中藥起效作用機(jī)制探討

余蘇云，陸 茵 ，3

（1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京 210023；2.江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室，江蘇南京 210023；3.江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210023）

回顧以往中藥研究，發(fā)現(xiàn)中藥具有成分微量或生物利用度低等特點。現(xiàn)代研究認(rèn)為，藥物只有達(dá)到一定的血藥濃度，才能產(chǎn)生相應(yīng)的藥理作用。而大量研究數(shù)據(jù)表明，多數(shù)中藥的活性成分其體外起效劑量要高于血藥濃度上百倍；且許多成分生物利用度極低，但仍有較強(qiáng)的生物活性。如姜黃素和小檗堿，雖然其血藥濃度極低（兩者的口服吸收利用度僅有5.15%和3.69%），但在疾病治療中卻具有一定的療效［1-2］。那么這些低血藥濃度成分究竟如何起效？此外，中藥更是具有成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜多元、親和力弱和作用靶點雜泛等特點，因而藥物作用多樣［3-4］。如麻黃有發(fā)汗解表、宣肺平喘和利水消腫等多重藥效［5］；柴胡更具有“萬能神藥”之稱，在感冒發(fā)熱、胸脅脹痛、月經(jīng)不調(diào)、子宮脫垂和癌癥等治療中都有廣泛的應(yīng)用［6］。中藥這種作用多樣性的內(nèi)在機(jī)制尚未明確。

針對中藥起效機(jī)制，國內(nèi)有很多學(xué)者提出中藥是通過多成分、多靶點、多環(huán)節(jié)整合起效。北京大學(xué)蔡少青教授則提出中藥顯效的“疊加作用”假說，認(rèn)為中藥成分的疊加作用使原來血藥濃度很低的各個顯效形式（原形成分及各個代謝產(chǎn)物）的濃度加和達(dá)到必要的血藥濃度或靶藥濃度而發(fā)揮藥效作用［7］。李梢教授從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度提出中藥是通過作用于特定的疾病靶點網(wǎng)絡(luò)協(xié)同起效［8］。上述一系列理論的提出，為中藥研究提供了多種解讀方式，對中藥學(xué)的研究和發(fā)展起到了一定的推動作用。

基于現(xiàn)有中藥起效機(jī)制理論，發(fā)現(xiàn)中藥研究中仍然存在著許多未知的缺口，上述中藥在使用中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象用現(xiàn)有的理論仍無法得到很好的解釋。中藥復(fù)雜的作用特點仍然限制著其推廣使用及國際認(rèn)可度。為豐富并完善已有的中藥作用模式體系，中藥起效機(jī)制研究應(yīng)另辟蹊徑。本文將從新的角度探討中藥起效的分子機(jī)制，希冀創(chuàng)新中藥藥效學(xué)研究的思維模式和方法。

1 多成分多靶點和單成分多靶點可能是中藥起效的一種重要方式

中藥方劑由活性成分群構(gòu)成，活性成分群按照一定要求配伍組合，通過多靶點、多途徑整合發(fā)揮作用。2008年，陳竺院士團(tuán)隊對中藥方劑復(fù)方黃黛片分子機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)分析，通過分子生物學(xué)和生物化學(xué)研究闡明了復(fù)方黃黛片治療急性早幼粒細(xì)胞白血病的多成分多靶點的作用機(jī)制，并運用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的方法闡釋了中藥方劑“君臣佐使”的配伍原則［9］。除此之外，越來越多的中藥都被證實是通過多成分多靶點而發(fā)揮療效，如桂枝湯中的幾種主要成分桂皮酸和桂皮醛等能作用于調(diào)控前列腺素E2釋放的不同關(guān)鍵環(huán)節(jié)，從而產(chǎn)生協(xié)同抗炎作用［10］；復(fù)方芪參顆粒中的主要藥效成分丹參酮ⅡA、異隱丹參酮、黃芪多糖和槲皮素分別通過作用于血管緊張素Ⅱ1型受體、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子 3（signal transducer and activator of tran?scription 3，STAT3）產(chǎn)生多靶點協(xié)同增效作用，從而發(fā)揮治療冠心病的作用［11-14］。

