高品質(zhì)道地藥材的科學(xué)內(nèi)涵

孟祥才，鄧代千，杜虹韋，關(guān) 瑜

1.黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040

2.黑龍江省中醫(yī)藥科學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150036

道地藥材是以產(chǎn)地為特征的優(yōu)質(zhì)藥材代名詞，是集地理、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)、文化概念于一身，在自然或人文的作用下，以適宜的環(huán)境、優(yōu)良的種質(zhì)或成熟的生產(chǎn)技術(shù)和加工方法為前提，在一定的生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)所生產(chǎn)的能夠長期地穩(wěn)定地影響市場(chǎng)需求，并經(jīng)臨床或現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)驗(yàn)證的優(yōu)質(zhì)常用中藥材[1]，歷史上道地藥材產(chǎn)區(qū)的形成基本上是遵循“優(yōu)勝劣汰、擇優(yōu)而立、道地自成”的規(guī)律而形成[2]，因此道地藥材的質(zhì)量是經(jīng)過實(shí)踐證明的優(yōu)質(zhì)藥材。肖小河等[2]將道地中藥材的成因分為生境主導(dǎo)型、種質(zhì)主導(dǎo)型、資源主導(dǎo)型、技術(shù)主導(dǎo)型、傳媒主導(dǎo)型以及多因子關(guān)聯(lián)決定型等6 種模式，而建國后我國社會(huì)經(jīng)歷了翻天覆地的變化，野生資源破壞嚴(yán)重、栽培成為商品的主要來源、藥材生產(chǎn)技術(shù)和加工體系不斷完善、很多道地產(chǎn)區(qū)發(fā)生了變遷[3]，道地藥材的概念也急需規(guī)范使用[4]。

中藥材來源于植物、動(dòng)物和礦物，動(dòng)物可通過移動(dòng)尋找適宜的生長環(huán)境，因此環(huán)境對(duì)其代謝影響不大，不同環(huán)境或產(chǎn)地的動(dòng)物藥質(zhì)量差異很小[5]。植物不能移動(dòng)，常常面臨各種逆境脅迫，在長期進(jìn)化中形成了適應(yīng)逆境的特有機(jī)制，即次生代謝，而次生代謝產(chǎn)物也通常是中藥的活性成分。建國前藥材基本來源于野生，目前栽培藥材已成為商品的主流，良好的栽培環(huán)境也導(dǎo)致很多種道地性明顯的藥材質(zhì)量下降，“藥要搞不好，醫(yī)也好不了”，中藥質(zhì)量問題引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。然而，目前環(huán)境如何影響藥材質(zhì)量、如何提高栽培中藥材質(zhì)量、如何評(píng)價(jià)道地藥材質(zhì)量等問題一直是中藥資源關(guān)注的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)。植物藥是藥材的主體，其活性成分是植物在生長發(fā)育過程中，在逆境環(huán)境作用下合成積累的。因此，只有從植物生理生態(tài)領(lǐng)域才能夠闡明藥材質(zhì)量科學(xué)的內(nèi)涵，解決這些問題。

