整合PK/PD-代谢组学-网络分析的双参平肺方治疗肺纤维化物质基础及机制研究

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a refractory lung disease with high mortality，thus how to prevent and treat IPF has become a consensus problem in the field of respiratory, and there is no effective western medicine. Based on our pre-researches, Shuangshen Pingfei Formula (SPF) has been confirmed effective in improving pulmonary function and pulmonary fibrosis, but its material basis and mechanism were not clear. This study established the biological evaluation system of SPF on rat model of IPF induced by bleomycin using metabonomics-network analysis combined with multi-dimensional analysis technology. The differences were identified through a number of metabolites and relevant metabolic pathways between groups at different time points. The mechanism of SPF in treating IPF was revealed from the perspective of metabonomics. The chemical constituents of SPF in vitro and in vivo directly substance after oral prescription were analyzed using UPLC/ESI-Q-TOF mass spectrometry. On this basis, the spectrum of substances in vivo and the effect of IPF biomarkers were identified by correlation-based network analysis, through which the efficacy of material basis of SPF in treating IPF was clarified. Furthermore, the PK-PD characteristics of the main ingredients of SPF in blood from IPF rats were analyzed through PK/PD-metabonomics to explore the scientific connotation of the compatibility in SPF.

特发性肺纤维化（IPF）是一种高死亡率的难治性肺部疾病，尚无显著有效的药物，因此如何防治IPF已成为呼吸领域共识难题。课题组前期研究表明，双参平肺方在改善肺功能及肺纤维化方面疗效确切，但其物质基础及作用机制尚不明确。本课题基于博来霉素诱导大鼠IPF模型，运用网络分析-代谢组学新方法建立基于生物标记物的双参平肺方治疗IPF的药效评价体系，通过双参平肺方干预IPF大鼠模型形成发展不同时期生物标记物及相关代谢途径研究，从代谢组学角度揭示其干预IPF疾病发展的作用机制；构建“体外-体内”化学物质关联分析方法，快速精准辨识双参平肺方化学成分及口服给药后大鼠体内入血成分；在此基础上，基于谱效相关-网络分析辨识体内物质谱与IPF生物标记物效应的关联作用，揭示双参平肺方治疗IPF的药效物质基础。整合PK/PD-代谢组学分析双参平肺方主要药效物质在IPF大鼠的PK-PD关联特征，探讨全方多成分协同配伍机制。

肺纤维化（PF）的发病原因及机制尚不明确，如何防治肺纤维化已成为肺系疾病领域研究的难点和热点问题。双参平肺方（SSPF）是依据经典方剂人参平肺散加味丹参的临床验方，在改善肺功能及纤维化方面疗效确切。本研究基于“代谢组学-PK/PD”建立了SSPF治疗PF的药效物质和作用机制的研究策略。发现PF不同时间点血液中主要的代谢途径涉及脂质代谢、氨基酸代谢、其他氨基酸代谢、辅助因子和维生素的代谢、碳水化合物代谢等；PF不同时间点会引起大鼠肺组织中脂质、核苷酸、氨基酸、脂肪和多胺的代谢紊乱。SSPF干预能显著改善PF，21d、28d代谢紊乱得以明显回调，血清中主要调控氨基酸和脂质的代谢和合成，从而导致血清中内源性物质的含量变化，21d肺组织中精氨酸和脯氨酸代谢及花生四烯酸代谢为重要的调节途径，重要的回调代谢物8,9-EET、8,9-DHET等。干预28d药效作用主要与5-羟色胺能突触通路、视黄醇代谢、花生四烯酸代谢等代谢通路有关，调控的代谢物主要有12(S)-HPETE、LTB4、5,6-EET、8,9-EET。利用UPLC-MS技术较全面的表征了SSPF的化学成分，共鉴定了143个化合物，利用多变量数据分析及自建数据库对PF模型大鼠口服SSPF的显效状态下的入血成分进行分析，共筛选了85个吸收入血的原型成分以及27个药物入血后的代谢成分。在此基础上，建立SSPF体内显效成分与PF生物标记物关联分析，分别确定了47个、51个化学成分作为SSPF干预肺纤维化21d、28d的主要药效物质基础。并观察SSPF干预后PF模型大鼠体内人参皂苷Ro、桑辛素C、隐丹参酮三个药效成分的药代动力学特征，阐明SSPF多成分整体体内作用过程。本项目在中医药理论指导下，在已有研究工作基础上，基于生物标记物揭示SSPF干预治疗PF的作用机制及药效物质基础，为SSPF研究与开发提供科学依据，为临床治疗PF提供新的思路。