此外，單一成分亦可作用于不同環(huán)節(jié)的不同靶點而產(chǎn)生協(xié)同增效作用。如紫杉醇既可作用于微管蛋白，也可以作用于拓?fù)洚悩?gòu)酶Ⅰ，產(chǎn)生協(xié)同抗腫瘤作用［15］。這種單成分多靶點現(xiàn)象的出現(xiàn)與藥物雜泛性（drug promiscuity）相關(guān)。藥物的雜泛性是指一種藥物與多種靶標(biāo)發(fā)生相互作用而引起相同或不同的藥理作用的現(xiàn)象，是多重藥理學(xué)的基礎(chǔ)［16］。其根源是靶標(biāo)蛋白的雜泛性，即一種蛋白能夠結(jié)合多種配體的性質(zhì)［17］。與西藥的靶向制劑相比，中藥成分結(jié)構(gòu)復(fù)雜，親和力弱，靶點眾多，因而作用多樣。如姜黃素可作用于STAT3［18］，Bcl-2［19］和基質(zhì)交感分子1［20］等多個靶點，從而發(fā)揮協(xié)同促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用；Wang等［21］鑒定出了青蒿素直接作用的124種靶蛋白，其中有33種蛋白之前已被報道有可能是抗瘧的靶點，包括肌漿網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶/惡性瘧原蟲鈣ATP蛋白6這一廣為人知的青蒿素靶蛋白。這些能與青蒿素直接結(jié)合的靶蛋白參與了寄生蟲的多種生物過程，包括羧酸代謝過程、細(xì)胞生物胺代謝過程、核苷代謝過程和核糖核苷生物合成過程等。因此，青蒿素對不同時期的瘧原蟲都具有殺傷作用。

李梢教授也從網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)的角度探討中藥起效的作用方式，并在Science增刊上發(fā)表文章，表示中藥成分是通過作用于特定的疾病靶點網(wǎng)絡(luò)協(xié)同起效。若整體效應(yīng)超出閾值，則效應(yīng)“開啟”，表現(xiàn)為產(chǎn)生療效；若中藥成分在疾病靶點網(wǎng)絡(luò)上分散或拮抗，整體效應(yīng)低于閾值，則效應(yīng)“關(guān)閉”，表現(xiàn)為不產(chǎn)生毒性或毒性降低［22］。正是中藥成分的這種多成分多靶點和單成分多靶點的特性，使其在治療疾病時能夠作用于疾病靶點網(wǎng)絡(luò)而非單一靶點，從而發(fā)揮療效。這也進(jìn)一步提示，多成分多靶點或單成分多靶點所產(chǎn)生的協(xié)同作用可能是中藥產(chǎn)生療效的重要方式之一，而這種多靶點協(xié)同作用是中藥應(yīng)對環(huán)境脅迫長期進(jìn)化而來的。

2 對疾病的正反向調(diào)節(jié)是中藥起效的重要特點

有別于西藥的單一對抗和激動，同一中藥可使兩種極端的病理現(xiàn)象向正常方向轉(zhuǎn)化，既可使機(jī)體從亢進(jìn)狀態(tài)向正常狀態(tài)轉(zhuǎn)化，也可從低下狀態(tài)向正常狀態(tài)轉(zhuǎn)化。如三七（Panax notoginseng）既可以活血也可以止血［23］，枳實（Fructus Aurantii Imma?turus）對胃腸道平滑肌既有興奮作用也有抑制作用［24］。許多中藥復(fù)方也存在雙向調(diào)節(jié)作用，如桂枝湯對體溫有雙向調(diào)節(jié)作用［25］，金匱腎氣丸能對小便不利和小便過多的疾患進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)［26］。因疾病狀態(tài)不同，同一種中藥的作用也會截然相反，而Wilder［27］提出的“初始值法則”可以很好地解釋其中的作用機(jī)制，即刺激（如藥物）的作用與其所作用的反應(yīng)系統(tǒng)的原始水平（初始值）有關(guān)，初始值越高，對興奮性刺激（藥物）的反應(yīng)越低，對抑制性刺激（藥物）的反應(yīng)增強(qiáng)；反之，機(jī)體的初始值越低，對興奮性刺激（藥物）的反應(yīng)越高，對抑制性刺激（藥物）的反應(yīng)減弱。