1 種質(zhì)對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

1.1 物種內(nèi)遺傳差異

現(xiàn)代生命科學(xué)的3 大基石是細(xì)胞學(xué)說、進(jìn)化論和遺傳學(xué)，其中達(dá)爾文的《物種起源》明確了物種的形成和發(fā)展，用“變”的理論說明了世上形形色色的物種之間的關(guān)系、物種與環(huán)境的關(guān)系，對(duì)生命科學(xué)的發(fā)展指明了研究方向。根據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論，物種不斷發(fā)生變異，當(dāng)變異積累到一定程度后，形成不同的變種，進(jìn)一步積累則形成新的物種，因此種內(nèi)也存在遺傳差異，而且變異也是很大的。遺傳與變異是生物界存在的普遍現(xiàn)象，它們之間既是對(duì)立又是統(tǒng)一的關(guān)系。遺傳是定向的，是物種內(nèi)共性特點(diǎn)，變異是不定向的，是物種個(gè)體之間形態(tài)、生理、生化以及行為、習(xí)性等各方面多維度的變異。無論哪一維度的變異，既有有益的，也有有害的，更多的是中性的。然而這些變異的利與弊也是相對(duì)而言的。以抗旱性為例，假如某一物種的個(gè)體能夠大量合成次生代謝產(chǎn)物黃酮類成分，產(chǎn)生了有利于抵御干旱的可遺傳變異，如果該個(gè)體在干旱地區(qū)，那么該個(gè)體就能很好生存，不耐旱的個(gè)體被自然所淘汰，經(jīng)過自然選擇抗干旱的個(gè)體數(shù)量越來越多，這一有益基因必然會(huì)得以保留；如果該個(gè)體在多雨的濕潤地區(qū)，這一變異對(duì)其生存則毫無意義，甚至次生代謝產(chǎn)物的大量合成也會(huì)消耗了大量的能量和營養(yǎng)物質(zhì)，反而影響其生存競(jìng)爭(zhēng)，最終也會(huì)通過自然選擇反而被淘汰。變異的“棄”與“留”完全取決于所處的自然環(huán)境，根據(jù)不同的環(huán)境，“優(yōu)勝劣汰，適者生存”，因此不同環(huán)境或地域同一物種在遺傳上也會(huì)有較大差異，保留的變異也是環(huán)境決定的。我國古代本草對(duì)道地藥材有精辟的論述，唐代的《新修本草》：“離其本土，其質(zhì)同而效異”，孫思邈所著的《千金翼方》也特別強(qiáng)調(diào)“用藥必依土地”，均強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)地對(duì)藥材質(zhì)量的影響，然而古代藥材基本來源于野生，環(huán)境與種質(zhì)是自然條件下形成的一對(duì)固有組合，并非孤立存在，因此對(duì)于野生藥材來說，產(chǎn)地對(duì)質(zhì)量的影響并非僅僅是環(huán)境，其中種質(zhì)也是其中的主要因素。通過分子生物學(xué)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，采用ITS2 條形碼探討不同產(chǎn)地桔梗的遺傳多樣性，試驗(yàn)所用全部樣本的K2P 遺傳距離為0～0.930，桔梗種內(nèi)遺傳變異程度巨大，且與其地理位置顯著相關(guān)[6]。采用ISSR 分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)廣東省8 個(gè)居群的對(duì)149 個(gè)巴戟天樣本進(jìn)行遺傳多樣性分析，多態(tài)性比率為92.50%[7]等，例子很多，不同產(chǎn)地或居群同一物種的遺傳上的差異也會(huì)導(dǎo)致生物學(xué)特性不同。

1.2 種內(nèi)遺傳差異對(duì)藥材質(zhì)量的影響

物種內(nèi)的遺傳差異自然也包括決定活性成分的遺傳物質(zhì)，對(duì)藥材質(zhì)量也會(huì)具有顯著性的影響。赤芍和白芍均來源于芍藥Paeonia lactifloraPall 的根，雖然加工方法是導(dǎo)致藥材質(zhì)量差異的主要原因，但白芍應(yīng)是芍藥的一個(gè)品種，種質(zhì)也是決定白芍與赤芍功效差異的決定性因素[6]；不同產(chǎn)地種源的青蒿種質(zhì)在相同環(huán)境種植后，來自華南地區(qū)種源青蒿中青蒿素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.3～3.8 mg/g，青蒿乙素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.09～0.38 mg/g，而來自黑龍江種源的含量分別為0.10、1.09 mg/g，2 類成分含量相差顯著[7]。RAPD 分析顯示當(dāng)歸的地理分布距離越小，遺傳差異越??；反之，越大[8]。采用RAPD 分析6個(gè)地區(qū)11 個(gè)連翹地方栽培品系的親緣關(guān)系，DNA分子多樣性差異與化學(xué)指標(biāo)成分含量具有相關(guān)性，說明連翹的種質(zhì)對(duì)化學(xué)指標(biāo)成分的形成和積累有顯著的影響[9]。選擇20 個(gè)隨機(jī)引物對(duì)47 株蒼術(shù)分析，來源于2 個(gè)亞居群的11 個(gè)蒼術(shù)道地藥材聚為一類，而非道地蒼術(shù)個(gè)體各自聚為一類，蒼術(shù)遺傳分化和地理變異越明顯，藥材道地性越明顯[10]。這些例子說明不同產(chǎn)地種源就是不同的生態(tài)型，種內(nèi)遺傳物質(zhì)的差異也必然影響著藥材的質(zhì)量。

1.3 種質(zhì)對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

沒有良好的合成藥效成分的生物基因及良好的表達(dá)系統(tǒng)，不可能產(chǎn)生大量的藥效成分，因此優(yōu)質(zhì)道地藥材是以特化的種質(zhì)為前提，特化的種質(zhì)是決定藥材質(zhì)量的生物學(xué)基礎(chǔ)。目前對(duì)種質(zhì)與藥材質(zhì)量的關(guān)系缺少足夠的認(rèn)識(shí)，首先表現(xiàn)在：①藥材質(zhì)量僅僅以物種的水平明確藥材基原，在栽培生產(chǎn)中往往忽略能夠體現(xiàn)優(yōu)質(zhì)藥材的生態(tài)型、品種。②道地藥材的核心是藥材，是優(yōu)質(zhì)的藥材而不是基原植物。種內(nèi)存在一定的差異，種間差異更大，因此只有某一特定物種，甚至特定的類型（生態(tài)型、品種等）才可能生產(chǎn)出最優(yōu)質(zhì)藥材，而其他基原植物所產(chǎn)出的藥材不能成為道地藥材，如滇龍膽、脹果甘草等?！吨袊幍洹?953 年版規(guī)定甘草藥材來源于甘草屬各種植物，目前《中國藥典》2020 年版僅為3 種甘草，然而這3 種活性成分含量差異也很大，大樣本分析顯示烏拉爾甘草Glycyrrhiza uralensisFisch.的黃酮類成分比光果甘草G.glabraL.含量高24.76%～289.25%，比脹果甘草G.inflataBat.含量高450.00%以上，而三萜類成分（甘草酸）光果甘草含量最高，是脹果甘草含量的2 倍[11]。因此，多基原藥材并不意味各基原藥材藥效一致，多基原是解決資源緊缺、便于就地取材的歷史的產(chǎn)物，不利于優(yōu)質(zhì)藥材的生產(chǎn)，也不符合未來藥材發(fā)展趨勢(shì)，有些物種生產(chǎn)出的藥材不能成為道地藥材[3]。

