利用超分子組裝理論探討麻杏石甘湯抗病毒機(jī)制研究的新策略

陳瑞，陳志鵬

(南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210023)

中藥湯劑是真溶液、膠體、混懸液和乳濁液的混合，在分子層次上則是包括單成分群在內(nèi)的超分子體的混合物[1]。膠體、混懸液或沉淀都是化學(xué)成分相互組裝的表象，屬于超分子化學(xué)的研究范疇。超分子化學(xué)是研究2種以上的化學(xué)物種借助各種非共價(jià)力(如氫鍵、靜電作用、電荷轉(zhuǎn)移作用、分散作用、離子中介作用、疏水作用、堆垛作用等)通過自加工、自裝配、自組合，形成復(fù)雜有序且有特定功能的分子結(jié)合體的一門科學(xué)，是化學(xué)與生物學(xué)、物理學(xué)等多門學(xué)科交叉構(gòu)成的前沿科學(xué)。通過超分子自組裝生成具有確定功能納米尺寸的超分子體系，如分子層、薄膜、膠束、凝膠等，表現(xiàn)出與組成分子完全不同，更加復(fù)雜的化學(xué)、物理和生物學(xué)性質(zhì)。中藥成分復(fù)雜，超分子現(xiàn)象普遍存在，是中藥物質(zhì)基礎(chǔ)的重要組成部分，并且不同的存在形式與藥效的發(fā)揮有著密切的關(guān)系，超分子研究也成為拓展湯劑藥理活性研究的一個(gè)新途徑。

1 中藥湯劑體系中超分子現(xiàn)象研究現(xiàn)狀

1.1 湯劑中的超分子現(xiàn)象

湯劑是中藥超分子現(xiàn)象最早的研究對(duì)象，目前已經(jīng)從80余種湯劑中發(fā)現(xiàn)膠體顆粒的存在。蔡茜茜等通過凝膠過濾色譜對(duì)太子參湯劑中自組裝顆粒進(jìn)行了分離，發(fā)現(xiàn)粒徑為131.4 nm的球形顆粒，該顆?？杀籆aco-2細(xì)胞吸收，刺激小鼠脾細(xì)胞的增殖,促進(jìn)免疫因子IL-10、IL-13、TNF-α及IFN-γ的分泌,說明自組裝顆粒為太子參湯劑的重要功效成分[2]。Ke等通過體積排除色譜從麻杏石甘湯中分離了粒徑為65.3～138.1 nm的膠體納米粒，通過對(duì)5種細(xì)胞株的生存率影響評(píng)估其不同的生物活性[3]。房康等針對(duì)黃連解毒湯水煎自沉淀現(xiàn)象，采用CCK-8法評(píng)價(jià)其對(duì)CoCl2損傷的PC12細(xì)胞模型作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與上清液相比，沉淀表現(xiàn)出更好的神經(jīng)保護(hù)活性[4]。由此可見中藥湯劑的物質(zhì)基礎(chǔ)不僅僅是活性成分(群)，更應(yīng)當(dāng)重視超分子的存在形式。

1.2 湯劑中超分子的存在形式

中藥飲片的化學(xué)成分復(fù)雜，理化性質(zhì)各異，臨床實(shí)踐中又經(jīng)常配伍使用，導(dǎo)致中藥復(fù)方湯劑的成分更加復(fù)雜，因此形成的超分子體也多種多樣。例如：小分子活性成分之間相互作用形成組裝體，如黃連解毒湯中小檗堿可與黃芩苷或漢黃芩苷形成不同結(jié)構(gòu)的組裝體[5]；中藥中存在的鞣質(zhì)、淀粉等非活性成分可能參與顆粒物的形成，有報(bào)道稱麻杏石甘湯中99.7%的麻黃堿與95.5%的偽麻黃堿都被吸附在甘草蛋白形成的納米粒表面[3]。這些研究說明中藥湯劑中超分子現(xiàn)象普遍存在，但超分子形式千差萬別，缺乏基于中藥成分本身特性的規(guī)律性研究。

