古秀娟 曾婭莉 鄧建軍 霍婷婷 王玉琳 楊潔

中圖分類號 R52；R378.91+1；R96 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408（2019）04-0560-06

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2019.04.26

摘 要 目的：了解代謝組學技術(shù)應用于結(jié)核分枝桿菌（MTB）代謝物及代謝途徑檢測的研究情況，為開發(fā)治療耐藥MTB感染的安全新藥提供參考。方法：以“結(jié)核分枝桿菌”“代謝組學”“藥物靶點”“藥物研發(fā)”等的中英文為關(guān)鍵詞，在PubMed、中國知網(wǎng)、維普等數(shù)據(jù)庫中組合檢索2012年-2018年6月發(fā)表的相關(guān)文獻，并從抗結(jié)核藥物的新靶點（包括MTB脂代謝、能量代謝、氨基酸代謝、miRNA等途徑）、新抗菌化合物的篩選（主要是抑制MTB呼吸鏈的抗菌化合物）及抗結(jié)核新藥的臨床前評價等3個方面總結(jié)代謝組學技術(shù)應用于抗結(jié)核新藥研發(fā)的研究進展。結(jié)果與結(jié)論：共獲得相關(guān)文獻948篇，其中有效文獻40篇。應用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，干擾脂代謝途徑的相關(guān)酶或基因等（如分枝菌酸、乙酰輔酶A羧化酶、脂酰輔酶A合成酶、泛酸等），干擾能量代謝的異檸檬酸裂解酶，抑制氨基酸代謝途徑中的色氨酸合成代謝途徑、β-碳酸酐酶合成途徑、丙酮酸激酶相關(guān)途徑，抑制miRNA調(diào)控途徑等均可作為抗結(jié)核藥物研發(fā)的新作用靶點。通過代謝組學技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)細胞色素bc1復合物QcrB的抑制劑Q203、QOAS，腺苷三磷酸合酶FoF1-ATP抑制劑，細胞色素AtpE抑制劑BDQ，二芳基喹啉（DARQS）等呼吸鏈抑制化合物，以及腺苷酸合成酶MbtA抑制劑、還原型輔酶Ⅰ脫氫酶Ⅱ抑制劑、蛋白酶ClpP和膜蛋白復合體3的抑制劑、脂肪?；?腺苷一磷酸（AMP）連接酶FadD32和聚酮合成酶的抑制劑等抗菌化合物。應用代謝組學技術(shù)分析藥物作用后機體的代謝變化，可為抗結(jié)核藥物的毒性、安全性、療效等評價提供技術(shù)手段。但目前對于代謝組學技術(shù)所獲數(shù)據(jù)的處理方法尚不完善，數(shù)據(jù)分析模型尚需進一步完善與優(yōu)化；此外，國內(nèi)對代謝組學技術(shù)應用于抗結(jié)核藥物研發(fā)的研究范圍較窄，且易漏掉對不穩(wěn)定的小分子和大分子代謝物的分析，因此需結(jié)合蛋白質(zhì)組學或轉(zhuǎn)錄組學以更高效、準確地為抗結(jié)核新藥研發(fā)提供支持。

關(guān)鍵詞 代謝組學技術(shù)；結(jié)核分枝桿菌；耐藥；靶點；抗菌化合物；新藥評價；藥物研發(fā)

結(jié)核?。═uberculosis，TB）是一種慢性傳染性疾病，是由結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis，MTB）感染所致。據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）報道，全世界范圍內(nèi)約有三分之一的人口感染MTB，每年約有800萬新增病例，至少有300萬人死于該病[1]。我國是MTB感染的大國，患病人數(shù)位居世界第2位，僅次于印度[2]。雖然早在20世紀中期已有大量抗結(jié)核藥物研發(fā)問世并應用于臨床，但由于TB病程長、臨床用藥不規(guī)范、人類免疫缺陷病毒（HIV）感染等原因，導致出現(xiàn)了耐藥結(jié)核分枝桿菌（DR-MTB）。因此，目前一線抗結(jié)核藥物如異煙肼、利福平等對DR-MTB感染的治療效果已不容樂觀，而多耐藥/泛耐藥MTB感染患者的增多使臨床治療變得更加棘手。因此，積極尋找、開發(fā)治療耐藥性TB的有效新藥是一個刻不容緩的全球性重大課題。目前抗結(jié)核新藥研發(fā)主要包括3個方面內(nèi)容：（1）藥物作用新靶點的發(fā)現(xiàn)；（2）新抗菌化合物的篩選及合成；（3）抗結(jié)核藥物的臨床開發(fā)（包括藥物臨床前研究和臨床研究。其中臨床前研究是藥物臨床開發(fā)最為關(guān)鍵的步驟，涉及藥動學評價、安全性評價、藥物化學等內(nèi)容）。其中，新作用靶點的發(fā)現(xiàn)或新化合物的篩選及合成是抗結(jié)核新藥研發(fā)的基礎，而藥物評價是其臨床開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

