别是UPLC-Q-TOF-MS以其灵敏度高、分析速度快、样品无需衍生化等优点，受到众多研究者的关注。主成分分析及偏最小二乘判别分析等多元模式识别方法是代谢组学常用的数据降维和信息挖掘方法。

中药“多组分、多靶点、整合调节作用”的特点及中医药理论的“整体观、动态观、辨证观”与代谢组学整体性、系统性、综合性相吻合。因此，以代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是现代科学中可以概括中医药抽象整体观思想的重要途径。

（一）代谢组学技术在现代中药研究中的应用

1、代谢组学与中医证候模型的研究

辨证论治是中医药的特色与精华，“证”是机体在疾病发展过程中某一阶段的病理概括。建立中医“证”动物模型是开展符合中医药理论药效评价的重要前提，由于中医“证”的主观不确定性，缺乏合适的动物模型建立与评价方法，根据不同种属、不同品系动物模型与人的代谢状态的差异，以特征性标记物为参考，寻找模拟人类疾病且适用于药效和毒性等研究的动物模型，将成为代谢组学的重要应用领域之一。例如，对慢性束缚应激大鼠（肝郁脾虚模型）的血浆代谢表型改变的研究发现：模型组大鼠醋酸、乳酸、酪氨酸、低密度脂蛋白等发生较大变化，提示动物能量代谢及脂肪、蛋白质代谢功能异常，与已知的应激状态动物体内代谢的调节过程及结果相一致。

2、代谢组学与中药整体疗效、药效物质基础及作用机制的研究

对中药疗效的评价、物质基础及作用机制的研究基本上都是沿用化学药的方法，即使引入了细胞分子生物学的研究加深了认识，但从目前的研究结果分析，中药基本上没有优于化学药的作用特点可言，可能是我们忽视了其“君臣佐使”、“升降沉浮”等理论和整体性作用机制很难在单一机制的药理模型和分子水平加以诠释，这就需要建立适用于中药多组分、多靶点整体综合效应的药效评价体系。采用代谢组学的方法来对比分析服用中药前后机体内体液之间所存在的不同，来证实中药的疗效，可能成为未来系统生物学研究中药的重要手段。

3、代谢组学与中药安全性和毒性研究

由于历史、习惯、地域等原因，同一种药材可能来自不同的植物，不同的药材间也存在代用、混用等问题，这为中药的安全性埋下了隐患，但长久以来并未引起足够的重视。在20世纪90年代初出现了在比利时服用含中药广防己的减肥药导致肾功能衰竭的报道，中草药的安全性问题引起了国内外的广泛关注，而且对中草药的声誉造成极大的损害。利用代谢组学技术可以观察到中药可能对机体能量代谢、蛋白质代谢、糖代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢和肠道菌群产生“扰动”的作用，对中药的毒性进行分析评估。

4、代谢组学与中药质量控制研究

同一种中药材由于生长环境、采收季节及加工方式等的不同，其所含化学成分可能有很大差异。现阶段中药的质量控制主要是对一个或几个指标成分或活性成分进行定性鉴别和定量测定，这种方式的缺点是显而易见的。近年来国家大力推广指纹图谱技术，但对中药的质量控制仍然存在局限性。基于NMR和MS技术的中药质量控制的代谢组学技术，可以定性和定量地鉴定出不同产地、不同采收季节、不同产地加工方式等的中药材化学成分的差异。

在长期的用药实践中，中药形成了自己独特的炮制工艺。中药炮制的主要目的是增强或改变药物的性能，同时降低中药的毒性，这必然涉及化学成分的变化。借鉴代谢组学的思路与技术，结合多变量统计分析方法，就可能识别并鉴定炮制过程中发生变化的成分甚至是微量成分。

5、代谢组学与中药活性成分代谢产物研究

药物代谢产物的研究主要有体外（主要利用肝细胞、微粒体和重组人细胞色素p450等）和体内（主要利用放射性同位素标记）方法，对于中药这样复杂的体系而言，这些方法都存在明显的缺陷。正常动物给药前后其体液成分会发生明显的变化，这种变化来自于两个方面，一方面是药物代谢的产物，另一方面是药物引起机体内源性成分的变化。利用代谢组学技术可以检测并鉴定这些变化。