1.3 中藥化學(xué)成分的自組裝特性

最近有學(xué)者開展了以中藥化學(xué)成分為代表的超分子組裝研究。例如：在果糖誘導(dǎo)下姜黃素自組裝為納米尺寸的囊泡[6]，大黃酸可直接自組裝為凝膠形成緩釋制劑治療神經(jīng)炎[7]。而且，中藥復(fù)方中的成分相互組裝后會(huì)顯著影響其生物活性，從而影響藥性。雷海民教授課題組研究報(bào)道：①黃連解毒湯中小檗堿與黃芩苷會(huì)組裝成納米粒，其對(duì)金黃色葡萄球菌的抑制作用要明顯優(yōu)于小檗堿本身，而小檗堿與漢黃芩苷則組裝成納米纖維，其抗菌能力卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如小檗堿[5]；②黃連-肉桂藥對(duì)中小檗堿與肉桂酸組裝形成的納米粒，對(duì)耐藥性金黃色葡萄球菌的抑菌效果明顯優(yōu)于阿莫西林等西藥[8]；③黃連-大黃藥對(duì)中小檗堿與大黃酸組裝形成的納米顆粒，體外抑菌實(shí)驗(yàn)表明最低殺菌濃度僅為0.1 μmol/mL，遠(yuǎn)低于小檗堿和大黃酸本身[9]。這些結(jié)果說明不僅中藥成分之間會(huì)相互組裝，而且組裝后的形態(tài)是影響藥效的關(guān)鍵因素。

1.4 麻杏石甘湯中的超分子現(xiàn)象

麻杏石甘湯是經(jīng)典的中藥湯劑，出自漢代張仲景的《傷寒論》，具有辛涼宣泄，清肺平喘之功效。該方由麻黃、石膏、杏仁、甘草4味藥材組成，因其配伍精當(dāng)，療效卓著，為歷代醫(yī)家所喜用。麻杏石甘湯雖然只有4味藥材，但煎煮過程產(chǎn)生膠體與沉淀現(xiàn)象顯著。其主要成分有：麻黃堿(來自麻黃)、苦杏仁苷(來自苦杏仁)、甘草酸(來自甘草)等。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上看，這3種成分容易發(fā)生相互作用：麻黃堿(生物堿)與甘草酸(有機(jī)酸)會(huì)發(fā)生酸堿中和反應(yīng)；苷類物質(zhì)(苦杏仁苷)與生物堿(麻黃堿)會(huì)發(fā)生絡(luò)合[10]；此外，石膏為硫酸鹽類礦物，主要含有Ca2+以及少量的Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+，這些金屬離子會(huì)和甘草酸的羧基發(fā)生配位形成不同穩(wěn)定程度的絡(luò)合物[11]，說明麻杏石甘湯中形成的組裝體有多種的可能與機(jī)制。有關(guān)麻杏石甘湯物質(zhì)基礎(chǔ)的研究發(fā)現(xiàn)[12]：單味甘草水煎液的甘草酸含量最高，共煎藥液中甘草酸含量最低。是否由于甘草酸和麻黃堿形成復(fù)合物，甘草酸和石膏中金屬離子形成絡(luò)合物導(dǎo)致甘草酸含量降低，有待進(jìn)一步證實(shí)。同時(shí)在藥效學(xué)實(shí)驗(yàn)中，提取物純度越高的組方，藥理效果反而不是很好。這就提示該方的藥效可能是多種成分共同作用的結(jié)果,那么是否以超分子形式發(fā)揮多成分共作用原理也需要進(jìn)一步證實(shí)。

