楊炳烈付天靈
(1 內(nèi)蒙赤峰65655部隊(duì)醫(yī)院,內(nèi)蒙 赤峰 024000;2 內(nèi)蒙赤峰紅山中醫(yī)院,內(nèi)蒙 赤峰 024000)
中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究方法探討
楊炳烈1付天靈2
(1 內(nèi)蒙赤峰65655部隊(duì)醫(yī)院,內(nèi)蒙 赤峰 024000;2 內(nèi)蒙赤峰紅山中醫(yī)院,內(nèi)蒙 赤峰 024000)
中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究為中醫(yī)藥研究領(lǐng)域的重點(diǎn)及難點(diǎn),近年來(lái)許多專家學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究與實(shí)踐。本文回顧分析了近十年來(lái)有關(guān)中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究的相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究所采用的新技術(shù)、新方法和研究中存在的問(wèn)題進(jìn)行綜述與探討。
中藥復(fù)方;藥效物質(zhì)基礎(chǔ);綜述
中藥復(fù)方是中醫(yī)臨床用藥的主要形式,其獨(dú)特的療效和復(fù)雜性等成為中醫(yī)藥研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。長(zhǎng)期以來(lái),對(duì)方劑發(fā)揮臨床療效實(shí)質(zhì)的闡明多以中醫(yī)藥理論來(lái)解釋,未能從微觀層次上說(shuō)明其發(fā)揮藥藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)及原理,難以被國(guó)際社會(huì)所接受及應(yīng)用[1]。因此,中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)與辨析,一直是中醫(yī)藥基礎(chǔ)研究與新藥研發(fā)的關(guān)鍵[2]。中藥的復(fù)雜性決定了它多成分、多靶點(diǎn)、整合調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)和特色,同時(shí)機(jī)體整體調(diào)控的復(fù)雜性也存在一個(gè)逐漸被認(rèn)識(shí)、被解析的過(guò)程。正是由于中藥成分和機(jī)體調(diào)控的復(fù)雜性,中藥的藥效物質(zhì)、作用環(huán)節(jié)以及物質(zhì)配伍關(guān)系的闡明也是當(dāng)前藥學(xué)研究工作的巨大挑戰(zhàn)。中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究傳統(tǒng)使用的方法主要為拆方研究法[3-5]和整方研究法[6-8],并取得了一定進(jìn)展。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,近年來(lái)一些新方法逐漸應(yīng)用于復(fù)方效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)研究之中。本文對(duì)該領(lǐng)域的十年來(lái)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行展望。
口服的中藥復(fù)方成分在消化道內(nèi),一些成分經(jīng)相應(yīng)的腸內(nèi)菌群作用代謝轉(zhuǎn)化后被吸收,另一些成分則以原型被吸收;吸收后的成分在肝臟解毒后經(jīng)膽汁排泄,與腸內(nèi)菌接觸發(fā)生結(jié)合、裂解等代謝轉(zhuǎn)化后再次被吸收;還有些成分不被胃腸吸收而直接被排泄掉[9]。代謝研究法的思路之一是用整體動(dòng)物進(jìn)行代謝研究,即通過(guò)給藥后對(duì)動(dòng)物血液、尿、膽汁、胃液、腸液、糞便等進(jìn)行分析、分離,從而發(fā)現(xiàn)復(fù)方在體內(nèi)真正發(fā)揮藥效的物質(zhì),進(jìn)而研究物質(zhì)基礎(chǔ)和復(fù)方作用機(jī)制[10];思路之二是在體外模擬體內(nèi)條件進(jìn)行代謝研究,即通過(guò)分析復(fù)方在人工胃液、腸液及腸道菌叢中可吸收成分及其轉(zhuǎn)化特征,結(jié)合藥效學(xué)的結(jié)果分離中藥復(fù)方有效成分[11]。