2 環(huán)境對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

2.1 環(huán)境提高藥材質(zhì)量的理論基礎(chǔ)

環(huán)境是植物賴以生存所必需的自然條件和自然資源的總稱，包括光照、溫度、水份、土壤、生物等自然因素的總和，不同產(chǎn)地、不同栽培措施或技術(shù)、不同地勢(shì)等都會(huì)使植物處于不同環(huán)境中，不利的境遇則是逆境。植物面臨的逆境是經(jīng)常性的，每日不同時(shí)間點(diǎn)都會(huì)出現(xiàn)或面臨不同程度的逆境。

2.1.1 逆境對(duì)植物傷害的本質(zhì)是活性氧 環(huán)境影響藥材質(zhì)量是已經(jīng)公認(rèn)的事實(shí)，而且已經(jīng)明確逆境條件下通常藥材質(zhì)量較優(yōu)。逆境會(huì)影響植物的正常代謝，對(duì)植物產(chǎn)生傷害，毋庸置疑，而評(píng)價(jià)植物在逆境條件下的生理變化金指標(biāo)是超氧化歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、過氧化物酶（peroxidase，POD）等抗氧化酶活性的變化，對(duì)植物傷害的評(píng)價(jià)的金指標(biāo)是丙二醛（malondialdehyde，MDA）?？寡趸傅纳碜饔镁褪窍钚匝酰琈DA 就是活性氧對(duì)傷害生物膜的產(chǎn)物，它們都與活性氧有關(guān)系，甚至是唇齒相依的關(guān)系，而活性氧是根源。因此，逆境傷害的基本物質(zhì)就是活性氧。

植物不能移動(dòng)，不可避免面臨高溫、干旱等等各種脅迫，干擾正常的生理代謝。植物光合作用是通過吸收光能、電子傳遞、光合磷酸化、碳同化等過程把CO2和H2O 合成富能有機(jī)物，同時(shí)釋放O2的過程。在代謝過程中積累的O2很容易被還原成化學(xué)性質(zhì)極其活潑的超氧負(fù)離子（即Mehler 反應(yīng)）[12]，然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為H2O2等其他種類的活性氧。植物細(xì)胞的細(xì)胞膜、線粒體、葉綠體、過氧化酶體等均可產(chǎn)生活性氧，NADPH 氧化酶和黃素脫氫酶等是產(chǎn)生活性氧的主要酶類。而作為生命活動(dòng)的最基本物質(zhì)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通過不穩(wěn)定的離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵維持，很容易受到活性氧的破壞而降低活性，從而影響正常的生命活動(dòng)?；钚匝醯淖饔镁哂须p重性，低濃度活性氧能在細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑中作為第二信使，調(diào)節(jié)激素水平或應(yīng)答環(huán)境脅迫等多種反應(yīng)，是有益的，但逆境條件下活性氧含量急劇升高，以致引發(fā)的大量積累[13]，超氧負(fù)離子可增加3 倍，H2O2增加20倍[14]，高濃度的活性氧可引起膜脂過氧化、破壞蛋白質(zhì)、損傷核酸，活性氧“利”與“害”的雙重作用完全取決于其產(chǎn)生和消除之間的精妙平衡。

2.1.2 次生代謝產(chǎn)物是逆境條件下消除活性氧的主要物質(zhì) 植物不能通過移動(dòng)尋找適宜的環(huán)境進(jìn)行生存，所以經(jīng)常面臨各種嚴(yán)重的高溫、干旱等環(huán)境脅迫。植物對(duì)逆境條件具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，這種能力是通過漫長歷史過程中進(jìn)化出的活性氧消除機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。植物細(xì)胞消除活性氧的途徑有多種，其中抗氧化酶和次生代謝途徑是最主要的。