近年來，代謝組學技術(shù)迅速發(fā)展并滲透到醫(yī)藥研發(fā)領域，其通過對小分子代謝物的定量檢測，可放大基因和蛋白表達的細微變化；而且該類技術(shù)所需檢測的代謝物種類較基因和蛋白質(zhì)少，檢測所需樣本量少[3]。因此，可利用代謝組學技術(shù)對所有小分子代謝物進行系統(tǒng)分析，以所獲數(shù)據(jù)輔助抗結(jié)核新藥的開發(fā)。筆者以“結(jié)核分枝桿菌”“代謝組學”“藥物靶點”“藥物研發(fā)”等的中英文為關(guān)鍵詞，在PubMed、中國知網(wǎng)、維普等數(shù)據(jù)庫中組合檢索2012年-2018年6月發(fā)表的相關(guān)文獻。結(jié)果，共獲得相關(guān)文獻948篇，其中有效文獻40篇?；诖?，本文從抗結(jié)核藥物的新靶點發(fā)現(xiàn)、新抗菌化合物的篩選及抗結(jié)核新藥的臨床前評價等3個方面，總結(jié)代謝組學技術(shù)應用于抗結(jié)核新藥研發(fā)的研究進展，從而為該領域新藥的進一步研發(fā)提供理論支持。

1 代謝組學技術(shù)用于抗結(jié)核藥研發(fā)的進展

代謝組學是從20世紀90年代中期發(fā)展起來的一項技術(shù)，其通過檢測相對分子質(zhì)量約在1 000以內(nèi)的內(nèi)源性小分子代謝物（如低分子油脂、氨基酸、醇、核酸、肽、有機酸、糖類、維生素等），從而研究這些代謝物的潛在作用；其主要研究方法包括核磁共振波譜法、質(zhì)譜法、色譜法等，其中以核磁共振波譜法應用最為廣泛[4]。目前代謝組學的研究主要分為4個方面：①特定靶向分子檢測；②對某個代謝途徑進行檢測，如脂代謝、能量代謝等；③對細胞內(nèi)外所有小分子代謝物進行分析；④對機體所有小分子代謝物進行非靶向性綜合研究，得到龐大數(shù)據(jù)集后找出差異代謝標志物[5]。通過代謝組學技術(shù)得到的數(shù)據(jù)往往復雜多樣，故需要先對數(shù)據(jù)進行預處理（包括標準化、歸一化以及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換）再進行分析。而對采用代謝組學技術(shù)獲得的龐大數(shù)據(jù)集，目前多采用基于回歸法分析數(shù)據(jù)間線性關(guān)系的數(shù)據(jù)分析模型進行處理，主要包括主成分分析法和偏最小二乘法[6]。近年來，代謝組學技術(shù)開始應用于抗結(jié)核藥物的研發(fā)。例如Chuang YM等[7]的研究結(jié)果顯示，無機多聚磷酸鹽是MTB生物膜形成的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子。該研究組通過代謝組學技術(shù)檢測后發(fā)現(xiàn)，缺乏ppx1基因或ppk2基因的MTB突變菌株細胞內(nèi)的多聚磷酸鹽出現(xiàn)聚集，而3-磷酸甘油、1-脫氧木酮糖-5-磷酸含量顯著減少，三羧酸循環(huán)代謝物精氨酸和還原型輔酶Ⅰ（NADH）顯著增加；而且ppk2基因缺陷的MTB菌株對白花丹素、美羅培南的敏感性增加，ppx1基因缺陷的MTB菌株對氯法齊明的敏感性增加，因此研究者認為ppx1、ppk2基因可作為抗結(jié)核藥物作用的新靶點。馮鷺等[8]運用代謝組學方法分析發(fā)現(xiàn)，新型海洋放線菌株NH128的代謝物對MTB標準菌株H37Rv有明顯的抑制作用，這可為抗結(jié)核新藥的研發(fā)提供新思路。由此可見，代謝組學技術(shù)的應用，可為藥物作用靶點的發(fā)現(xiàn)和抗菌藥物的尋找等提供技術(shù)支持。

