全球天然产物社交分子网络（GNPS）药物库通过非靶向代谢组学技术揭示药物暴露新视角
2025年12月9日
来源：Towfiqu Photography/Getty Images
医生和研究人员通常通过直接询问患者或查阅医疗记录来了解个体用药情况，但这些信息往往不完整。人们可能遗忘所用药物、使用非处方药、服用剩余处方药、在线购药，或通过食物与环境产生无意暴露，导致重要药物暴露被遗漏。了解个体接触的药物至关重要，因其可能对生物学和健康产生意外影响。
加州大学圣地亚哥分校（UCSD）研究团队及其合作者现已创建一个公开在线参考库，收录了数千种药物、代谢物及相关化合物的化学“指纹”。全球天然产物社交分子网络（GNPS）药物库将药物及其代谢物/类似物的串联质谱（MS/MS）参考数据，与其暴露来源、药理类别、治疗适应症及作用机制信息相整合。研究人员指出，将患者血液、尿液等生物样本中的未知化合物与该库比对，可比医疗记录更准确地呈现其药物暴露情况。
研究团队在《自然·通讯》发表题为“通过非靶向代谢组学数据实证建立药物暴露记录的资源”的论文。论文共同第一作者赵妮博士（加州大学圣地亚哥分校药学院Dorrestein实验室博士后）与共同通讯作者Pieter Dorrestein博士（UCSD药学院药理学与儿科学教授）在报告中总结：“该资源支持数据科学分析，通过非靶向代谢组学实证且追溯性地确定药物暴露，助力跨学科研究。”
赵妮等指出，包括处方药在内的化学暴露对人类健康影响重大，引用美国疾控中心（CDC）调查显示45.7%的美国人口在过去30天使用过至少一种处方药。临床医生主要依赖医疗记录、自述报告或用药追踪（处方计数、药片计数）评估药物暴露，但这些方法可能不准确且不完整，例如遗漏非处方药、网购药品、饮食来源药物及未记录用药。“药物代谢与清除的个体差异进一步加剧暴露评估复杂性，某些药物迅速消除而另一些可持续数周至数月，”团队强调，“这些局限凸显了需要直接数据驱动方法来筛查药物暴露。”
新发布的GNPS药物库由赵妮团队创建，“整合了药物及其代谢物/类似物的MS/MS参考数据，并关联标准化词汇描述的暴露来源、药理类别、治疗适应症及作用机制”。库中每种药物条目均链接其来源（处方药、非处方药等）、药物类别、用途及体内作用机制。
为验证该库在生物样本中准确检测实际药物暴露的能力，研究人员采用非靶向代谢组学技术——同步分析数千种分子以识别样本中药物分解产物。“无论将何种样本置入质谱仪，无论是尿液、母乳甚至环境水样，它都能检测样本中所有化学物质，”赵妮表示。
研究发现，炎症性肠病、川崎病或龋齿患者的样本中抗生素频率较高，符合这些疾病的常规治疗。银屑病患者皮肤拭子样本常富含抗真菌剂，反映皮肤病变的常见疗法。
团队还将该库应用于美国肠道计划（研究美欧澳肠道微生物多样性的项目）近2000名参与者样本。分析检出75种不同药物，清单反映了这些地区最常用药物类别。“我们预期这些药物最常被检出，结果证实库的功能符合预期，”共同第一作者基内·艾德·克维特内博士（UCSD药学院Tsunoda实验室博士后）表示。分析还揭示美国参与者个体可检测药物多于欧洲或澳大利亚参与者，止痛药更常在女性中检出，而勃起功能障碍药物主要在男性中发现。
该库还能发现对监测特定疾病具有临床意义的共病用药。例如，阿尔茨海默病患者样本反映心血管和精神科用药，符合神经退行性疾病常伴发疾病的治疗方案。在HIV临床研究样本中，该库不仅检出抗逆转录病毒（ARV）药物，还发现心血管和精神科药物，与HIV感染者中心血管疾病及抑郁症高发情况一致。“尽管抗逆转录病毒疗法（ART）已实现高病毒抑制率，HIV感染者仍面临抑郁和心血管疾病的异常高发率，”研究指出，“这反映在样本中频繁检出抗抑郁药和心血管药物。”
研究人员还可基于实际用药对参与者分组。他们发现特定HIV药物与肠道衍生分子的特定变化相关，证明药物暴露如何重塑微生物组。“多种药物对肠道微生物组影响巨大，而微生物组与免疫系统紧密关联，”赵妮表示。
在测试3000多种食品后，团队在肉类中检出抗生素，蔬菜中检出人类亦用的农药。他们认为该库还将有助于发现再生水和积雪等环境中的隐性药物暴露。研究团队指出，尽管本研究聚焦人类生物样本，但GNPS药物库可广泛应用于食品与环境监测等跨学科药物筛查。“GNPS药物库适用于食品监测。通过对全球食品组学计划收集的约3500种食品/饮料进行非靶向代谢组学分析，我们在鱼类、牛肉和火鸡肉中观察到抗生素（如氨苄西林、四环素），以及在果蔬中用作杀菌剂或杀虫剂的抗寄生虫药物（如多杀菌素、噻苯达唑）。”
研究人员预期，GNPS药物库将为未来研究药物暴露、微生物分解产物与患者结局的关联奠定基础。该综合资源库将随时间持续扩展，团队正探索利用大语言模型和生成式人工智能整理新数据。“我们预期GNPS药物库将在临床研究中发挥关键作用，提供个体化、研究内的相对定量药物暴露谱，”他们写道。
该库的用户友好在线数据分析应用将使无药学背景的临床和公共卫生研究人员理解药物及其代谢物对健康的影响。“你只需输入数据集，一键即可获取所有药物信息及相关图表，”赵妮表示。
该库还可通过解释患者因药物代谢差异导致的不同治疗反应，助力精准医疗。“理解这一点后，或可利用该信息优化药物治疗，”赵妮补充道。
研究团队指出资源局限性：“尽管GNPS药物库不用于即时临床决策，但该工具为未来将暴露数据整合至精准医疗框架（如用药依从性、微生物组-药物互作及治疗异质性研究）奠定基础……我们视GNPS药物库为支持多学科科学领域的宝贵资源，最终推动对药物暴露生态与健康影响的新认知。”
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