最近,越來(lái)越多的研究顯示,許多復(fù)方中的天然成分經(jīng)過(guò)腸道菌代謝后才具有生物活性,而代謝研究法可以有效地排除大量的無(wú)效成分的干擾從而更加快速的發(fā)現(xiàn)真正起作用的有效成分。例如,對(duì)人體服用小柴胡湯后血漿的研究發(fā)現(xiàn)了原方中沒(méi)有的一些新化合物,如黃芩苷的新代謝物黃芩苷元6-O-硫酸酯等[12];對(duì)參附湯體內(nèi)代謝的化學(xué)成分進(jìn)行的研究發(fā)現(xiàn),大鼠口服參附湯后,烏頭類生物堿卡米查林、塔拉胺、附子靈以原型形式被吸收,而人參皂苷則是經(jīng)腸內(nèi)細(xì)菌代謝后以代謝產(chǎn)物Compound K形式吸收進(jìn)入體內(nèi),且均通過(guò)尿液排出體外[13]。
中藥血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)認(rèn)為,中藥復(fù)方成分雖然復(fù)雜,但進(jìn)入體內(nèi)且被檢測(cè)到的化學(xué)成分的數(shù)量是有限的[10]。進(jìn)入血液的成分構(gòu)成血清“粗提物”,包含復(fù)方制劑的原型單體、加工炮制和煎煮過(guò)程產(chǎn)生的產(chǎn)物、腸內(nèi)菌代謝產(chǎn)物,以及它們對(duì)機(jī)體直接作用后產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)[14]。運(yùn)用血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)研究方法研究復(fù)方物質(zhì)基礎(chǔ)取得了許多有價(jià)值的研究成果。最近,對(duì)冠心II號(hào)含藥血清進(jìn)行HPLC分析,發(fā)現(xiàn)該制劑的血清成分譜數(shù)目有限:從給藥動(dòng)物血清中只測(cè)出川芎嗪、阿魏酸、丹參素、原兒茶醛、芍藥苷等9種成分[15];對(duì)茵陳蒿及其復(fù)方進(jìn)行的血清藥物化學(xué)研究發(fā)現(xiàn):口服給藥后,具有促進(jìn)膽汁分泌作用的6,7-dimethylesculetin (6,7-DME)被大量吸收入血(生物利用度為62.4%),其他藥物成分可能在其他環(huán)節(jié)對(duì)6,7-DME產(chǎn)生影響,但在血液中并未檢出,由此認(rèn)定6,7-DME為茵陳蒿及茵陳蒿湯的效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)的研究結(jié)果,不僅可闡釋藥效物質(zhì)基礎(chǔ),還可通過(guò)各種適宜的方法(化學(xué)合成、水解、酶解及細(xì)菌代謝等)制備活性成分,進(jìn)而參考血清有效成分的比例和濃度,配制新的中藥制劑。
血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)研究方法,排除了復(fù)方制劑及其粗提物本身復(fù)雜的理化性質(zhì)(如各種電解質(zhì)、鞣質(zhì)、pH值、滲透壓等)的干擾,排除了胃腸中不能進(jìn)入血清的藥物成分,使中藥復(fù)方效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)問(wèn)題得到簡(jiǎn)化[9];含藥血清包含了復(fù)方真正的有效成分,避免了復(fù)方及其粗提物體外實(shí)驗(yàn)中諸多因素的影響,能較準(zhǔn)確、真實(shí)地反映復(fù)方的藥效、作用機(jī)制及藥代動(dòng)力學(xué)。然而,該法在實(shí)際運(yùn)用中也遇到了很多問(wèn)題。不可否認(rèn),在血清中檢測(cè)到的“成分”可能是無(wú)效物質(zhì)或是有效物質(zhì)的代謝產(chǎn)物;而且,某些吸收入血檢測(cè)到的成分,經(jīng)過(guò)富集和提純后,需加到比原來(lái)血清中的濃度高許多倍時(shí)才顯示相關(guān)藥理作用[16],這給有效成分的確定帶來(lái)困難。此外,不同種屬、年齡的動(dòng)物對(duì)藥物吸收的差異,不同給藥劑量、采血時(shí)間造成的血藥成分、濃度的差異,加上血清內(nèi)源性成分的干擾,給血清有效成分的分離鑒定造成了相當(dāng)大的困難[11]。因此,我們認(rèn)為中藥血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)雖是一種很有發(fā)展前途的方法,但許多問(wèn)題尚待今后系統(tǒng)深入的探討。