2 代謝組學技術(shù)在抗結(jié)核藥物作用靶點發(fā)現(xiàn)中的應用

目前，TB的發(fā)病機制以及在人巨噬細胞中長期潛伏生存的機制尚不十分清楚，再加上MTB耐藥率的增加，為TB患者的治療帶來巨大阻礙。而細胞內(nèi)許多生命活動是發(fā)生在代謝物層面的，如細胞信號釋放、能量傳遞、細胞間通信等都是受代謝物調(diào)控的，因此MTB代謝物的檢測具有重要意義。本文從MTB脂代謝、能量代謝、氨基酸代謝、miRNA等途徑總結(jié)代謝組學技術(shù)在抗結(jié)核藥物靶點發(fā)現(xiàn)中的應用。

2.1 脂代謝途徑

MTB感染宿主巨噬細胞后，以脂肪酸和膽固醇為主要碳源，在細胞內(nèi)不斷生成脂滴誘導細胞泡沫化，因此其毒力、致病性及存活狀態(tài)可能與其脂質(zhì)合成及代謝有關(guān)[9]。MTB細胞壁脂質(zhì)含量高（約占干質(zhì)量的60%），其細胞壁是一個動態(tài)結(jié)構(gòu)，參與調(diào)節(jié)營養(yǎng)物質(zhì)、宿主細胞效應分子和抗結(jié)核藥物的運輸[10]。分枝菌酸是一類含60～90個碳原子的分支長鏈β-羥基脂肪酸，也是MTB細胞壁的重要組成成分，在MTB毒力和致病性方面起著重要作用[11]。KasB是分枝菌酸合成的關(guān)鍵酶，其發(fā)生磷酸化后能減弱MTB的抗酸活性和毒力[12]。Vilchèze C等[12]采用體外串聯(lián)質(zhì)譜法和定點突變揭示了KasB發(fā)生磷酸化的位點是在第334、336位的蘇氨酸；同時，將KasB基因缺失或KasB基因第334、336位發(fā)生突變的MTB缺陷菌株與親本菌株比較后發(fā)現(xiàn)，其脂代謝途徑受到干擾，代謝產(chǎn)物改變，脂肪酸底物攝取減少；且突變菌株的分枝菌酸缺少了4～6個碳原子并發(fā)生環(huán)丙烷化反應，使MTB的抗酸活性和毒力均減弱。這表明，KasB及其編碼基因可作為抗MTB作用靶點。此外，Thompson AP等[13]利用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，MTB的生物素依賴酶乙酰輔酶A羧化酶（ACCs）在脂肪代謝和能量代謝中起關(guān)鍵作用，該酶也可作為抗MTB的作用靶點。

利用代謝組學技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，MTB引起的干酪樣壞死物主要成分和感染MTB的泡沫巨噬細胞內(nèi)脂質(zhì)成分基本一致，即主要為磷脂、膽固醇、膽固醇酯、三酰甘油[9]，由此提示MTB的致病性及其在泡沫巨噬細胞內(nèi)的存活情況與其脂代謝有關(guān)。MTB的FadD3基因表達產(chǎn)物是脂酰輔酶A合成酶，該酶可影響MTB的脂代謝和膽固醇代謝。Casabon I等[14]運用代謝組學技術(shù)檢測敲除了FadD3基因的MTB菌株后發(fā)現(xiàn)，其代謝產(chǎn)物明顯改變且致病性減弱，說明脂酰輔酶A合成酶及其編碼/調(diào)控基因可作為抗MTB的作用靶點。泛酸是MTB脂質(zhì)合成酶的前體物質(zhì)，由PanC、PanD基因編碼。Slavik MC等[15]研究發(fā)現(xiàn)，敲除PanC、PanD基因的變異MTB菌株的脂肪酸底物濃度比正常菌株高且致病性更弱，表明泛酸合成途徑可成為抗MTB的作用靶點。還有學者運用代謝組學技術(shù)比較了野生型MTB與兩種rpoB基因突變型MTB菌株的脂代謝差異，結(jié)果顯示rpoB基因突變株在復制、生長等生物活動減弱的同時對脂肪酸底物的消耗量也有所減少[16]。因此，rpoB基因及其影響的脂代謝途徑可作為抗MTB的作用靶點。