（二）代谢组学在中药研究中应用的现状和发展趋势

目前，已利用代谢组学技术法对中医证候动物模型、中药的整体疗效及作用机制、安全性及质量控制等进行了一定的研究，获得了相关“证模型”的生物标志物，为阐释中医证候的生物学本质和病症治疗提供了证据；初步建立了适用于中药多组分、多靶点整体综合效应的药效评价及作用机制研究、安全性评价及质量控制的方法。将代谢组学技术的高通量、高分辨率、高灵敏度的现代仪器分析技术和多变量统计分析方法引入中药炮制和代谢产物的研究，可以发现中药材炮制过程中发生变化的微量活性成分和微量代谢产物，在中药研究方面显示了巨大的潜力。

从当前的现状来看，中医药认识疾病的方法、理论等尚缺乏合适的现代科学表达体系，目前仍是一种不能与现代医学相兼容、相通的“语言”。中医药和代谢组学的整体观学术思想方法具有内在相通性，因而，以代谢组学为主体的系统生物学研究方法可能是认识中医药抽象整体观思想的重要途径。长期以来，对中药药效和作用机制的研究一直沿用化学药物的方法，试图证明哪些成分在起作用，作用于哪个靶点，但是传统中药用药一般是口服，药物首先要经过胃肠道的吸收才能发挥作用，肠道微生态菌群有可能是一个被忽略的区域，中药有可能通过非直接作用对机体产生效应，引入反映整体观念的代谢组学有可能解开中药作用的神秘面纱。运用代谢组学研究技术，根据不同种属、不同品系动物模型与人的代谢状态的差异，以特征性标记物为参考，结合传统的中医理论，探索新型中医证动物模型的制作方法将具有十分重要的科学意义。

与传统方法比较，代谢组学方法能更快、更准确、更全面、更系统地发现毒性物质和毒性反应规律，尤其是多层次、多靶点的综合毒性反应，结合经典的分子生物学手段，将对中药毒性进行整体-局部-系统的全面理解，进而指导中药临床安全用药。《神农本草经》中记载的“下品”多有毒性，中药所致毒性与化学品是否相同?还是有自己独特的特点?我们能否利用代谢组学技术，借鉴已经取得的相关研究成果，建立具有中医药特色的中药毒性专家预测系统用于指导中药研发和临床应用。

应用代谢组学技术将中药材不同生长状态下的不同代谢物组作为一个整体来进行考察，用于中药材质量控制，注重中药指纹图谱所忽视的分子本质和初生代谢物的影响，更具全面性和优越性，将更进一步解决中药质量控制的复杂性难题，占领中药整体质量评价体系构建和中药整体质量技术标准制定的制高点。

代谢组学为广大从事中药研究的科研工作者提供了崭新的思路与视角，在现有化学、药理或毒理的研究基础之上，引入系统生物学尤其是代谢组学的研究思路，伴随着各种高分辨率、高灵敏度的分析技术、多变量统计分析方法和代谢网络数据库的不断完善及各种技术标准的建立，有可能搞清楚中药药效作用的物质基础、作用机理、配伍规律、代谢产物和毒副作用等，有可能使有着几千年历史、以经验为基础的中药治病向以科学的方法和标准为基础的现代化中药治病转变，从而对中医药事业长远可持续健康发展产生深远的影响。     

虽然代谢组学技术在中药研究中的应用已经取得了可喜的成果，但也应看到，当前代谢组学的研究还处于模式识别和生物标记物鉴定的层次，即无效或有效、对哪些代谢通路产生了影响，如何基于代谢组学研究结果，对中药整体药效作用进行定量表征，阐明中药整体药效作用区别于相应单靶点化学药物的作用特点，如何与经典的形态、功能学相关联，如何与基因组学、转录组学、蛋白质组学整合获得中药作用的全面综合的认识，可能是下一步需要我们思考、探索、解决的问题。

五、斑马鱼

斑马鱼是鲤形目鲤科短担尼鱼属的鱼类，又名蓝条鱼、花条鱼、斑马担尼鱼。体呈纺锤形。背部橄榄色，体侧从鳃盖后直伸到尾末有数条银蓝色纵纹，臀鳍部也有与体色相似的纵纹，尾鳍长而呈叉形。雄鱼柠檬色纵纹，雌鱼的蓝色纵纹加银灰色纵纹。具暗蓝与银色纵条纹。斑马鱼的寿命一般在2～3年，最长达5.5年。