2 麻杏石甘湯的抗病毒性能

2.1 麻杏石甘湯抗病毒的臨床應(yīng)用

近代醫(yī)家常用麻杏石甘湯治療小兒肺炎、麻疹性肺炎等病毒性肺炎[13]。臨床觀察中，用加味麻杏石甘湯治療84例小兒支原體肺炎患者，結(jié)果顯示治愈率+顯效率(76.19%)明顯高于純西藥對(duì)照組(54.76%)[14]。汪受傳教授在麻杏石甘湯基礎(chǔ)上開發(fā)的清肺口服液(又名金欣口服液)，經(jīng)過多年臨床實(shí)踐被證明是治療小兒病毒性肺炎的有效方劑[15]。在2019年底暴發(fā)的新冠肺炎疫情中，麻杏石甘湯最早列入國家衛(wèi)生健康委員會(huì)發(fā)布的診療方案，并被重點(diǎn)推薦為中醫(yī)藥介入治療藥方[16]。截至2020年3月13日，由麻杏石甘湯等四個(gè)經(jīng)典名方組成的清肺排毒方對(duì)10個(gè)省份共1 261例新冠肺炎患者總有效率達(dá)到97%，無一例患者由輕轉(zhuǎn)重[17]。經(jīng)方專家黃煌教授曾談到“想當(dāng)年非典型肺炎肆虐之時(shí)，麻杏石甘湯應(yīng)該可以橫刀立馬出陣迎戰(zhàn)，但很多醫(yī)生不信任它。從西醫(yī)的角度看，方中無一味有抗菌藥，怎么能治療肺炎呢？用經(jīng)方是不講道理的，只看看當(dāng)下的病人是何等樣的反應(yīng)，所謂方證相應(yīng)，這是古人的智慧。”[18]可見，麻杏石甘湯在治療病毒性肺炎方面功效卓著，但其機(jī)制還不明確。

2.2 麻杏石甘湯的抗病毒機(jī)制研究

麻黃具有解表作用，可以宣肺氣而散表邪；石膏是辛寒之品，入肺經(jīng)，用以清泄肺熱；杏仁降氣止咳平喘；甘草既益氣和中，又調(diào)和諸藥。四味藥雖然簡單，但配伍精當(dāng)。中醫(yī)治療疾病的機(jī)制是“扶正祛邪”，病毒性肺炎是屬于邪熱壅肺證，由外邪入侵引起，表現(xiàn)為高熱。查閱近幾年文獻(xiàn)，報(bào)道的麻杏石甘湯抗病毒性肺炎的可能機(jī)制有：①抑制病毒復(fù)制相關(guān)的信號(hào)通路(祛邪)。Chen等證明麻杏石甘湯能明顯抑制呼吸道合胞病毒復(fù)制，阻斷TLR3-IR3-IFN-β信號(hào)通路和SOCS1的表達(dá)，安全有效地治療病毒性肺炎[19]。鄒莉等發(fā)現(xiàn)麻杏石甘湯可能通過調(diào)節(jié)流感病毒感染肺組織的MCP-1蛋白表達(dá)水平而實(shí)現(xiàn)抗流感病毒作用[20]。②調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能(扶正)。李玲等建立A型流感病毒小鼠肺適應(yīng)株動(dòng)物感染模型，表明麻杏石甘湯通過影響免疫器官質(zhì)量指數(shù)和IL-2、TNF-β蛋白表達(dá)水平調(diào)節(jié)免疫網(wǎng)絡(luò)的功能[21]。張世鷹等發(fā)現(xiàn)麻杏石甘湯對(duì)于流感病毒刺激的巨噬細(xì)胞RAW264.7的IFN-α和IFN-β分泌水平與蛋白表達(dá)水平有明顯的調(diào)控作用，從而發(fā)揮抗流感病毒的作用[22]。這與中醫(yī)“扶正祛邪”的治則相吻合?？梢钥闯?，雖然有關(guān)麻杏石甘湯的藥理學(xué)研究已取得一些進(jìn)展，但還集中在湯劑的整體藥效學(xué)，針對(duì)抗病毒的關(guān)鍵功效物質(zhì)并未發(fā)現(xiàn)，因此相關(guān)抗病毒機(jī)制也并未明確。