生物在長期的進(jìn)化歷程中進(jìn)化出了SOD、CAT和POD 等特有酶類成分消除活性氧，這些酶雖然也是蛋白質(zhì)，但是相對(duì)穩(wěn)定，特別是POD。POD是一種糖蛋白，由于含有大量的糖類維持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，因此具有較強(qiáng)的抗活性氧能力，只有在逆境來臨時(shí)才大量合成和提高活性，因此也被稱為“逆境酶”[15]。但是，大量研究顯示在嚴(yán)重脅迫條件下，產(chǎn)生的活性氧較多，各種抗氧化酶活性均下降，因此植物僅僅依靠抗氧化酶難以適應(yīng)嚴(yán)重的逆境條件。植物能夠在惡劣環(huán)境條件下生存的一個(gè)重要原因就是進(jìn)化出了動(dòng)物所不具備的次生代謝系統(tǒng)，通過次生代謝產(chǎn)物消除過多的活性氧。次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)學(xué)意義就是通過生物競(jìng)爭(zhēng)（化感）、防御動(dòng)物和微生物的侵害、穩(wěn)定細(xì)胞內(nèi)環(huán)境、保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)等多種途徑適應(yīng)環(huán)境[16]。調(diào)控次生代謝、提高藥材質(zhì)量的根源就是活性氧，活性氧可從源頭上調(diào)節(jié)次生代謝，是環(huán)境因子影響藥材質(zhì)量的媒介物質(zhì)[17]。

植物的次生代謝產(chǎn)物主要分為苯丙烷類及其衍生物（黃酮類等）、萜類（皂苷類等）、生物堿類等3 個(gè)主要類型，它們可通過多種方式在適應(yīng)環(huán)境方面發(fā)揮重要的作用，其中消除細(xì)胞內(nèi)活性氧是其中主要途徑。苯丙烷類及其衍生物的主要活性基團(tuán)為分子環(huán)上的-OH、-OCH3、-O-R、異戊烯氧基等取代基，能夠清除自由基和吸收紫外線[18]。黃酮類化合物是典型的苯丙烷類及其衍生物，其A 與B 環(huán)上-OH 的數(shù)量直接影響分子的活性，-OH 可與自由基反應(yīng)生成較穩(wěn)定的半醌式自由基，終止自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。雖然-OCH3、-O-R、異戊烯氧基等直接消除活性氧自由基的能力較弱，但是它們?cè)谀婢趁窹OD 的作用下仍可發(fā)揮強(qiáng)大的消除作用。皂苷具有雙親性，既含有親水性的頭部（糖類成分），又含有疏水性的尾部（三萜類成分等）。三萜類物質(zhì)能夠容易整合到磷脂雙分子層中，調(diào)節(jié)維持細(xì)胞膜的流動(dòng)性和整體性[19]。親水部分的葡萄糖醛酸或葡萄糖，電子密度較高，H2O2等活性氧具有較高的電子密度，電子間排斥使活性氧難以接近生物膜或酶，可削弱脂質(zhì)過氧化[20]。生物堿是一類含氮的堿性復(fù)雜的雜環(huán)狀結(jié)構(gòu)，能夠抑制、阻斷或毒殺植食動(dòng)物、病毒、細(xì)菌或真菌等病原微生物。某些植物的生物堿合成代謝可對(duì)外界非生物脅迫產(chǎn)生響應(yīng)，抑制膜脂質(zhì)過氧化作用，具有膜穩(wěn)定性作用，增加對(duì)逆境的適應(yīng)能力，其可能途徑是通過做POD底物消除活性氧來實(shí)現(xiàn)的。

2.2 次生代謝成分含量受環(huán)境誘導(dǎo)

植物通過光合作用把CO2和H2O 合成有機(jī)物，很多中間產(chǎn)物鍵能較小，很不穩(wěn)定，其生物合成也需要NADPH2，消耗大量的能量，并且次生代謝產(chǎn)物的生物合成也需要大量物質(zhì)，而因此次生代謝產(chǎn)物的生物合成必然影響植物的生長。根據(jù)達(dá)爾文進(jìn)化論，在正常條件下大量合成次生代謝產(chǎn)物必然不利于植物生存競(jìng)爭(zhēng)，而植物在長期進(jìn)化過程中形成了一種特有的策略，避免了能量和物質(zhì)的無謂消耗，即只有在需要時(shí)才通過誘導(dǎo)而大量合成，逆境產(chǎn)生活性氧→活性氧誘導(dǎo)出抗氧化物質(zhì)（抗氧化酶和次生代謝產(chǎn)物等）→抗氧化物質(zhì)消除活性氧。

