基于結(jié)構(gòu)中藥學(xué)思維的中藥研究方法探討
——以外用中藥為例

喬宏志,陳熹,陳軍,狄留慶

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,江蘇省中藥高效給藥系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心,江蘇 南京 210023;2.南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,江蘇 南京 210023;3.江蘇省中醫(yī)外用藥開發(fā)與應(yīng)用工程研究中心,江蘇 南京 210023)

中藥的整個生命周期都伴隨有不同物種構(gòu)成的多尺度聚集形式,大量證據(jù)顯示物質(zhì)在不同尺度的聚集狀態(tài)是決定其性質(zhì)的關(guān)鍵因素。例如,砷原子與氧原子的鍵合形式?jīng)Q定砷劑的活性[1];小檗堿與黃酮苷的締合優(yōu)勢構(gòu)象是其抗菌的關(guān)鍵要素[2];芍藥甘草共煎形成的納米粒影響芍藥主要成分的釋放和吸收[3]。目前已發(fā)現(xiàn)的與中藥藥效相關(guān)的尺寸區(qū)域包括原子分子、亞納米尺度和微納米尺度等,但對相關(guān)區(qū)域物種的聚集態(tài)研究還比較缺乏,也導(dǎo)致中藥藥效物質(zhì)形式長期未能全面闡釋。結(jié)構(gòu)中藥學(xué)是以中藥中天然存在的或經(jīng)加工形成的聚集態(tài)為對象,研究其組成結(jié)構(gòu)特征、形成機制、體內(nèi)命運及其功能關(guān)聯(lián)性的中藥學(xué)新興交叉方向[4]。與中藥傳統(tǒng)的分子層次研究不同,結(jié)構(gòu)中藥學(xué)的研究對象具有跨尺度、異質(zhì)性、多效應(yīng)的特點,是從介觀視角和空間維度對中藥藥效物質(zhì)和起效機制的再認識和再研究。其中跨尺度體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)中藥學(xué)研究的物種既包括原子分子、也包括微納米粒子,其均被視為中藥起效的不同物質(zhì)形式且存在特定環(huán)境下的轉(zhuǎn)化關(guān)系;異質(zhì)性表現(xiàn)為化學(xué)物種在空間排布上的非均勻性及由此產(chǎn)生的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)域,這是由物種間互作關(guān)系決定的;多效應(yīng)則是在跨尺度和異質(zhì)化物質(zhì)基礎(chǔ)上的宏觀效應(yīng)表現(xiàn),聚集態(tài)的拓撲結(jié)構(gòu)演化產(chǎn)生的若干尺寸效應(yīng)和起效模式將拓展現(xiàn)有的中藥功能評價體系。

中藥外用是除口服外最常用的給藥途徑之一。目前發(fā)現(xiàn)的有關(guān)中藥外用的最早文字記載始于商代《殷墟卜辭》,距今已有三千多年歷史?！饵S帝內(nèi)經(jīng)》提出“內(nèi)者內(nèi)治,外者外治”,為中藥外治法的形成奠定了理論基礎(chǔ)[5]。《傷寒雜病論》豐富和發(fā)展了中藥外治的理法原則和施治方法[6]。清代名醫(yī)吳尚先著第一部外治專著《理瀹駢文》,認為內(nèi)服與外治只是給藥途徑和方法不同,而治病原理并無二致[7]。內(nèi)服藥經(jīng)口入體內(nèi),串行臟腑而遍布周身;外治用藥“雖在外,無殊治在內(nèi)也”,可通過調(diào)諧經(jīng)絡(luò)而透達體內(nèi),即所謂“外治之理即內(nèi)治之理,外治之藥即內(nèi)治之藥”。吳尚先的辨證思想將中藥的內(nèi)服與外治統(tǒng)一起來,并提出外治法可“統(tǒng)治百病”,奠定了中藥外治的中醫(yī)學(xué)地位。至于現(xiàn)代,2020版《中國藥典》共收載130余種中藥外用制劑[8]。2018年,丁桂兒臍貼在加拿大以天然健康產(chǎn)品形式成功上市,標志著中藥外用制劑在國際化進程中更進一步[9]。然而,受限于中藥外用領(lǐng)域研究的不足,其科學(xué)內(nèi)涵尚缺乏清晰的揭示,特別是在數(shù)十年未能破局的中藥藥效物質(zhì)不明、機制欠清等共性難題方面,亟需研究思路和方法的創(chuàng)新。