3 利用超分子組裝理論探討麻杏石甘湯抗病毒機(jī)制的設(shè)想與策略

3.1 超分子組裝理論探討麻杏石甘湯抗病毒機(jī)制的設(shè)想

在2020年新冠疫情的防治工作中，中醫(yī)藥所發(fā)揮的重要作用得到了社會(huì)各界的廣泛認(rèn)可，特別是經(jīng)典名方麻杏石甘湯的優(yōu)勢(shì)凸顯，但其抗擊病毒的物質(zhì)基礎(chǔ)和機(jī)制研究卻沒有得到普遍的認(rèn)可。受啟于超分子現(xiàn)象為湯劑帶來特殊藥理活性的研究基礎(chǔ)，基于麻杏石甘湯具有顯著超分子現(xiàn)象的事實(shí)，我們提出了“超分子效應(yīng)可能是麻杏石甘湯抗病毒的關(guān)鍵因素”這一設(shè)想。一方面麻杏石甘湯在煎煮過程中生成的膠體或沉淀可能是具有直接抗病毒作用的功效物質(zhì)，杜茜等通過MTT法比較了經(jīng)0.45 μm濾膜過濾前后麻杏石甘湯的體外抗病毒活性變化，結(jié)果表明膜過濾后抗病毒活性大大降低，主要是由于膜過濾去除了大量粒徑較大的聚集物，證明麻杏石甘湯抗流感病毒活性與其湯劑中的聚集物有關(guān)[23]，但聚集物的構(gòu)成、具體功效物質(zhì)還未明確，仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明；另一方面組裝形成的納米顆?？赡墚a(chǎn)生了特殊的體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)特性，從而改變活性物質(zhì)的分布，改善肺部微環(huán)境使得引起肺炎的病毒失去了生存之地，從而產(chǎn)生特別的抗病毒效果，這一方面目前還未有研究報(bào)道，超分子的體內(nèi)作用機(jī)制研究還尚屬空白。

3.2 超分子組裝理論探討麻杏石甘湯抗病毒機(jī)制的策略

3.2.1 非破壞性分離湯劑復(fù)雜體系 將特殊的藥理活性歸結(jié)為某一組裝體是目前超分子研究存在的問題之一，而某一組裝體不能反映湯劑整體，只有通過分離湯劑中多種類型的組裝體，明確超分子體系的構(gòu)成，才能全面解析湯劑的物質(zhì)基礎(chǔ)。體積排阻色譜與光散射技術(shù)的聯(lián)用技術(shù)為湯劑納米粒的分離奠定了良好的基礎(chǔ)[3]，且這種分子篩技術(shù)可以保持超分子體系的穩(wěn)定性。

3.2.2 鑒定組裝體的構(gòu)成研究組裝機(jī)制 通過高效色譜分離結(jié)合質(zhì)譜方法判定組裝體的主要構(gòu)成元素與組成比例，按成分群配比去模擬還原組裝體，為進(jìn)一步還原湯劑的組成與形態(tài)提供可能，同時(shí)為化學(xué)成分組裝特性的規(guī)律性研究提供幫助。借助計(jì)算機(jī)分子模擬以及現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，組裝機(jī)制的研究更加細(xì)化，多種弱作用力相互配合形成超分子體的機(jī)制被有效證實(shí)。

3.2.3 篩選功效物質(zhì)并探究抗病毒機(jī)制 體外細(xì)胞抗病毒實(shí)驗(yàn)可以幫助快速篩選效應(yīng)分子(群)，通過比較湯劑中不同物質(zhì)形態(tài)與整體湯劑的藥效差異，比較超分子組裝體與單個(gè)化學(xué)成分的藥效差異，逐漸明確組方的有效部位與功效物質(zhì)，并在獲得確切功效物質(zhì)的前提下開展抗病毒機(jī)制研究。

3.2.4 開展體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)與藥效實(shí)驗(yàn) 通過病毒感染動(dòng)物模型的建立，比較超分子組裝體與單個(gè)化學(xué)成分的生物分布差異，比較單個(gè)組裝體與整體湯劑的藥效學(xué)差異，探究超分子的體內(nèi)作用機(jī)制。