MTB脂代謝途徑與其毒力和致病性密切相關(guān)，因此干擾脂代謝途徑的相關(guān)酶或基因等（如分枝菌酸、ACCs、脂酰輔酶A合成酶、泛酸等）均可作為抗結(jié)核藥研發(fā)的新作用靶點，通過對各個靶點的干擾來抑制MTB相關(guān)脂代謝途徑，從而達到治療TB的效果。

2.2 能量代謝途徑

在不利的環(huán)境條件下（如營養(yǎng)限制、低氧張力或低/高pH值等），可能引起MTB代謝的廣泛適應，使菌株進入一個非常緩慢或不生長的休眠狀態(tài)，在這一狀態(tài)下的MTB菌株細胞中腺苷三磷酸（ATP）水平比復制期菌株低5～10倍[17]。Eoh H等[18]利用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，休眠狀態(tài)的MTB能量代謝活性下降，進而使其多種生物合成活性減弱，這也是MTB對靶向于蛋白質(zhì)、DNA和細胞壁生物合成的抗菌藥物（如鏈霉素、利福平、異煙肼等）敏感性降低的主要原因。因此，清除宿主體內(nèi)對抗菌藥物敏感性低的休眠狀態(tài)MTB是對抗急性、慢性或潛伏性結(jié)核感染的主要手段。Lee YV等[19]利用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，當MTB細胞中異檸檬酸裂解酶第322位點的賴氨酸突變?yōu)榫彼釙r，可使其乙醛酸旁路代謝途徑受阻，使休眠狀態(tài)的MTB無法從乙醛酸旁路獲取能量，從而殺傷休眠狀態(tài)的MTB。因此，異檸檬酸裂解酶可作為抗MTB的作用靶點。

2.3 氨基酸代謝途徑

生物體內(nèi)氨基酸代謝途徑復雜多樣，而MTB可從宿主的巨噬細胞內(nèi)攝取丙氨酸、谷氨酸/谷氨酰胺、天冬氨酸/天冬酰胺作為氮源[20]。如Gouzy A等[20]的研究表明，細菌蛋白AnsP2、AnsA運轉(zhuǎn)和水解天冬酰胺后，可將天冬酰胺或其水解產(chǎn)物作為重要氮源，來保障MTB氨基酸合成代謝途徑的運轉(zhuǎn)并有助于MTB抵抗宿主免疫，由此提示AnsP2、AnsA蛋白可作為抗MTB的作用靶點。周寧等[21]運用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，TB患者體內(nèi)賴氨酸水平降低，谷氨酸、纈氨酸、丙氨酸、亮氨酸和色氨酸水平升高；張宗德等[22]研究發(fā)現(xiàn)，trpD（Rv2192c）基因編碼的鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶參與色氨酸的生物合成，抑制鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶的產(chǎn)生及色氨酸的合成；Angeli A等[23]研究發(fā)現(xiàn)，L-色氨酸可激活MTB中由Rv3273基因編碼的β-碳酸酐酶，而抑制β-碳酸酐酶的活性可顯著抑制MTB的生長。上述研究表明，氨基酸代謝途徑中的鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶途徑、色氨酸合成及代謝途徑、β-碳酸酐酶合成途徑可作為抗MTB的作用靶點。Noy T等[24]運用非靶向性高敏感代謝組學技術(shù)的研究顯示，丙酮酸激酶的失活可導致MTB中磷酸烯醇式丙酮酸、烏頭酸等氨基酸積累。丙酮酸激酶是糖酵解的關(guān)鍵酶，其可催化磷酸烯醇式丙酮酸生成丙酮酸和ATP，丙酮酸經(jīng)過一系列反應生成輔酶A（CoA），CoA可作為三大代謝的前體物質(zhì)或直接進入三羧酸循環(huán)而產(chǎn)生ATP。而敲除丙酮酸激酶相關(guān)基因后發(fā)現(xiàn)，MTB在短鏈脂肪酸和葡萄糖組合的培養(yǎng)基中生長活動減弱，推測其原因是丙酮酸激酶缺乏可抑制MTB三大代謝途徑且無法產(chǎn)生足夠的ATP供能，從而抑制MTB的活性和致病性。因此，與丙酮酸激酶相關(guān)的氨基酸代謝途徑也可作為抗MTB的作用靶點。