我們課題組在跟蹤丹參（Salvia miltiorrhizaBunge）國內(nèi)外研究資料發(fā)現(xiàn)，丹參作為常用的活血化瘀中藥，在缺血性疾病和腫瘤治療中都有著廣泛的應(yīng)用［28-29］。缺血性疾病缺血區(qū)血管新生不足，盡快促進(jìn)血管新生、恢復(fù)有效血供是修復(fù)損傷的關(guān)鍵。但在腫瘤中，血管新生則是促進(jìn)腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。而丹參在治療上述疾病時，其作用截然相反。在治療心肌缺血時，丹參能夠通過促進(jìn)血管生成，改善心肌缺血狀態(tài)；但在腫瘤治療中，則能夠通過抑制腫瘤內(nèi)部血管生成，從而抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移（圖1）。其內(nèi)在的分子機(jī)制是：在缺血性疾病中，丹參有效成分能夠抑制血小板聚集，抑制黏附分子表達(dá)，并上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），從而促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和管腔形成，促進(jìn)缺血區(qū)域血管新生［30］。而在腫瘤中，丹參有效成分則能夠促進(jìn)周細(xì)胞覆蓋，抑制尖端細(xì)胞出芽，減少血管內(nèi)皮細(xì)胞VEGF的自分泌，從而抑制人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、遷移和管腔形成［31］。因此，可進(jìn)一步確證丹參對血管新生是抑制還是促進(jìn)與腫瘤組織及心肌缺血組織的血管新生網(wǎng)絡(luò)及組織的功能狀態(tài)有關(guān)。而中藥的正反向調(diào)節(jié)機(jī)制是中藥有別于西藥的重要作用方式，有其自身的特點。

3 調(diào)控腸道微生物穩(wěn)態(tài)是中藥起效方式的重要補(bǔ)充

無論是中藥的多成分多靶點，還是中藥的雙向調(diào)節(jié)作用，還不能完全闡明中藥起效的作用機(jī)制。眾多實驗數(shù)據(jù)表明，很多藥物成分不必吸收入血或者達(dá)到病變部位的靶器官或靶組織即能發(fā)揮作用。以二甲雙胍為例，二甲雙胍的前體源自草藥山羊豆中的山羊豆堿［32］，其主要是通過抑制肝糖原輸出發(fā)揮降血糖作用。然而二甲雙胍在體內(nèi)并不代謝，主要以原型形式存在，生物利用度也很低，聚集在小腸的二甲雙胍濃度是其血藥濃度的30～300倍［33］，但二甲雙胍依然能發(fā)揮降血糖作用。2017年，Bauer等［34］發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過調(diào)節(jié)腸道乳酸桿菌影響腸道吸收葡萄糖的重要轉(zhuǎn)運蛋白鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體1，從而控制血糖水平。所以，二甲雙胍的作用靶點究竟是在肝還是在腸道尚不明確。

近幾年，隨著腸道微生物研究方法和手段的不斷發(fā)展，腸道菌群與各種各樣疾病的關(guān)系被爭相報道，如高血壓［35］、糖尿病［36］、腫瘤［37］、肥胖［38］、免疫性疾病［39］和肝損傷［40］，以及很多大腦相關(guān)疾病的發(fā)生，如帕金森?。?1］等都與腸道菌群的紊亂相關(guān)。近幾年的研究表明，許多低血藥濃度成分在腸道的聚集濃度非常高，且其與腸道菌群之間的關(guān)系密不可分。Zhang等［42］發(fā)現(xiàn)，口服小檗堿能選擇性地富集產(chǎn)短鏈脂肪酸的菌群，增加腸道中短鏈脂肪酸的產(chǎn)量，以此保護(hù)腸道屏障功能，這可能是小檗堿改善肥胖和胰島素抵抗的機(jī)制之一。Zhang等［43］發(fā)現(xiàn)，生物利用度極低的姜黃素能夠逆轉(zhuǎn)由于卵巢切除所導(dǎo)致的腸道菌群結(jié)構(gòu)及分布的紊亂。因此，對于那些進(jìn)入體內(nèi)不代謝、生物利用度及血藥濃度低的中藥，它們進(jìn)入體內(nèi)的作用方式單純從血藥濃度角度考慮是不全面的。隨著腸道菌群與疾病之間的關(guān)系被相繼闡明，并發(fā)現(xiàn)有些生物利用度低的中藥成分在腸道聚集的濃度要高于血藥濃度，所以對腸道菌群的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)也許能夠解釋為什么許多中藥血藥濃度極低卻能夠發(fā)揮很好的療效。因此，從腸道菌群穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)角度探討中藥的起效作用模式可能是中藥起效機(jī)制的重要補(bǔ)充。

圖1丹參對不同病理狀態(tài)下血管生成的調(diào)節(jié)作用.