以上幾方面策略可以為解釋麻杏石甘湯特殊的抗病毒性能提供一個(gè)新的途徑，還可能為解決現(xiàn)有超分子研究存在的問題提供一個(gè)突破性嘗試。

4 總結(jié)與展望

中醫(yī)藥是中華民族傳承五千年的瑰寶，而超分子化學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)理論與技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，二者的有機(jī)結(jié)合是中醫(yī)藥研究“傳承精華，守正創(chuàng)新”的實(shí)質(zhì)體現(xiàn)。中藥湯劑中的超分子現(xiàn)象研究不僅使得中藥物質(zhì)基礎(chǔ)與作用機(jī)制更加明確，而且極大地豐富了現(xiàn)代中醫(yī)藥研究的思路和方法。

超分子研究為中藥湯劑的藥效研究開辟了新的道路，從新的視角揭示了超分子現(xiàn)象是中藥復(fù)方的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，具有重要的研究價(jià)值，有利于闡明中藥配伍的科學(xué)內(nèi)涵與中藥復(fù)方的作用原理。超分子組裝的存在符合中醫(yī)配伍理論，不同藥味形成的組裝體正是提示其中發(fā)生了配合作用，組裝體的組分構(gòu)成可能成為解釋方劑中配伍理論的關(guān)鍵因素[10]。有學(xué)者甚至認(rèn)為人體也是復(fù)雜的生物超分子體，認(rèn)為中藥有效成分群和人體疾病諸癥有著對(duì)應(yīng)的作用規(guī)律，李海英等就提出用超分子“印跡模板”理論解釋中藥復(fù)方配伍[24]。對(duì)于麻杏石甘湯而言，物質(zhì)基礎(chǔ)與超分子現(xiàn)象的闡明有利于指導(dǎo)臨床實(shí)踐和合理用藥，以及劑型改革。病毒性肺炎發(fā)生發(fā)展較快，在沒有明確有效的藥物治療下，中醫(yī)藥介入治療優(yōu)勢(shì)凸顯，理論機(jī)制的闡明將進(jìn)一步擴(kuò)大中醫(yī)藥的影響力。同時(shí)，中藥的配伍有望從傳統(tǒng)的飲片配伍過渡到藥物組分配伍，避免藥效的無意流失和經(jīng)濟(jì)損失。利用組裝體的性質(zhì)發(fā)揮最佳藥效，制備中藥多成分緩控釋制劑[25]，以及對(duì)其藥用價(jià)值進(jìn)行二次開發(fā)，都是實(shí)現(xiàn)劑型改革的途徑。因此，超分子現(xiàn)象的研究是中藥復(fù)方湯劑研究的一項(xiàng)重要課題，也是中藥現(xiàn)代化研究的一個(gè)新的途徑[26]。

雖然目前湯劑超分子現(xiàn)象的研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但還存在一些問題：第一，現(xiàn)有的超分子組裝研究一般都是利用2種或者3種化學(xué)成分進(jìn)行，而中藥湯劑成分復(fù)雜，組裝過程可能由多種成分參與，研究中很難保證還原自組裝體系的真實(shí)性。因此，如何全面解析其超分子的組成是首先要解決的問題。第二,因?yàn)榻M裝的發(fā)生除了和化學(xué)成分本身有關(guān)，還和湯劑煎煮過程中的溫度、pH等多種因素有關(guān)。同時(shí)，現(xiàn)有分離表征技術(shù)可能會(huì)破壞超分子體系的穩(wěn)定性，導(dǎo)致超分子體系在湯劑中的含量較難明確。第三，藥理活性研究較為局限，目前有關(guān)中藥組裝體的藥理活性研究還局限于體外抗菌領(lǐng)域[5-7]，雖然有學(xué)者也提出了超分子與人體的“氣析”“印跡模板”理論[24,27]，但目前還缺乏有效的實(shí)驗(yàn)證明。正是基于以上問題，需要我們進(jìn)一步研究更多的湯劑加以佐證，拓展藥理研究領(lǐng)域，深入探索內(nèi)在的理論機(jī)制，挖掘廣闊的應(yīng)用前景，展現(xiàn)中醫(yī)藥的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)與魅力，推動(dòng)中醫(yī)藥現(xiàn)代化與國際化進(jìn)程。