上述研究表明，氨基酸相關(guān)代謝途徑有望成為抗結(jié)核新藥的作用靶點，通過抑制氨基酸代謝途徑中的色氨酸合成代謝途徑、β-碳酸酐酶合成途徑、丙酮酸激酶相關(guān)途徑等可起到治療TB的作用。

2.4 miRNA途徑

miRNA是一類非編碼的單鏈微小RNA，在基因表達調(diào)控中具有重要作用，可參與生命活動進程中的一系列重要過程，包括細胞生長、增殖、分化、代謝、凋亡、自噬等[25]。目前，MTB的免疫逃避機制尚不十分清楚，但有研究表明miRNA在其中起重要作用。Von Both U等[26]研究發(fā)現(xiàn)，MTB在巨噬細胞內(nèi)存活和繁殖的免疫逃避現(xiàn)象是由hsa-miR-22、hsa-miR-199a、Alu等miRNA/DNA序列調(diào)控元件控制的。Pires D等[27]對MTB代謝物中miRNA進行檢測發(fā)現(xiàn)，miR-106b-5p可與組織蛋白S的mRNA-3′端非編碼區(qū)結(jié)合，從而避免巨噬細胞吞噬MTB后對其的殺傷作用；還能抑制T細胞的活化，從而避免未被吞噬的MTB被T細胞直接殺滅。Etna MP等[28]研究發(fā)現(xiàn)，MTB代謝物中的miR-155可抑制ATG3基因表達，從而抑制樹突細胞對MTB的吞噬及抗原提呈作用，避免MTB被機體免疫細胞殺滅。miRNA的檢測技術(shù)大多采用高通量的RNA測序技術(shù)和逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應（RT-PCR）技術(shù)，但前者費用昂貴，而后者檢測miRNA的靈敏度不高。目前代謝組學技術(shù)已可用于小分子核酸的檢測，雖然在MTB誘導表達的miRNA檢測方面的應用較少，但是隨著其技術(shù)發(fā)展，其有望為miRNA的檢測提供新的技術(shù)支持。

利用代謝組學技術(shù)對不同miRNA進行分析，了解其在基因調(diào)控中的作用并作為抗MTB的作用靶點，進而篩選或設計出相應的抗miRNA靶點抑制劑，可為殺滅長期生存于巨噬細胞中的MTB提供重要思路。

3 代謝組學技術(shù)在抗菌化合物篩選中的應用

3.1 抑制MTB呼吸鏈的抗菌化合物

呼吸鏈是一條電子傳遞鏈，它將代謝物脫下的氫原子傳遞給氧生成水，同時合成ATP；其中ATP合酶是呼吸鏈途徑生成ATP的重要酶，而細胞色素復合物是呼吸鏈的重要組分[29]。近年來，抑制呼吸鏈新藥成為了一個新的藥物研發(fā)領域，可為抗DR-MTB新藥研發(fā)提供新的手段，而通過代謝組學高通量篩選技術(shù)已獲得ATP合酶或細胞色素bc1復合物的小分子抑制劑。MTB可以通過底物水平磷酸化或氧化磷酸化生成ATP，而當MTB發(fā)生高密度突變或缺失突變時則不能通過底物水平磷酸化獲得足夠的能量，此時需要氧化磷酸化供能；在氧化磷酸化過程中，呼吸鏈的蛋白質(zhì)復合物在生物膜上建立一個質(zhì)子動力（PMF），這個PMF的能量隨后被ATP合成酶用于生產(chǎn)ATP。ATP合成酶抑制劑等小分子化合物能阻止呼吸鏈的電子傳遞，破壞PMF，從而阻止ATP的產(chǎn)生，進而起到對MTB的抑制作用[30]。因此Black PA等[30]通過代謝組學技術(shù)篩選得到ATP合成酶抑制劑BDQ，該化合物可對MTB發(fā)揮有效的抗菌作用。氧化磷酸化產(chǎn)生的能量對MTB的存活必不可少，如Bown L等[31]研究發(fā)現(xiàn)了細胞色素bc1復合物QcrB的抑制劑Q203、QOAS，腺苷三磷酸合酶FoF1-ATP抑制劑，細胞色素AtpE抑制劑BDQ，二芳基喹啉（DARQS），這些抑制劑可抑制MTB呼吸鏈從而抑制ATP的產(chǎn)生，導致MTB因不能獲得足夠能量而最終死亡。Q203、QOAS、FoF1- ATP抑制劑、BDQ和DARQS等抗菌化合物的發(fā)現(xiàn)，為抗結(jié)核新藥的開發(fā)奠定了基礎。