1 中藥外用研究中存在的共性和個性問題

縱觀中藥外用的歷史,無外乎局部治療和全身調(diào)理,這與現(xiàn)代經(jīng)皮用藥的目標宗旨頗為相似。例如在外治瘡瘍方面,中醫(yī)治法可歸納為清熱解毒、活血化瘀、煨膿長肉和祛腐生肌[10]。因此,清熱類中藥黃芩、黃連、黃柏、紫花地丁、金銀花以及活血類中藥當歸、川芎、血竭、紅花等在治療方劑中多有使用。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對中藥及其有效成分促瘡瘍愈合機理也有一些報道,主要包括對創(chuàng)面免疫細胞、成纖維細胞及其分泌因子的調(diào)節(jié),改善創(chuàng)面微循環(huán),提高創(chuàng)面Ⅲ型膠原與Ⅰ型膠原的比例,影響創(chuàng)面微量元素等[11]。但總體上,相比于結(jié)構(gòu)清晰、機制較明確的西藥單成分,中藥藥效物質(zhì)的研究仍較為模糊且缺乏標準,影響了中藥外治的發(fā)展和應(yīng)用[4];中藥外用時存在特殊的皮膚屏障,對透皮入血成分來說是需要攻克的難題;此外,中藥外用研究中的一些做法是否科學(xué)、是否能直接套用一般性思路和方法,也有待探討和論證。現(xiàn)就該領(lǐng)域研究存在的一些共性和個性問題探討如下。

1.1 偏離了鮮藥外用的優(yōu)勢場景和用法

作為傳統(tǒng)中醫(yī)藥實踐的起點,鮮藥一直為歷代醫(yī)家所重視。早在兩千多年前的《神農(nóng)本草經(jīng)》中就有“生者尤良”的記載;葛洪收錄在《肘后備急方》中的鮮藥占比近半,其中“青蒿一握,以水二升漬,絞取汁,盡服之”更是成為屠呦呦獲得諾貝爾獎的思想源泉;迨及清代,伴隨溫病學(xué)大興,鮮藥使用日盛。葉天士著《臨證指南醫(yī)案》收錄的89類醫(yī)案中涉及鮮藥的多達79類,可謂推崇備至[12]。在《中華本草》收載的4 000余種鮮藥中,以“搗汁”“絞汁”作為入藥前處理工序的約占85%,且主要為外用,這是區(qū)別于干藥的特色加工和使用方法[13];臨床上,鮮藥善治急表熱證,在內(nèi)外科、皮膚科、婦科等涉及的癰疽、諸毒、潰瘍等各類感染創(chuàng)面的局部治療方面應(yīng)用廣泛,約占60%[14]。由此可見,鮮藥取汁外用于治療創(chuàng)面感染是其優(yōu)勢使用場景之一。然而,目前中藥研究多以干燥飲片為對象,鮮藥研究較少,忽略了中藥不同取材的差異;研究過程中,僅關(guān)注中藥的成分與藥理機制,未對應(yīng)其臨床優(yōu)勢病種,致使鮮藥外用研究不足;而忽視鮮藥傳統(tǒng)用法,采用有機溶劑等提取方法分離有效部位,則破壞了鮮藥的應(yīng)用基礎(chǔ)。上述種種,反映出目前中藥研究重品種而輕場景和用法的普遍現(xiàn)象,導(dǎo)致中藥外用的對象和用法場景錯配,很難正確詮釋鮮藥外用的優(yōu)勢。