斑马鱼分布于孟加拉、印度、巴基斯坦、缅甸、尼泊尔的溪流。被引进美国、斯里兰卡、菲律宾、毛里求斯等地。斑马鱼是杂食性动物，主要摄食浮游动物、浮游植物和昆虫幼虫等。斑马鱼容易大规模饲养，3个月可达性成熟。雌鱼可每周产卵一次，每次几百枚卵。斑马鱼的胚胎发育是在体外完成的，并且透明可见。

由于斑马鱼养殖方便、繁殖周期短、产卵量大、胚胎体外受精、体外发育、胚体透明，已成为生命科学研究的新宠。全球范围内有超过1500个斑马鱼实验室。利用斑马鱼，可以研究生命科学的基础问题，揭示胚胎和组织器官发育的分子机理；可以构建人类的各种疾病和肿瘤模型，建立药物筛选和治疗的研究平台；可以建立毒理学和水产育种学模型，研究和解决环境科学和农业科学的重大问题。

（一）斑马鱼的科研价值

斑马鱼的主要体现在以下几个方面：

1、研究目的基因在脊椎动物中的表达和功能

利用斑马鱼胚胎透明的特点，构建绿色荧光蛋白（GFP）与内源性靶蛋白的融合蛋白，通过观察融合蛋白的荧光分布情况，借以确定目的基因或目的蛋白的功能和表达特点。同时，还可通过检测绿色荧光的分布，监测外源蛋白的表达在斑马鱼中的表达与分布情况。斑马鱼具有繁殖能力强、体外受精和发育、胚胎透明、性成熟周期短、个体小易养殖等诸多特点，特别是可以进行大规模的正向基因饱和突变与筛选。这些特点使其成为功能基因组时代生命科学研究中较重要的模式脊椎动物之一。

2、免疫学研究

斑马鱼作为免疫学新实验动物的优点在于：

（1）与传统的免疫学实验动物小鼠相比，斑马鱼体型小，子代数量多，培育要求低，易于养殖，饲养成本低，便于开展大规模研究。

（2）斑马鱼个体发育过程是在全透明状态下完成，使得整个心血管系统的发育过程能十分完整地被观察。特别是免疫系统个体发育的相关资料，是无法从小鼠上所进行的实验中轻易获得的。

（3）先期对斑马鱼的遗传学研究积累的丰富突变库也为研究免疫相关基因的功能提供了条件。

（4）在已知生物中，鱼类是最早具备获得性免疫系统的纲。这就使得对斑马鱼免疫系统的研究成为人们了解非特异性免疫系统和获得性免疫系统进化与功能相互关系的重要工具。这个独特的免疫系统进化地位还赋予了斑马鱼作为免疫学研究实验动物的另一重要优势，即其成体可以在没有胸腺、淋巴细胞生成的情况下存活传代，这又是小鼠无法比拟的。

3、人类疾病研究

斑马鱼的基因组中约有30000个基因，数目与人差不多，而且许多基因与人类存在一一对应的关系。斑马鱼的中枢神经系统、内脏器官、血液以及视觉系统，在分子水平上85%与人类相同，尤其是其心，血管系统的早期发育与人类极为相似，故斑马鱼是研究心血管疾病基因的最佳实验动物。斑马鱼中的肿瘤发生情况与人类亦极为类似。斑马鱼的基因特点使它可以成为一种很好的人类肿瘤模型。

4、新药研发

斑马鱼模型既具有体外实验快速，高效、费用低等优势，又具有哺乳类动物实验预测性强、可比度高等优点，可以有效弥补体外实验和哺乳类动物实验之间的巨大生物学断层，完善现有药物研发体系。斑马鱼模型既可以像体外实验那样对作用靶点明确的候选化合物进行靶向筛选和药效学评价，进行单个或多个作用靶点的筛选和验证，也可以像哺乳动物一样对靶点不明或致病机制复杂疾病的治疗药物进行基于药效学的筛选和评价，能够提高药物早期药效学评价的灵敏性和可靠性，有助于在药物研发早期淘汰那些体内药效学评价结果不佳的候选化合物。斑马鱼模型能够早期发现化合物毒性、早期鉴别化合物毒性靶器官，从而做到“早期评价，早期淘汰”。将斑马鱼模型体外实验和哺乳动物实验相结合，可以从整体上缩短药物临床前早期研发的实验周期，降低实验成本，提高实验预测的准确性，进而提高药物研发效率，降低药物研发风险。