2.3 環(huán)境對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

環(huán)境是指令，環(huán)境通過活性氧操控次生代謝變化，是決定高品質(zhì)道地藥材的決定性因素。目前環(huán)境對(duì)藥材質(zhì)量影響存在以下幾個(gè)誤區(qū)：（1）道地產(chǎn)區(qū)的藥材均為優(yōu)質(zhì)藥材。以篇名“不同產(chǎn)地”為檢索詞，在CNKI 分類目錄“中藥學(xué)”項(xiàng)下可檢索到4400 余篇不同產(chǎn)地藥材質(zhì)量的文章，其中對(duì)于同種藥材的研究也很多，但得出的結(jié)論差異很大，甚至相互矛盾，其主要原因是同一產(chǎn)地的環(huán)境差異也是很大的。對(duì)于道地藥材也是如此。道地產(chǎn)區(qū)生態(tài)環(huán)境不穩(wěn)定、不均一，因此道地產(chǎn)區(qū)的藥材質(zhì)量未必均佳。（2）農(nóng)藥使用降低藥材的質(zhì)量。農(nóng)藥主要為殺菌劑、殺蟲劑和生長調(diào)節(jié)劑，殺菌劑和殺蟲劑往往對(duì)植物本身具有較好的安全性，因此通常不會(huì)對(duì)代謝產(chǎn)生較大的影響，即便有影響也是短期的，也不會(huì)嚴(yán)重影響藥材質(zhì)量。生長調(diào)節(jié)劑等的確能夠調(diào)節(jié)代謝，除氯吡脲、赤霉素等個(gè)別促進(jìn)生長的調(diào)節(jié)劑外，目前也幾乎未有農(nóng)藥影響藥材藥效或活性成分含量的報(bào)道，其并非影響藥效的原因。但對(duì)中藥使用的安全性有待探討。（3）化肥是導(dǎo)致藥材質(zhì)量下降的主要原因。氮、磷、鉀等大量元素影響植物代謝，微量元素也影響酶的活性，也會(huì)對(duì)藥材質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，但這種影響不大，甚至有些具有促進(jìn)作用，并非使用化學(xué)農(nóng)藥就降低藥材質(zhì)量。

3 采收、加工對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

中藥多數(shù)來源于鮮活的生命體，含水量較高，不利于保存，干燥是藥材便于臨床使用的前提條件。藥材在加工過程中常發(fā)生水解、氧化、生物轉(zhuǎn)化、揮發(fā)散失或者其它原因?qū)е禄瘜W(xué)成分散失、轉(zhuǎn)化等[21]。從理論上講，通過加工提高藥材質(zhì)量的途徑有2 個(gè)：一是防止活性成分分解，二是加工過程中提高藥材的活性成分含量。因此，中藥材采收加工環(huán)節(jié)也是影響道地藥材質(zhì)量的因素，絕不僅僅是為了藥材長久保存的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.1 采收加工提高藥材質(zhì)量的理論基礎(chǔ)

3.1.1 植物細(xì)胞完整的次生代謝系統(tǒng) 動(dòng)物能夠移動(dòng)，通過神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)支配生物體適應(yīng)各種環(huán)境，這也導(dǎo)致不同器官細(xì)胞高度特化，通過特化的細(xì)胞行使專一的功能而提高某種機(jī)能的效率，而植物細(xì)胞往往具有全能性，細(xì)胞構(gòu)成的組織基本含有全部次生代謝系統(tǒng)，在離體的情況下仍能夠進(jìn)行正常的生命活動(dòng)。如采用扦插和組織培養(yǎng)繁殖新個(gè)體、通過培養(yǎng)懸浮細(xì)胞獲取藥材中各種活性成分等等，而這種手段在動(dòng)物（特別是高等動(dòng)物）中難以實(shí)現(xiàn)。

3.1.2 次生代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境變化的敏感 植物次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)作用主要是增強(qiáng)適應(yīng)能力，植物在漫長的歷史中進(jìn)化出了只有在逆境條件下才生產(chǎn)大量次生代謝產(chǎn)物是植物競(jìng)爭(zhēng)的最佳策略，因此，短暫的生物脅迫也會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧，次生代謝也會(huì)迅速發(fā)生很大改變。細(xì)胞學(xué)研究證據(jù)表明，高溫處理金絲桃細(xì)胞10 min 內(nèi)就可誘發(fā)中金絲桃素的生物合成[22]；高溫處理白樺細(xì)胞2 d 就能使三萜成分提高35%以上[23]。藥材研究證據(jù)表明，黃芩藥材中的黃芩苷和黃芩素含量具有日周期變化[24]；黃芩鮮根在干燥過程中含量不斷增加，黃芩苷的含量增加107.8%[25]；采用H2O2處理黃芩鮮根2 d，活性最高的黃芩素含量提高了100%[26]。丹參的水溶性活性成分丹酚酸B 在新鮮藥材中含量甚微，在干燥過程中大量形成[27]，所以次生代謝產(chǎn)物通常是受環(huán)境所誘導(dǎo)，隨環(huán)境的變化而變化。另外，藥材在堆放過程也會(huì)涉及次生代謝物的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程。因此，在短期內(nèi)干預(yù)可以提高藥材質(zhì)量。