1.2 忽視了中藥外用中成分間的互作關(guān)系

目前的中藥外治研究主要關(guān)注的是提取物或單成分施用后的轉(zhuǎn)化或效用,但很少關(guān)注成分間的互作關(guān)系,導(dǎo)致對中藥多成分復(fù)雜體系的解析能力和內(nèi)涵揭示比較薄弱。大量實驗證據(jù)顯示,中藥活性化合物的集合構(gòu)成了中藥起效的化學(xué)基礎(chǔ),而多成分互作形成的適宜存在形式和物相狀態(tài)是中藥起效的物理基礎(chǔ)[15]?；瘜W(xué)成分是中藥效用的來源和基礎(chǔ),多成分物理結(jié)構(gòu)是中藥起效的形式和途徑,拋開成分談結(jié)構(gòu)會變成無本之木、無源之水,而摒棄結(jié)構(gòu)談成分則很可能喪失舟楫而難以行船[4]。外用中藥成分間的相互作用不僅能形成獨特的聚集結(jié)構(gòu),還能發(fā)揮諸如透皮促滲、穴位刺激、經(jīng)絡(luò)傳感等協(xié)同效應(yīng)[16]。中醫(yī)歷來強調(diào)“整體觀”,但這并不意味著可以將中藥視為無關(guān)聯(lián)成分組成的物理學(xué)質(zhì)點。目前外用中藥的研究主要聚焦于小分子成分,對大分子的研究較少,且個別活性成分經(jīng)皮吸收不佳導(dǎo)致藥效不理想,與傳統(tǒng)用法療效相悖,這與忽視多成分的相互作用不無關(guān)系。因此將成分間相互作用的規(guī)律及其與功能的關(guān)聯(lián)性研究清楚,對闡明方劑配伍規(guī)律和指導(dǎo)制劑設(shè)計等都有現(xiàn)實意義。陳軍課題組[17]從中藥揮發(fā)油促滲角度研究成分間的作用規(guī)律,發(fā)現(xiàn)高良姜、干姜等5味辛熱中藥的揮發(fā)油中倍半萜類成分(β-石竹烯、α-衣蘭油烯、吉馬烯等)的質(zhì)量分數(shù)高于防風(fēng)等10味辛溫中藥,且外用給藥時更傾向于滯留在皮內(nèi),可能是決定揮發(fā)油透皮促滲能力的關(guān)鍵成分。Wei等[18]曾研究發(fā)現(xiàn)β-石竹烯和氧化石竹烯可以與多種動物的冷敏感通道蛋白TRPM8結(jié)合,從而抑制機體對低溫的敏感性,這為揭示中藥藥性的科學(xué)內(nèi)涵提供了思路。

1.3 束縛了外用中藥作用途徑和機制研究的思路方法

自20世紀初保羅·埃爾利希(Paul Ehrlich)提出“受體”概念和“鎖鑰”學(xué)說以來,基于“分子-靶標”理論的藥物作用和研究模式成為業(yè)界主流共識。經(jīng)過百余年的發(fā)展,大量中藥成分的作用靶點被發(fā)現(xiàn)。然而,在實踐中也發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的“分子-靶點”模式并不能解釋和解決中藥的所有問題。例如,很多中藥并未從分子層次發(fā)現(xiàn)與其活性相稱的藥效物質(zhì);很多成分與活性響應(yīng)之間不滿足經(jīng)典的量效關(guān)系;基于疾病相關(guān)靶點篩選或網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法并未發(fā)現(xiàn)太多高特異性、強結(jié)合的中藥成分,這從新藥開發(fā)難度上可見一斑。誠然,這些問題可以通過“成分疊加效應(yīng)”學(xué)說予以一定程度解釋[19],不過在“分子-靶標”直接作用模式之外的思考和探索是必要的。特別是中藥外用如何發(fā)揮全身調(diào)控作用,是否都需要通過入血起效,仍有待探明。近年來涌現(xiàn)出的一些實驗證據(jù)提示,中藥研究或許存在不同于現(xiàn)有認識觀和方法論架構(gòu)下的新研究維度[20-21]。

2 基于結(jié)構(gòu)中藥學(xué)思維的研究方法及其在中藥外用中的應(yīng)用

結(jié)構(gòu)中藥學(xué)是在辨析了中藥活性關(guān)聯(lián)物質(zhì)存在化學(xué)成分和物理結(jié)構(gòu)雙重屬性的基礎(chǔ)上,聚焦于中藥聚集態(tài)結(jié)構(gòu)形成與藥效間關(guān)系的新興研究方向[4]。該方向不單以化學(xué)分子為對象,而是以特定施用場景下中藥的真實組成和聚集態(tài)為切入點,解析其化學(xué)物理特征和形成規(guī)律,闡明物質(zhì)與功能的傳遞過程,旨在比較完整地揭示中藥“化學(xué)成分-物理結(jié)構(gòu)-多維藥效”的內(nèi)在關(guān)系。與經(jīng)典的“分子-靶標”研究模式相比,結(jié)構(gòu)中藥學(xué)關(guān)注的對象具有跨尺度、異質(zhì)化和多效應(yīng)特征。結(jié)構(gòu)中藥學(xué)的認識觀和方法論可以拓展中藥分子層次研究的邊界,填補缺失的中藥物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),有利于解決因單純研究有限化學(xué)成分所產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)不明、機制欠清、體內(nèi)外不相關(guān)等中藥學(xué)歷史積弊,對包括中藥外用在內(nèi)的中藥學(xué)各領(lǐng)域研究都有一定的參考意義。