“黑箱分析法”采用反向思維模式,不再把研究的重心放在分離、純化各種有效成分上,而是通過(guò)研究服藥后機(jī)體受到影響而出現(xiàn)的新的效應(yīng)分子(蛋白質(zhì)),來(lái)確定最終起治療作用的物質(zhì)[17]。該法是通過(guò)分析單味藥及復(fù)方的化學(xué)成分(輸入)和血清或病變組織器官中與療效相關(guān)的效應(yīng)成分(輸出)的關(guān)系,找出復(fù)方的物質(zhì)基礎(chǔ)[18]。實(shí)際操作中,先獲得復(fù)方全成分化學(xué)信息,再利用計(jì)算機(jī)將復(fù)方成分與藥理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)特別是蛋白質(zhì)等效應(yīng)分子的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行相關(guān),并對(duì)單味藥和各種不同配伍復(fù)方化學(xué)成分進(jìn)行比較和歸納,尋找化學(xué)成分與活性的關(guān)系規(guī)律,從而闡明復(fù)方的作用物質(zhì)基礎(chǔ)。與其他技術(shù)結(jié)合運(yùn)用,黑箱分析法取得了良好效果。肖紅斌等在中藥復(fù)方全成分黑箱分析基本思路的基礎(chǔ)上,運(yùn)用智能多模式多柱色譜系統(tǒng)(MMCC)及其聯(lián)用技術(shù)探討了當(dāng)歸補(bǔ)血湯效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)[19]。與其他方法相比,黑箱分析法忽視了組成復(fù)方的各單味藥之間的相互配伍和平衡關(guān)系。盡管如此,該法獨(dú)到的研究思路在復(fù)方效應(yīng)基礎(chǔ)研究中將發(fā)揮應(yīng)有的作用[18]。
與傳統(tǒng)的色譜技術(shù)利用分子間的物理作用分離化合物不同,該技術(shù)是基于生物大分子的特異性識(shí)別和相互作用來(lái)分離和測(cè)定活性化合物,在中藥特別是復(fù)方活性成分的分離鑒定中具有廣泛用途[20]。其操作過(guò)程是將生物體內(nèi)活性物質(zhì)(如酶、受體、運(yùn)輸?shù)鞍缀推渌哂兄匾砉δ艿纳锎蠓肿樱┕潭ㄓ谏V填料中,中藥復(fù)方提取物經(jīng)過(guò)色譜柱后,經(jīng)過(guò)特異識(shí)別、結(jié)合和分離,最終被分離鑒定[11]。如,將以人血清白蛋白為配基的生物色譜篩選方法運(yùn)用于Artemisia capillaris Thunb.有效成分的研究,獲得了有生物活性的有效成分scoparone和capillarisin[21]。分子生物色譜中藥物在柱上的保留行為直接與活性相關(guān),對(duì)生理學(xué)和藥理學(xué)研究具有特別意義。分子生物色譜不僅可研究復(fù)方效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ),還有助于闡釋藥物的分布、排泄、代謝、活性、毒副及體內(nèi)生物轉(zhuǎn)化。如,將肝微粒體固載于色譜擔(dān)體上,可研究中藥成分在生物體內(nèi)可能發(fā)生的生物轉(zhuǎn)化。由于分子生物色譜可用粗提液直接進(jìn)樣,簡(jiǎn)便快速,重現(xiàn)性好,在中藥復(fù)方物質(zhì)基礎(chǔ)研究中具有巨大的應(yīng)用潛力[22]。
該方法是在組合化學(xué)技術(shù)的啟發(fā)下提出的,即以中藥復(fù)方天然組合化學(xué)庫(kù)的多靶作用機(jī)制為依據(jù),在中醫(yī)藥理論的指導(dǎo)下,采用反映方劑主治病證的藥理學(xué)指標(biāo),通過(guò)組分或單體成分的組合篩選,找出其活性最強(qiáng)的有效組分構(gòu)件[23]。中藥復(fù)方成分是由多種結(jié)構(gòu)類型的組合化學(xué)庫(kù)組成的分子庫(kù)。許多植物藥已能分離鑒定出100種左右的化學(xué)成分,因此,一個(gè)由4~5味中藥組成的復(fù)方,就可能含有500種左右的化學(xué)成分,包括有效成分和無(wú)效成分,而且在加工炮制過(guò)程中可能產(chǎn)生新的成分[24]。不同種屬的植物(藥材)中成分的結(jié)構(gòu)類型有其特征,但有類似性和規(guī)律性,如“黃酮結(jié)構(gòu)類型”、“三萜結(jié)構(gòu)類型”、“吲哚生物堿結(jié)構(gòu)類型”等。通過(guò)初步的化合物類型的分離,可用生物活性篩選的手段直接從個(gè)別庫(kù)中“釣”出有活性的化合物(如用有熒光標(biāo)志的化合物受體從庫(kù)中“釣”取能與之結(jié)合的化合物),或通過(guò)類似于親和層析的方法直接從庫(kù)中吸附有相互作用的化合物,再分別測(cè)定各類化合物的結(jié)構(gòu)和生物活性,經(jīng)過(guò)分析和歸納,最終闡明復(fù)方作用物質(zhì)基礎(chǔ)[3]。