3.2 加工過程可顯著提高藥材質(zhì)量

中藥的藥效成分較為復(fù)雜，有的通過加工促進(jìn)活性成分大量合成，有的通過加工防止原有成分分解。

通過活性氧對(duì)黃芩鮮根調(diào)控3～4 d，雖然黃芩苷和漢黃芩苷變化不大，但黃芩素的含量從0.28%升高到1.96%，漢黃芩素的含量從0.14%升高到1.24%，分別達(dá)到7 倍以上[28-29]。通過高溫逆境提高活性氧含量，7 d 內(nèi)防風(fēng)藥材主要活性成份升麻苷、升麻素、5-O-甲基維斯阿米醇苷的含量分別提高了57.2%、75.0%和85.0%，接近野生防風(fēng)[30]。采用Na2S2O4（超氧負(fù)離子的載體）、H2O2和高溫處理甘草鮮根，芹糖基甘草苷、芹糖基異甘草苷、甘草素、異甘草素的含量增加50%以上，特別是甘草素、異甘草素等活性很強(qiáng)的苷元含量提高500%以上[33]。并且證明藥材質(zhì)量明顯提高[31-32]。上述研究結(jié)果提高藥材活性成分含量的幅度之大鮮有報(bào)道，質(zhì)量基本達(dá)到或接近野生藥材，也證明采用活性氧可在短期內(nèi)提高藥材質(zhì)量，藥材質(zhì)量并非只在整個(gè)生長發(fā)育周期內(nèi)形成的。

傳統(tǒng)應(yīng)用的大多數(shù)鮮藥含揮發(fā)油、蛋白、多肽等物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)熱不穩(wěn)定[33]，這類藥材通過冷凍或低溫干燥可保持較高的活性成分。鮮活的生命體也含有大量的活性酶，在酶的作用下有些活性成分也會(huì)發(fā)生水解，殺青可顯著提高忍冬花蕾7 個(gè)主要活性成分總量[34]。殺青后陰干條件下下麻花艽中的龍膽苦苷及5 種成分總含量顯著高于自然曬干、自然陰干[35]。

3.3 采收、加工對(duì)藥材質(zhì)量影響的科學(xué)內(nèi)涵

植物細(xì)胞具有全能性，通常具有完整的次生代謝系統(tǒng)，通過加工環(huán)節(jié)對(duì)藥材部位實(shí)施逆境脅迫可顯著提高藥材質(zhì)量，即加工提高藥材質(zhì)量也是通過逆境效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。目前環(huán)境對(duì)藥材質(zhì)量影響存在以下幾個(gè)誤區(qū)：（1）傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為中藥材的質(zhì)量是植物在長期的生長發(fā)育過程中逐漸形成的，此論斷對(duì)于某些藥材有一定合理性，但經(jīng)查閱文獻(xiàn)，對(duì)于絕大多數(shù)藥材來說生長年限與藥材質(zhì)量并未呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)，因此生長年限對(duì)藥材質(zhì)量的影響并非十分明顯。植物的不同生長發(fā)育階段細(xì)胞的氧化平衡狀態(tài)有所不同，衰老的細(xì)胞一般也更易產(chǎn)生活性氧，的確會(huì)影響藥材質(zhì)量，但絕不是決定因素。（2）產(chǎn)地加工的目的是通過干燥保存藥材。以往加工對(duì)藥材質(zhì)量的影響的研究內(nèi)容基本局限于不同溫度、曬干、陰干等對(duì)藥材質(zhì)量的影響，而忽略了干燥過程中次生代謝產(chǎn)物合成作用，加工對(duì)藥材質(zhì)量的促進(jìn)作用未能得到發(fā)揮。

4 基于活性成分的道地藥材優(yōu)質(zhì)性的科學(xué)內(nèi)涵

4.1 藥材活性成分種類的復(fù)雜性

中藥材來源于動(dòng)物、植物和礦物，對(duì)于動(dòng)植物來說成分種類繁多。甘草分布我國北方干旱草原，道地性明顯，目前已從甘草中分離得到60 余種五環(huán)三萜類化合物及100 多種黃酮類化合物[36]，能夠檢測(cè)到的次生代謝種類多達(dá)151 種[37]。通過超高效液相色譜分析，在菘藍(lán)Isatis indigoticaFort.中共鑒定出447 種代謝物[38]，西洋參Panax quinquefoliumL.根部鑒定出128 種代謝物[39]，黃芩Scutellaria baicalensisGeorgi鑒定出132 種代謝物，這些化學(xué)成分基本都具有生理活性，采用其中某一種活性成分難以評(píng)價(jià)藥材質(zhì)量。