5、发育生物学研究

斑马鱼卵子体外受精，体外发育，胚胎发育同步且速度快，胚体透明。其细胞标记技术、组织移植技术、突变技术、单倍体育种技术、转基因技术、基因活性抑制技术等已经成熟，且有数以千计的斑马鱼胚胎突变体，是研究胚胎发育分子机制的优良资源，斑马鱼已经成为最受重视的脊椎动物发育生物学模式动物。斑马鱼具有繁殖能力强、体外受精和发育、胚胎透明、性成熟周期短、个体小易养殖等优点，尤其是可以进行大规模的正向基因饱和突变与筛选，使其成为功能基因组时代生命科学研究中重要的实验动物。

6、眼、耳、肌无力疾病动物模型

斑马鱼还特别适合于眼部疾病的研究，是耳聋和眼盲人的福音。由于斑马鱼幼虫的眼睛占身体的很大一部分，这使操作起来很容易。斑马鱼突变体中有一些与人的视网膜退化综合征相似。美国Hopkins教授实验室鉴定了11种发生多囊肾的斑马鱼突变体，fleer和elipsa突变体表现出肾、眼发育不良，类似于人类眼肾综合征；Mariner和sputnik突变体表现耳聋，类似发生耳聋的人类视网膜色素变性综合征。

（二）斑马鱼的基因图谱

2022年7月5日，英国伯明翰大学发育遗传学教授费伦茨·穆勒作为斑马鱼基因图谱研究负责人之一，与瑞典卡罗林斯卡学院生物科学与营养系副教授卡斯腾·道博等在《自然·遗传学》杂志上发布了迄今最全面的斑马鱼基因图谱。这一成果将帮助科学家们更好地研究各种癌症、心脏病和神经退行性疾病，以及在研究中用斑马鱼模型取代哺乳动物模型。

（三）斑马鱼的应用研究现状

在国际上，斑马鱼模式生物的使用正逐渐拓展和深入到生命体的多种系统（如神经系统、免疫系统、心血管系统生殖系统等）的发育、功能和疾病（如神经退行性疾病、遗传性心血管疾病、糖尿病等）的研究中，并已应用于小分子化合物的大规模新药筛选。中国利用斑马鱼开展相关研究，取得了一系列成果。2012年10月，国家重大科研计划斑马鱼资源中心（即国家斑马鱼资源中心）在中国科学院水生生物研究所（武汉）正式挂牌成立，这无疑对中国的斑马鱼研究具有标志性意义。

六、斑马鱼模型的研究应用

斑马鱼早在20世纪30年代就在欧洲用于环境检测研究，但普遍认为斑马鱼正式作为一种模式生物应用于科学研究始于1972年，美国George Streisinge教授在这一年开始了斑马鱼发育生物学研究和模式动物建系工作。1989年，George Streisinge教授的同事Monte Westerfield教授出版了第一本斑马鱼研究专著The Zebrafish Book第一版。1994年，“斑马鱼发育和遗传”主题会议在美国冷泉港实验室召开，斑马鱼模型开始被学术界接受。1998年，发生了多件斑马鱼技术发展的大事件，美国国立卫生研究院（NIH）在这一年开始大力度支持斑马鱼基因组资源开发，全球首个斑马鱼模式生物数据库ZFIN在这一年成立（http://zfin.org），而全球第一家斑马鱼药物研发服务外包公司也是在这一年成立。2000年，欧洲Sanger中心启动斑马鱼全基因组测序工作，并于2年后发布了第一个斑马鱼全基因组序列拼接ZV1。2004年，斑马鱼国际资源中心（ZIRC）在俄勒冈大学成立。2009年，斑马鱼药物毒理学评价技术首次通过FDA和EMA的GLP认证。