有人采用二元索引庫(kù)篩選法對(duì)川芎、天麻提取物的復(fù)方組合化學(xué)進(jìn)行了探索研究,結(jié)合血清藥理學(xué)方法,找出了活性最強(qiáng)的兩組構(gòu)件,即川芎醇提物+天麻醇提物是組合復(fù)方抗血小板釋放5-HF作用和阻滯血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣通道作用的基本構(gòu)件。中藥復(fù)方的組合化學(xué)研究,體現(xiàn)了復(fù)方多組分協(xié)同的特點(diǎn),簡(jiǎn)化了方劑的分子多樣性,具有很強(qiáng)的操作性,簡(jiǎn)便、快速、高效。
多靶點(diǎn)篩選的方法就是針對(duì)中藥復(fù)方多成分調(diào)節(jié)作用的多靶點(diǎn)特性,通過(guò)配體-受體的藥物研究理論,進(jìn)行藥效物質(zhì)作用靶點(diǎn)分析或有效成分的篩選、確定。這是一個(gè)從深層次揭示復(fù)方效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)及作用機(jī)制的研究思路。需要指出的是,中藥復(fù)方配伍的作用靶點(diǎn)極其復(fù)雜,特別是其有效成分并不一定是與受體結(jié)合,有可能通過(guò)改變“環(huán)境”或一個(gè)成分影響另一個(gè)成分對(duì)受體的作用等形式影響受體的功能[25],這給有效成分的研究帶來(lái)相當(dāng)大的困難。令人欣慰的是由于近年來(lái)生物芯片技術(shù)的發(fā)展,以基因、受體、酶等為藥物作用靶點(diǎn)的高通量篩選技術(shù),在中藥有效成分篩選、分離、發(fā)現(xiàn)等的研究中將發(fā)揮更大作用。
近些年生物芯片技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為中藥研究提供了新的手段,特別是生物芯片技術(shù)高通量、多因素、微型化和自動(dòng)化的特點(diǎn),給中藥復(fù)方分析帶來(lái)了極大的便利[26]。生物芯片技術(shù)可以把復(fù)雜的混合化學(xué)物質(zhì)分為幾類,使得篩選工作更加簡(jiǎn)便,如根據(jù)中藥不同化學(xué)成分的分離條件,可設(shè)計(jì)不同成分(如生物堿、醌類、黃酮、皂苷等)提取、分離、鑒定的分析用生物芯片;也可設(shè)計(jì)同時(shí)分離各種成分的綜合分析用生物芯片,用于單味藥成分篩選性分析,復(fù)方歸類分析等;還可針對(duì)某味藥材的多種組分設(shè)計(jì)用于該藥材分析和鑒定的中藥材芯片[27]。目前,國(guó)內(nèi)已有人利用基因芯片對(duì)中藥復(fù)方—黃連解毒湯進(jìn)行了嘗試性研究[28]。特別指出的是,以生物芯片技術(shù)為基礎(chǔ)的多靶點(diǎn)高通量篩選技術(shù)在中藥有效成分研究中潛力巨大。
周家駒等[29,30]對(duì)中藥傳統(tǒng)功效、有效成分及現(xiàn)代藥理學(xué)研究等資料進(jìn)行整合,建立起一套中草藥化學(xué)資料的辨識(shí)和分析規(guī)范,并據(jù)此研制了中藥化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)(Traditional Chinese Medicine Database,TCMD),TCMD可提供中草藥所含成分化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、生物活性、藥理活性以及文獻(xiàn)來(lái)源等信息,大大提高了中藥復(fù)方研究效率,是研究中藥復(fù)方的有用工具。中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合軟件開(kāi)發(fā)在MDL化學(xué)信息管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立了中國(guó)天然產(chǎn)物數(shù)據(jù)庫(kù)(CNPDTM),為中國(guó)的新藥、天然產(chǎn)物及中藥復(fù)方等相關(guān)研究提供了天然產(chǎn)物、生物活性數(shù)據(jù)、原植物來(lái)源及中藥傳統(tǒng)應(yīng)用融為一體的信息?,F(xiàn)已用于虛擬篩選方法發(fā)現(xiàn)活性化合物的研究[31]。