2.1 外用中藥跨尺度藥效物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)

屠呦呦先生從中醫(yī)典籍“絞取汁”用法中汲取靈感,采用低溫冷萃法提取到青蒿素,為全球攻克瘧疾作出卓越貢獻。但另一方面,青蒿素水溶性差、生物利用度低的問題表明取汁用法的奧秘仍有待進一步探究。在結(jié)構(gòu)中藥學(xué)思維引導(dǎo)下,遵從鮮中藥絞汁用法的現(xiàn)實場景,可以從鮮榨汁液中分離到納米級囊泡[22]。它們是由脂質(zhì)、蛋白、核酸及小分子等構(gòu)成的膜結(jié)構(gòu)聚集體,能很好地保留原藥材的組成和功能,在治療創(chuàng)面、腸炎、腫瘤、肝肺損傷等方面效果顯著,且優(yōu)于已報道的單一活性成分,是鮮藥起效的新藥效物質(zhì)形式[23]。更重要的是,這些介觀尺度的脂質(zhì)囊泡具有出色的跨膜轉(zhuǎn)運能力,能快速被機體吸收[24]。此外,Chen等[25-26]還報道了囊泡活性miRNA的耐熱性和耐胃腸道降解性,揭示了經(jīng)SIDT1蛋白介導(dǎo)入胞的體內(nèi)轉(zhuǎn)運路徑,較完整地詮釋了古人鮮藥絞汁用法的優(yōu)勢和科學(xué)內(nèi)涵,對外用制劑的設(shè)計也有啟發(fā)作用。

中藥炭藥是中醫(yī)用藥的一大特色,可內(nèi)服可外用,具有收斂、止血、止瀉等作用[27]。傳統(tǒng)炭藥的研究主要關(guān)注小分子成分炮制前后的變化,但大多缺乏共性規(guī)律和可靠的因果關(guān)系。近年來發(fā)現(xiàn)包括黃柏、荊芥、貫眾和血余在內(nèi)的數(shù)十種中藥經(jīng)炭化后均含有<100 nm的碳點,其晶格排列較規(guī)則整齊且藥效顯著,可能是炭藥的共性藥效物質(zhì)[27]。此外,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)中藥中廣泛存在的綠原酸在高溫處理后會自發(fā)形成一種性質(zhì)穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu),可通過生物催化反應(yīng)促進腫瘤細胞發(fā)生鐵死亡,進而發(fā)揮抗腫瘤及激活腫瘤免疫微環(huán)境的作用[28]。Liu等[29]研究了納米生物炭的形成過程和結(jié)構(gòu)特征,為揭示炭藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)提供了新思路。但是目前關(guān)于不同中藥炭化后的個性特征如何體現(xiàn)尚缺乏明確的證據(jù)。

以上研究均是在中藥非分子層次發(fā)現(xiàn)的活性實體,也不能通過簡單的增溶、促滲原理予以解釋,是結(jié)構(gòu)中藥學(xué)研究的范疇,其思路方法可為外用中藥研究所借鑒。

2.2 多維作用途徑和機制的研究

在材料學(xué)領(lǐng)域,跨尺度的研究對象具有獨特的表界面性質(zhì),例如不同尺寸的納米碳材料能誘導(dǎo)不同程度的蛋白組裝進而影響宏觀效應(yīng)[30]。在中藥聚集體研究領(lǐng)域也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象。Li等[2]研究了黃連解毒湯中主要成分小檗堿與黃芩苷、漢黃芩苷的相互作用行為,證明二者可分別組裝形成納米粒和納米纖維,并且2種構(gòu)象在抗菌活性方面表現(xiàn)出明顯差異,納米粒的活性強于小檗堿,而納米纖維的活性則比小檗堿弱。類似現(xiàn)象在其他多成分組裝體系中也有報道[31],表明中藥多分散體系中的分子、團簇、微納米聚集體等不同物態(tài)形式均可能產(chǎn)生不同的效應(yīng)輸出,這是導(dǎo)致經(jīng)典量效曲線偏移的重要因素,驗證了結(jié)構(gòu)中藥學(xué)研究的必要性。同時提示,當中藥外用時需要關(guān)注不同成分間的組裝行為及其聚集形式,在中藥配伍、加工和制劑等環(huán)節(jié)應(yīng)加強對晶型、團簇等在內(nèi)的各類凝聚態(tài)類型開展監(jiān)測和控制,以提高中藥質(zhì)控和新藥創(chuàng)制的科學(xué)性。