中国的斑马鱼研究应用技术发展从2010年之后进入了快车道，全国首届斑马鱼学术研讨会于2010年在杭州召开。2011年，斑马鱼模型和技术研究被列入国家科技部“重大新药创制”专项十二五实施计划。2012年，中国国家斑马鱼资源中心（CZRC）成立，第一本系统阐述斑马鱼模型评价药物安全性技术方法的专著也在同一年由Willey出版社出版。2013年，首个基于斑马鱼研究获得的候选药物进入美国临床Ⅱ期研究，中国国内首次将斑马鱼临床前药理学评价资料用于创新药物临床试验注册申请。

斑马鱼模型现已在欧美国家广泛应用于人类疾病模型研究、新药筛选、药物毒性与安全性评价。目前国际上已有多个基于斑马鱼模型研发的药物（包括老药新用）获得美国FDA的临床试验许可或上市许可，如PGE2、Lenaldekar、Thalidomide和Rosuvastatin等。诺华、辉瑞、罗氏、默克和阿斯利康等跨国医药巨头公司均通过自建或合作方式用斑马鱼进行药物早期研发，极大地推动了斑马鱼模型在药物研发应用中的标准化和规范化进度。由多个不同实验室进行的实验结果表明，斑马鱼模型对药物心血管毒性、发育毒性和胃肠道毒性等的评价结果与人体实验结果的一致性平均达到了80%以上，按照欧洲选择性分析方法评价中心（ECVAM）的评价标准，大部分的预测准确率已达到了良好（75%～85%）或优秀（≥85%）的水平。

七、斑马鱼模型和代谢组学技术在中药药理药效研究中的应用

实验动物对药物的反应与临床反应的相似性是评价动物模型可信度的重要因素。斑马鱼模型不但对药物的反应与临床反应具有高度的相似性，而且斑马鱼胚胎发育周期短，一般24～30小时就能获得试验结果，斑马鱼胚胎通体透明，易观察试验结果，供试品用量少，给药简单，实验快，试验费用低，且为活体动物实验，与人类疾病具有高度相关性。

中药是一个多成分复杂体系，其药理药效作用是由中药复杂的活性成分作为多靶点、多通路药物对机体作用的结果，中药药效物质是中药发挥临床治疗作用的基础。中药药效成分群中的单体化合物化学分子结构与其作用效果相关，不同分子结构的单体化合物之间往往存在着协同或相加作用，而且有些中药成分需在体内代谢转化为代谢产物才能发挥药理活性，在细胞膜型中无法筛选出这些类型的中药，必须在整体动物模型完成。但动物饲养周期和造模时间长，成本大，不同胎次的动物之间存在差异，难以用于大规模的高通量筛选。而另一方面，尽管药物的疗效与毒副反应的确定主要依赖动物整体试验，但为阐明药物的药理与毒理作用及其机制，通常还要借助体外与半体内实验。中药成分复杂，除有效成分外，还含有非有效成分和杂质，甚至毒性成分等。若将中药粗制品直接加入离体生物反应体系，可能导致假阳性或假阴性或相反的结果。

斑马鱼是目前生命科学研究中重要的模式脊椎动物之一，作为一种新的模式动物，斑马鱼既有着与哺乳动物类似的生理生化特征，又具有高效、快速、大规模的特点，已广泛应用于研究人类疾病和高通量药物筛选。用斑马鱼既可作为一个整体来同时综合分析复方及中药活性成分/组分的生物活性和毒性，然后与体外的分析进行必较，还可以进行器官、细胞和分子水平的研究。斑马鱼体内的代谢酶系高度保守，与哺乳动物的代谢酶系高度相似。斑马鱼幼鱼与成鱼均较成功地模拟了哺乳动物的I相代谢、II相代谢、肠道菌群代谢及多途径整体代谢，克服了体外代谢模型作用环节单一的缺陷，弥补了体内代谢研究工作量和供试品用量大的问题，突破了微量成分难以进行在体代谢研究的瓶颈。与经典的在体代谢研究方法比较，斑马鱼模型能最大限度地保留在体动物代谢的系统性；与体外代谢研究方法比较，斑马鱼模型能有效地模拟在体完整代谢体系，克服了体外实验难以体现中药作用整体观的缺陷，为中药复杂体系的代谢研究提供了一种简单的、模式化的、生物的、系统的、高效的新研究方法，从而成为中药药效、药理、毒理、药物代谢等研究的重要工具之一。