4 生物靶標(biāo)間的遺傳協(xié)同可能是中藥效應(yīng)倍增的核心

國際前沿研究發(fā)現(xiàn)，生物靶標(biāo)之間存在遺傳協(xié)同倍增效應(yīng)。Bryant等［44］和Farmer等［45］發(fā)現(xiàn)了多種模式生物中存在一種遺傳“協(xié)同致死”（synthetic lethality）現(xiàn)象，可使得共同調(diào)控生物效應(yīng)呈現(xiàn)級數(shù)放大（＞1000倍），主要表現(xiàn)為單基因敲除對原型生物的影響很小，而同步敲除2個基因可大大增加其致死或致癌的可能性。如在酵母基因組中，僅有少數(shù)單基因敲除可致死，但如果同步干預(yù)2種非致死基因則可使致死率達(dá)97%。2009年，Iglehrt等［46］發(fā)現(xiàn)了人乳腺癌易感蛋白（breast cancer suscepti?bility protein）和聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase）之間的協(xié)同致死關(guān)系，基于這2個基因所開發(fā)的新藥奧拉帕尼，可使藥物殺死腫瘤細(xì)胞的效應(yīng)擴(kuò)增至1500倍。這一治療方法的成功應(yīng)用，驗證了生物靶標(biāo)之間協(xié)同致死關(guān)系的重要性，也為中藥起效方式提供了全新的思考模式。即當(dāng)在2個或2個以上靶點存在的情況下，中藥成分在極低的濃度下就可以發(fā)揮較好的藥效。中藥黃連中的小檗堿具有顯著的抑菌作用。2000年P(guān)NAS發(fā)表的文章數(shù)據(jù)表明，單獨使用小檗堿其最低起效濃度為1 mg·L-1，且其濃度要達(dá)到100 mg·L-1時才會產(chǎn)生比較好的抑菌效果［47］。單獨使用5′-甲氧大風(fēng)子品（5′-methoxyhydnocarpin，5′-MHC）無抑菌效果；但在有5′-MHC存在的情況下，小檗堿的抗菌濃度顯著下降，最低有效濃度變成了0.1 mg·L-1，而此時小檗堿在＜1 mg·L-1濃度下即可達(dá)到顯著的抗菌效果（圖2）。同樣，Srivastava課題組也發(fā)現(xiàn)，來自植物牽牛中的成分裸麥角堿（chanoclavine）在單獨使用時無抑菌作用，但在與四環(huán)素同時使用時，四環(huán)素的最低抑菌濃度顯著下降，其抑菌療效顯著增強(qiáng)［48］。

圖2 小檗堿（BBR）和5′-甲氧大風(fēng)子品（5′-MHC）的協(xié)同抗菌機(jī)制.

以往研究中藥的起效機(jī)制大多是從成分-靶點-效應(yīng)這樣一種正向思維進(jìn)行探索，而極少從靶標(biāo)間的協(xié)同而使中藥效應(yīng)倍增的角度思考，因而導(dǎo)致很多微量弱效成分的作用被忽視。若從遺傳協(xié)同靶標(biāo)出發(fā)，或許可以得知為何有些中藥成分生物利用度低，含量微弱，卻能起效的作用機(jī)制。這種協(xié)同致死靶點的存在，有助于從天然產(chǎn)物中尋找低毒、高效的成分，從而產(chǎn)生新的中藥成分的有效組合，發(fā)現(xiàn)更為有效的中藥新藥。

5 結(jié)語

隨著生命科學(xué)日新月異的發(fā)展，中藥起效機(jī)制研究在近年來得到了長足的進(jìn)步。以往研究大都從正向思維出發(fā)，發(fā)現(xiàn)多成分多靶點或單成分多靶點在中藥起效中發(fā)揮著重要的作用。隨著腸道微生物疾病的“密碼”逐漸得到解析，對腸道菌群的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)可能是對低血藥濃度成分起效機(jī)制的重要補(bǔ)充。而生物靶標(biāo)間存在“遺傳協(xié)同”使得生物效應(yīng)放大上千倍的特點為我們帶來新的曙光，相信這種作用模式或許在中藥起效中發(fā)揮著更為重要的作用。希望從靶標(biāo)間的“遺傳協(xié)同”探討中藥起效機(jī)制，可以對中醫(yī)藥的作用賦予新的科學(xué)內(nèi)涵，從而為中藥成分的有效組合提供指導(dǎo)，為構(gòu)建一種高于傳統(tǒng)意義上的中醫(yī)和西醫(yī)的全新醫(yī)學(xué)模式提供參考。