4.1.1 不同類別活性成分的復(fù)雜性 不同類別活性成分的活性差異很大，而很多藥材含有的種類又較多，如甘草和黃芪既含大量的三萜皂苷類成分又含大量的黃酮類成分，而且黃芪多糖類成分也有較高的活性。對(duì)20 批甘草藥材研究顯示，甘草中甘草酸與的甘草苷比值為1.7～30.3[40]，對(duì)28 批丹參分析顯示水溶性成分丹酚酸與脂溶性成分丹參酮IA含量的比值為3.8～43.5[41]，表明不同批次藥材的不同種類成分含量比例差異很大。黃酮類與皂苷類等不同類別活性成分的藥理作用存在較大差異，因此采用不同類別的活性成分的總含量難以客觀評(píng)價(jià)藥材質(zhì)量，某類活性成分的提高也難以發(fā)揮藥材的整體療效。

4.1.2 同類活性成分的復(fù)雜性 就同一類活性成分而言，即使它們的生理活性是相同或相似的，但藥效存在很大差異。次生代謝產(chǎn)物的酚羥基的數(shù)量和位置決定了黃酮類化合物的生物學(xué)效應(yīng)。事實(shí)證明，黃酮類成分中B環(huán)上羥基的數(shù)量直接影響活性，當(dāng)雙鍵引入C 環(huán)時(shí)，羥基的數(shù)量也明顯增加[42]；在A 環(huán)中的C-5 和C-7 位置的羥基以及B 環(huán)上的C-3＇、C-4＇和C-5＇位點(diǎn)都能明顯增加活性[43]；C-6 羥基也可以增加黃酮的活性。黃酮苷具有親水性糖類，很難通過磷脂雙層自由地滲透到生物膜和生物膜中，因此生物活性大大降低[44-45]，動(dòng)植物的生物膜是相同的，這意味著黃酮苷的作用微乎其微。其次是化學(xué)成分在人體內(nèi)的穩(wěn)定性。除直接作用與腸道和外用的中藥外，中藥的成分必須吸收入血后才能發(fā)揮作用[46]，因此在人體穩(wěn)定性較差的成分難以發(fā)揮作用。升麻苷和5-O-甲基維斯阿米醇苷是防風(fēng)藥材中含量最高的兩種色原酮類成分，但是口服正常劑量防風(fēng)后，血中無5-O-甲基維斯阿米醇苷和5-O-甲基維斯阿米醇[47]，口服與靜脈注射5-O-甲基維斯阿米醇苷藥效也甚微，原因是該成分在腸道和血中極不穩(wěn)定，很快分解[48-49]，而不同批次防風(fēng)藥材中升麻苷與5-O-甲基維斯阿米醇苷的比值為0.5～2.0[50]，而苷類對(duì)應(yīng)的苷元比例相差更大，因此，同一類別不同種類的次生代謝產(chǎn)物的藥效、生物利用度、穩(wěn)定性也會(huì)存在很大差異，也難以采用總量評(píng)價(jià)質(zhì)量，某一活性成分的提高也難以發(fā)揮藥材的整體療效。

-OCH3也是主要活性基團(tuán)，在連接含有π 鍵的時(shí)候，會(huì)形成p-π 共軛，使之成為供電子基團(tuán)。雖然在常規(guī)狀態(tài)下它的活性較弱，但在POD 酶的作用下，仍具有很好的活性。POD 是一種誘導(dǎo)酶，在逆境和代謝異常情況下活性顯著提高，從而可大大提高相應(yīng)活性成分的抗氧化作用。

4.1.3 藥效輔助成分 多糖類成分具有抗氧化、增強(qiáng)人體機(jī)體免疫力、抗腫瘤等活性，然而近些年研究發(fā)現(xiàn)，天麻多糖可顯著提高血中天麻素含量[51]；防風(fēng)色原酮單體給藥后，血中成分主要成分升麻素在8 h 內(nèi)全部消除，而加入多糖后，血中成分可保留24 h 以上，并且入血量增加了64%，可見多糖具有顯著的協(xié)同增效作用[52]。多糖典型藥理作用之一是抗氧化作用就是通過消除活性氧實(shí)現(xiàn)的，具有活性的多糖基本為酸性多糖，而活性多糖中葡萄糖醛酸的生物合成需要活性氧，形成活性的硫酸基團(tuán)的硫酸化酶基因在逆境條件下表達(dá)增強(qiáng)。因此，多糖成分含量也受逆境所調(diào)控。