代谢组学作为系统生物学的重要组成部分，其整体性的研究思路与中医药作用整体观相一致，强调了多成分、多靶点、多层次的整体调节。通过现代分析技术手段检测生物体系内代谢产物的变化，可以更准确、直接地反映生物体系的代谢和表型信息，揭示中医药治疗复杂疾病的作用机制。因此，斑马鱼模型和代谢组学技术将在中药研究发挥重要作用，为中药复杂体系的系统性研究提供快速、高效、可靠的研究工具，特别是在中药药效药理学研究领域发挥重要作用。

八、斑马鱼模型和代谢组学技术在达立通颗粒整体质量研究中的应用

中药复方制剂整体质量是指符合中医药理论和中药特点并能被国际社会认可，涵盖中药全生命周期和中药生产全过程、全要素，能科学、客观、全面反映中药内在的、与临床循证医学相关联、具有安全有效可控关键质量属性的中药复方制剂理化性质和生物学性质及其控制方法和指标。

中药复方制剂整体质量评价体系是指在中药复方制剂整体质量理念的指导下，立足于药品全生命周期、药品生产全过程和全要素控制以及源于临床-证于临床-归于临床的研究策略，充分运用药物化学、药理学、药代动力学、毒理学、组学、谱学、系统生物学、信息学、循证医学等现代科学技术研究成果，从源头中药材生产到中药饮片炮制、中药提取、制剂生产全过程研究中药复方制剂主要药效成分的演变及其量质传递规律，确认并验证中药复方制剂质量标志物以及与中药复方制剂临床功效有关的生物标志物，建立的以质量标志物和生物标志物为关键质量属性的中药复方制剂质量控制体系和技术标准体系，并在中药复方制剂全生命周期和中药复方制剂生产全过程、全要素质量控制中应用的一系列技术标准和行业规范。

达立通颗粒整体质量研究就是立足达立通颗粒全生命周期、生产全过程和全要素控制以及源于临床-证于临床-归于临床的研究策略，充分运用药物化学、药理学、药代动力学、毒理学、组学、谱学、系统生物学、信息学、循证医学等现代化科学研究成果，从源头中药材生产到中药饮片炮制、中药提取、制剂生产全过程研究达立通颗粒主要药效成分的演变及其量质传递规律，确认并验证达立通颗粒药效物质基础和药效化学标志物以及与达立通颗粒临床功效有关的药效生物标志物，建立以药效化学标志物和生物标志物为关键质量属性的达立通颗粒质量控制体系和技术标准体系，为构建完善的符合中医药理论和中药特点并能被国际社会认可的中药复方制剂整体质量评价体系提供依据。

依据南昌弘益药业有限公司提出的《中药复方制剂整体质量评价体系的构建及应用》和《达立通颗粒整体质量研究方案》，南昌弘益药业有限公司与王广基院士团队合作，在中国药科大学江苏省药物代谢动力学重点实验室应用代谢组学技术和斑马鱼等模型，开展达立通颗粒体外指纹图谱、体内血清指纹图谱、原型药物成分与代谢物鉴定、药物原型成分及代谢物来源、入血成分测定方法学、入血成分药代动力学、药物成分吸收与生物利用度、功能性消化不良模型动物的药效、体外和半体内药效、病理标志物、药效标志物、药效团对药效标志物的调节作用、药代动力学-药效学标志物、药代动力学-药效学模型、药代动力学标志物定量测定方法、病理模型动物药代动力学标志物的药代动力学、模型动物药效标志物与药代动力学-药效学模型、肠道内源性分子变化、肠道内分泌细胞受体变化、肠道菌群与活性分子变化、中枢神经系统神经递质与内源性分子变化等研究，为构建达立通颗粒整体质量评价体系提供科学依据。目前已完成了达立通颗粒体内外指纹图谱、药代动力学与药代动力学标志物、主要药效团物质与主要药效成分、药效化学标志物研究，正在开展达立通颗粒治疗功能性消化不良的药效生物标志物和对脑-肠-菌轴调节的作用机理研究工作。

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