3.2 其他抗菌化合物

Berney M等[32]利用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，宿主體內(nèi)S-腺苷甲硫氨酸和蛋氨酸的中間代謝產(chǎn)物可導致MTB死亡，因此上述中間代謝產(chǎn)物可能開發(fā)為新的抗菌化合物，但這一抗菌產(chǎn)物的作用機制未完全清楚。Viljoen A等[33]研究發(fā)現(xiàn)，親脂性的雙環(huán)磷酸鹽天然產(chǎn)物CYC可與MTB細胞壁的合成代謝有關(guān)的酶相結(jié)合，從而抑制MTB細胞中阿拉伯半乳聚糖霉菌酸化抗原85（Ag85）復合物的活性，而Ag85復合物有助于MTB侵入宿主細胞，且與MTB細胞壁的形成有關(guān)。利用代謝組學技術(shù)檢測CYC作用后的MTB代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細菌的脂代謝異常，脂肪酸、三酰甘油利用水平下降，表明MTB的脂合成途徑受到抑制，并推測CYC可通過影響Ag85復合物的活性從而抑制MTB的生長和對宿主細胞的侵襲。因此，CYC有望開發(fā)為MTB的抗菌抑制劑。除此之外，耿葉慧等[34]總結(jié)了大量運用代謝組學技術(shù)篩選的MTB相關(guān)抗菌抑制劑，包括與鐵代謝有關(guān)的腺苷酸合成酶MbtA抑制劑、與能量代謝途徑有關(guān)的NADH脫氫酶Ⅱ（NDH-2）抑制劑、與膜運轉(zhuǎn)途徑有關(guān)的蛋白酶ClpP和膜蛋白復合體3的抑制劑、與細胞壁合成相關(guān)的脂肪酰基-腺苷一磷酸（AMP）連接酶FadD32和聚酮合成酶的抑制劑。

近年來，抑制呼吸鏈的新藥研發(fā)是國內(nèi)的熱門研究領域，利用代謝組學技術(shù)篩選抑制MTB呼吸鏈的小分子抑制劑是抗結(jié)核新藥研發(fā)過程中的一大進步。除此之外，S-腺苷甲硫氨酸和蛋氨酸的中間代謝產(chǎn)物、CYC、MbtA抑制劑、NDH-2抑制劑、ClpP蛋白酶抑制劑、膜蛋白復合體3抑制劑、FadD32抑制劑等也有望成為新型MTB抗菌化合物。