徐筱杰等[39]建立了用于中藥復(fù)方研究的計(jì)算機(jī)系統(tǒng),該系統(tǒng)包括中草藥成分三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、受體三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、代謝庫(kù)、具有生物活性數(shù)據(jù)的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)為核心的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng);以分子對(duì)接為核心的分子間相互作用計(jì)算機(jī)模塊;以三維定量構(gòu)-效關(guān)系(3D-QSAR)為核心的構(gòu)-效關(guān)系及分子相似性研究單元等計(jì)算模塊。該系統(tǒng)對(duì)于研究復(fù)方組分間相互作用,復(fù)方成分及可能形成復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu),確定復(fù)方有效成分及其中藥組分在體內(nèi)的代謝研究提供了大量數(shù)據(jù)信息,有助于中藥復(fù)方物質(zhì)組成和作用機(jī)制研究。
分子烙印技術(shù)是根據(jù)特定目標(biāo)分子(即模板分子)制備具有高度親和性聚合物材料(MIP)的技術(shù)。MIP存在與模板分子空間結(jié)構(gòu)互補(bǔ),功能團(tuán)相互作用(氫鍵、離子或范德華力等)的聚合物孔穴。MIP與模板分子的作用類似于酶和底物的結(jié)合,對(duì)模板分子具有較強(qiáng)親和性及識(shí)別能力。目前,MIP作為固相提取材料從中藥復(fù)方中分離有效部位尚屬新穎。謝建春等[33]嘗試以丙烯酰胺作為功能單體,以槲皮素為模板,在極性溶劑中,用非共價(jià)鍵法制備了MIP。結(jié)果表明,MIP對(duì)槲皮素具有特異親和性,將該MIP直接分離銀杏葉提取物水溶液,得到主要含模板槲皮素及其結(jié)構(gòu)類似化合物山奈酚兩種黃酮類組分。利用MIP特異親和性從中藥復(fù)方中提取、分離具有相同空間結(jié)構(gòu)、相似功能團(tuán)的有效部位,將會(huì)成為中藥復(fù)方有效部位提取、分離的有效手段。
近年來(lái),中醫(yī)藥研究者對(duì)中藥復(fù)方的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行了大量研究,已經(jīng)取得了一定的成績(jī),但是中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的研究仍存在以下問(wèn)題:由于中藥復(fù)方組方的復(fù)雜性,研究者對(duì)其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)還難以統(tǒng)一,加之有效成分含量低微,使其在體內(nèi)外難以檢測(cè);此外,中藥復(fù)方是在整體觀念指導(dǎo)下的一個(gè)藥效物質(zhì)整體,目前研究所采用的只對(duì)其中一至兩個(gè)成分進(jìn)行定性定量檢測(cè)與評(píng)價(jià),難以反映中藥復(fù)方藥效物質(zhì)的整體;中藥復(fù)方是在中醫(yī)藥理論指導(dǎo)下,以辨證論治為原則,因證組方,但在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中,證的模型相對(duì)于疾病模型欠成熟,缺乏較系統(tǒng)的研究。盡管由于中藥復(fù)方化學(xué)成分的復(fù)雜性使得中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的研究困難重重,但近年來(lái)多學(xué)科的互動(dòng)與交融,新技術(shù)、新方法的出現(xiàn)及在中醫(yī)藥研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,為復(fù)方的研究發(fā)展帶來(lái)了新的思路和發(fā)展。特別是隨著中藥血清藥理學(xué)和血清藥物化學(xué)研究方法的進(jìn)一步成熟,結(jié)合中藥組合化學(xué)檢測(cè)方法及手段的進(jìn)一步發(fā)展,在不久的將來(lái)中藥復(fù)方藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的闡明將逐漸變?yōu)榭赡堋?/p>
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