基于代谢组学和胃肠动力学的中药敷脐治疗小儿腹泻的机理研究

脐为五脏六腑之根，又通诸经百脉，脐疗的整体性及治病机理的复杂性既要求以整体思维为指引，用系统综合的方法阐述其机理，在对具体疾病治疗中又当结合局部微观层次加以阐明。项目以小儿脾胃虚寒泄泻为疾病模型，选择药典载"小儿腹泻外敷散"为药物模型，以经络系统和疾病特征为基础，将系统论与还原论相结合，一方面借助代谢组学为主体的系统生物学，采用LC/MS、GC/MS技术对比治疗干预下动物内源性代谢物差异谱，表征特征生物标记物，研究系统代谢网络的动态变化，阐述敷脐疗法的整体作用机理；另一方面引入细胞调控网络为主体的胃肠动力学，采用胃肠神经- - Cajal细胞- - 平滑肌网络信号传导递质及受体表达技术，研究治疗干预下细胞分子网络动态变化，阐述敷脐疗法的局部组织细胞学机理。最后利用生物信息学，将二者信息加以融合，从整体与局部，宏观与微观角度全面揭示脐疗的机理和规律。研究结果对于中药传统制剂理论现代化有重要意义。

项目以小儿脾胃虚寒泄泻为疾病模型，小儿腹泻外敷散为药物模型，从整体与局部，宏观与微观角度全面揭示脐疗的机理和规律。项目已按计划如期完成，主要工作分三部分，第一借助代谢组学为主体的系统生物学，采用UPLC/Q-TOF-MS技术对比治疗干预下动物内源性代谢物差异谱，阐述敷脐疗法的整体作用机理；第二引入细胞调控网络为主体的胃肠动力学，采用胃肠神经—Cajal细胞(ICC)—平滑肌网络信号传导通路及受体表达技术，研究治疗干预下细胞分子网络动态变化，阐述敷脐疗法的局部组织细胞学机理。最后将二者信息加以融合，多层面，多视角地阐明脐疗的机理和规律。. 治疗干预下腹泻大鼠尿液代谢组学表明，药物可影响机体的三羧酸循环、色氨酸和精氨酸代谢；血浆代谢组学表明，药物可影响能量代谢、脂肪分解、乙酰胆碱和儿茶酚胺代谢；粪便代谢组学表明，药物可影响核酸、胆固醇和组胺代谢、肠道菌群代谢。腹泻大鼠胃肠动力学研究表明，药物干预后，小肠ICC超微结构中细胞形态和缝隙连接基本恢复正常；ICC空泡样和核周隙消失，网络链接趋于紧密，网络信号传导通路得以修复。在通路中起重要作用的神经递质受体VIP-R1和连接蛋白Cx43的表达也恢复正常。将代谢组学与胃肠动力学结果进行比对，可以发现脐部给药后机体宏观与微观变化有着千丝万缕的联系。尿液和血液中相关代谢物均参与了三羧酸循环，三羧酸循环的氧化酶系存在于细胞的线粒体中，其紊乱预示着线粒体功能的紊乱，这与大鼠ICC出现线粒体的减少和肿胀，影响正常功能相吻合。ICC变性还使得合成乙酰胆碱(Ach)的外部环境发生改变，影响信号传导递质Ach的合成，从而引起参与Ach代谢的代谢产物二甲基甘氨酸的变化。ICC损伤引起网络信号传导通路异常的同时，在各代谢产物中均发生变化的氨基酸是构成蛋白质的基本单位，氨基酸的代谢紊乱直接影响了蛋白的代谢，引起通路中重要的狭缝链接蛋白CX43的表达异常，导致信号传导受阻。药物干预则可以明显改善各类异常，使机体状态恢复正常。. 以上研究显示，中医脐疗法不仅可以纠正机体宏观代谢网络体系的异常，还对微观生物组织细胞调控网络具有局部调节作用，二者具有多层次的关联性。该项目的研究方法为传统中医药理论采用现代系统论和还原论进行研究的思路起到探索作用；研究结果展示了传统中药特色制剂理论的丰富内涵和精华，有助于加快中医药传统理论的现代化进程。