4 代謝組學技術(shù)在抗結(jié)核新藥評價中的應用

利用代謝組學技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)藥物作用后機體的代謝變化，從而為藥物的毒性、安全性、療效等評價提供依據(jù)。目前，代謝組學技術(shù)用于抗結(jié)核中藥的研究較多，例如Jahromi HK等[35]利用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)蘭花提取物Salep具有抗氧化能力，對抗結(jié)核藥異煙肼導致的肝毒性有預防作用。而在抗結(jié)核藥物評價方面，關(guān)瑾等[36]研究發(fā)現(xiàn)，抗結(jié)核藥物的毒副作用會破壞體內(nèi)正常細胞的功能和結(jié)構(gòu)、改變細胞的代謝，因此利用代謝組學技術(shù)獲得的體內(nèi)某種代謝物或生物分子的動態(tài)變化可作為藥物毒性的評價指標。Das MK等[37]對較長時間持續(xù)給藥的TB患者的尿液進行全程代謝動態(tài)監(jiān)測，對其尿液中的上千種代謝物進行綜合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著給藥時間延長，患者尿液的代謝譜發(fā)生明顯變化，并且這一變化比組織病理學觀察、血液生化指標檢測和體質(zhì)量測定等毒性評價方法的結(jié)果更敏感，在監(jiān)測藥物毒性作用的發(fā)生與發(fā)展方面有很好的應用前景。廖艷等[38]運用代謝組學技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，某種抗結(jié)核藥物組的小鼠尿液中?；撬岷推咸烟撬矫黠@升高，檸檬酸和α-酮戊二酸水平明顯降低，表明該結(jié)核藥的毒性可能與三羧酸循環(huán)的能量代謝異常、線粒體功能異常以及葡萄糖代謝紊亂有關(guān)。此外，金文龍等[39]利用代謝組學技術(shù)對新型抗結(jié)核藥物Bis-biguanide dihydrochloride（BBD）的代謝通路進行研究，結(jié)果顯示BBD對卡介苗菌株的碳水化合物、嘌呤堿的代謝及氨基酸合成路徑影響較大，尤其對半胱氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、色氨酸的代謝有抑制作用，表明BBD對MTB核糖體的氧化磷酸化等代謝通路有明顯的抑制作用。迪拉馬尼是一種新型多耐藥MTB抗菌藥物，Shimokawa Y等[40]將該藥與人或動物血漿共同孵育，利用代謝組學技術(shù)檢測到R-2-氨基-4，5-二氫噁唑衍生物為該藥的主要代謝物，并且確立了藥物半衰期、藥物作用適宜的溫度及pH值。

對抗結(jié)核藥物的毒性、安全性及療效等進行評價是藥物研發(fā)的必經(jīng)過程。代謝組學作為新興發(fā)展的技術(shù)，為抗結(jié)核新藥研發(fā)提供了重要的技術(shù)手段。用藥后機體尿液的代謝物動態(tài)監(jiān)測、BBD的作用機制研究、迪拉馬尼代謝產(chǎn)物檢測及半衰期等的確定等成果都有助于抗結(jié)核新藥研發(fā)工作的進一步開展。

5 結(jié)語

運用代謝組學技術(shù)對生物體小分子代謝物進行綜合分析研究，可發(fā)現(xiàn)并明確MTB的特殊代謝途徑，進而可為抗結(jié)核新藥的研發(fā)提供更多信息，包括：分枝菌酸、ACCs、脂酰輔酶A合成酶、泛酸等脂代謝途徑相關(guān)抗菌靶點的發(fā)現(xiàn)；異檸檬酸裂解酶等能量代謝途徑相關(guān)抗菌靶點的發(fā)現(xiàn)；色氨酸、β-碳酸酐酶、丙酮酸激酶等氨基酸合成代謝途徑相關(guān)抗菌靶點的發(fā)現(xiàn)；與miRNA調(diào)控的免疫逃逸機制相關(guān)抗菌靶點的發(fā)現(xiàn)；Q203、QOAS、FoF1-ATP酶、BDQ、DARQS以及其他MTB相關(guān)抗菌抑制劑等新抗菌化合物的發(fā)現(xiàn)；抗結(jié)核藥物的毒性、安全性、療效評價等。

通過代謝組學技術(shù)往往會得到海量的數(shù)據(jù)集，而目前對于海量數(shù)據(jù)處理的方法大多是基于回歸法探討代謝物之間的線性關(guān)系，但還難以從所獲代謝物的數(shù)據(jù)來精確反映藥物代謝的反應速率等，而且對非線性數(shù)據(jù)的處理方法還不完善，因此代謝組學樣本數(shù)據(jù)處理分析模型仍需要進一步優(yōu)化改進。此外，國內(nèi)目前關(guān)于代謝組學技術(shù)在抗結(jié)核藥研發(fā)中的研究范圍還比較窄，且容易漏掉對性質(zhì)不穩(wěn)定的小分子和大分子代謝物的分析，因此建議將代謝組學技術(shù)與蛋白質(zhì)組學或轉(zhuǎn)錄組學研究相結(jié)合，多學科交叉融合，以更加高效、準確地為抗結(jié)核新藥的研發(fā)提供多方位的技術(shù)支持。

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（收稿日期：2018-06-28 修回日期：2019-01-03）

（編輯：段思怡）