近年來,在生物界內(nèi)部和跨界調(diào)控領(lǐng)域涌現(xiàn)出很多不同于傳統(tǒng)起效途徑的新機制,值得為中藥外用研究所借鑒。RNA依賴性RNA聚合酶(RDR)在植物中對小RNA介導(dǎo)的免疫反應(yīng)至關(guān)重要,但在脊椎動物中不存在。有研究人員將來自植物的RDR1蛋白成功表達在哺乳動物細胞中,顯著抑制了10種不同癌細胞系的細胞增殖,但未影響5種非癌細胞系[32]。這體現(xiàn)了系統(tǒng)間跨界調(diào)控的新作用模式,為同樣來源于植物的草藥外用于人體的起效方式提供了啟發(fā)。

除了直接作用于效應(yīng)靶位,有學(xué)者發(fā)現(xiàn)磷脂酸可通過作用于遠端附睪白色脂肪組織,誘導(dǎo)衍生的IL-6分泌以對抗對乙酰氨基酚誘導(dǎo)的肝損傷,而對原發(fā)病部位——肝臟無影響[33];無獨有偶,最近的一項研究表明,EP2抑制劑通過阻斷外周血髓細胞EP2受體而改善腦認知障礙,但抑制劑本身并沒有穿越血腦屏障的能力[34]。類似的,基于腸道菌代謝物、細胞因子、外泌體等中間媒介的間接起效方式在很多中藥的調(diào)控方式中也有報道[21,35]。苗明三團隊[36]認為皮膚是外周的神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫器官,與中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有相同的神經(jīng)外胚層來源;中藥外用可通過局部微作用、微刺激、微吸收方式,舒達體表與體內(nèi)聯(lián)通的中樞神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫網(wǎng)絡(luò),達到燮理調(diào)平的治療效果。該“體表機制”學(xué)說與吳尚先的思想基本一致,也是一種遠程間接的調(diào)控模式,這就為外用中藥的起效機制研究提供了新的思路。

3 結(jié)語

中醫(yī)藥歷數(shù)千年而賡續(xù)至今,對它的認識和研究也鐫刻著時代的烙印。現(xiàn)代化學(xué)與生物學(xué)的發(fā)展將中藥從樸素抽象的言語描述帶入清晰明確的分子世界;而隨著生物藥的興起,主流的小分子藥物單極格局正在被大分子和介觀尺度的活性物質(zhì)所打破,納米藥物、抗體偶聯(lián)藥物以及CAR-T為代表的活細胞藥物不斷刷新著傳統(tǒng)藥物的邊界。即使是小分子藥物領(lǐng)域,多分子組合的雞尾酒療法已被發(fā)現(xiàn)具有多重優(yōu)勢。例如抑制同一致癌途徑的3種或4種抑制劑聯(lián)用時,只需20%單藥劑量就能完全阻斷腫瘤細胞增殖,且不會產(chǎn)生耐藥性和毒性[37];而另一研究使用3種小分子藥物共同作用可將小鼠多能干細胞誘導(dǎo)成具有全能特性的干細胞[38]。

梳理藥物的衍化規(guī)律不難看出,藥物研發(fā)正在朝多成分、跨尺度、多途徑方向發(fā)展,這與傳統(tǒng)中藥的作用特點不謀而合,特別是與結(jié)構(gòu)中藥學(xué)統(tǒng)轄的研究維度高度契合。就像音樂遠非音符的組合,文學(xué)不止于文字的組合,有著千年積淀的中藥也必然是有著超越化學(xué)成分組合的更深層次奧秘,需要研究者不斷挖掘和探索。正如過去數(shù)十年在小分子化學(xué)維度的深耕細作夯實了中藥的化學(xué)基礎(chǔ),結(jié)構(gòu)中藥學(xué)的研究思路將豐富中藥多成分互作的物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及其關(guān)聯(lián)作用機制,對更好地揭示包括外用中藥在內(nèi)的中藥科學(xué)內(nèi)涵、促進中藥現(xiàn)代化都有較廣泛的參考價值。