4.2 活性成分含量及比例不穩(wěn)定性

植物在逆境脅迫時(shí)，ROS 升高。采用PEG-6000創(chuàng)造干旱條件，干旱促進(jìn)了防風(fēng)根部次生代謝物的生物合成和轉(zhuǎn)化，次級(jí)代謝途徑上游的亥茅酚、3＇-O-i-丁酰亥茅酚、3-O-乙酰亥茅酚、東莨菪素、異歐前胡素、珊瑚菜素、石防風(fēng)素、異紫花前胡內(nèi)酯、補(bǔ)骨脂素、5-hydroxy-8-methoxypsoralen、甲氧基-7-(3,3-二甲基烯丙氧基）香豆素、阿魏酸等化合物和其它苷類含量增加，相應(yīng)的升麻素、5-O-甲基維斯阿米醇等苷元含量增加[53]。苯丙氨酸解氨酶（PAL）是黃酮類成分生物合成的關(guān)鍵酶和限速酶，ROS 可以增加苯丙氨酸解氨酶的活性，通過模擬干旱和增加活性氧可增加活性氧含量，C-5 和C-7 2 個(gè)羥基化的白楊素被加入羥基或甲氧基，轉(zhuǎn)化為活性較強(qiáng)的黃芩素、去甲漢黃芩素、5,7-二羥基-6,8,2＇,3＇-四甲氧基黃酮，黃芩苷和漢黃芩苷等也發(fā)生水解，轉(zhuǎn)化為黃芩素和漢黃芩素，這些活性成分含有較多的-OH，活性很強(qiáng)；當(dāng)ROS 含量降低，多余的黃芩素或漢黃芩素在黃芩素7-O-葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶的作用下被轉(zhuǎn)化為活性較低的黃芩苷和漢黃芩苷，而且由于兩種苷類成分存在親水性葡萄糖醛酸，不能自由透過細(xì)胞膜，使黃酮類成分僅局限于細(xì)胞中的某一區(qū)域，難以發(fā)揮作用，導(dǎo)致抗氧化能力下降；一旦活性氧含量增加，又可迅速轉(zhuǎn)化為苷元，增強(qiáng)活性。此外，隨著活性氧含量的降低，黃酮類化合物的生物合成也有所下降。這些黃酮類化合物的生物合成和它們之間相互轉(zhuǎn)化，調(diào)整活性，猶如復(fù)雜的緩沖溶液精準(zhǔn)和快速地調(diào)節(jié)細(xì)胞的抗氧化能力，保持活性氧的平衡。這些植物藥的活性成分通常為植物次生代謝途徑的中間和上游產(chǎn)物，活性較強(qiáng)，這也很好地解釋了中藥成分復(fù)雜性的生物學(xué)本質(zhì)[54-55]。

中藥材活性成分比例的差異也影響療效和臨床使用，如人參和西洋參、龍膽與秦艽、枳實(shí)與枳殼、蒼術(shù)與白術(shù)等，它們的成分種類基本相同，主要是各成分間比例差異較大，以致導(dǎo)致臨床應(yīng)用也不同。在現(xiàn)實(shí)中，不同產(chǎn)地、不同批次的藥材的多種成分往往是此高彼低，某些成分提高也不能充分發(fā)揮某種藥材的應(yīng)有療效。如果該藥材各種活性成分均較高，療效也必然會(huì)很高，然而，優(yōu)質(zhì)的道地藥材正是體現(xiàn)這一特征。

4.3 道地藥材優(yōu)質(zhì)性的本質(zhì)特征

4.3.1 次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)作用與活性成分藥理作用機(jī)制通常是一致的 根據(jù)達(dá)爾文理論，物種的形成是從原始生命開始，經(jīng)歷了從單細(xì)胞到多細(xì)胞、從低等到高等、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從水生到陸生的進(jìn)化過程。動(dòng)物和植物具有共同的祖先，組成生命的細(xì)胞均有磷脂雙分子層構(gòu)成的細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、遺傳物質(zhì)均為DNA，生命活動(dòng)過程也是相同的，生命活動(dòng)都離不開酶、生命活動(dòng)均需復(fù)制-轉(zhuǎn)錄-翻譯等過程，新陳代謝的過程相同、適應(yīng)環(huán)境的抗氧化酶的種類也都相同，等等，因此動(dòng)物和植物基本的生命活動(dòng)的本質(zhì)是相同的。既然如此，次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)作用機(jī)理也應(yīng)是藥材活性成分發(fā)揮藥效作用機(jī)理，逆境條件下植物具有較高的適應(yīng)能力，該條件下化學(xué)成分也能展現(xiàn)最佳的藥效，即逆境條件下藥材的成分狀況一般能夠很好地反應(yīng)道地藥材的成分特征。

4.3.2 高品質(zhì)道地藥材化學(xué)成分特征 中藥材成分是復(fù)雜的，難以一種成分或幾種活性成分評(píng)價(jià)其質(zhì)量，但藥效的產(chǎn)生又必須以化學(xué)成分為基礎(chǔ)，根據(jù)優(yōu)質(zhì)藥材質(zhì)量形成的生態(tài)特點(diǎn)和次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)學(xué)作用，高品質(zhì)藥材的活性成分應(yīng)該具有以下特征。

首先，苷元類活性成分含量較高。細(xì)胞內(nèi)充滿生物膜組成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等，黃酮苷具有親水性糖類，很難通過磷脂雙層的生物膜，因此生物活性大大降低，而游離的黃酮類成分活性則很強(qiáng)。黃芩素缺少親水性的葡萄糖醛酸，可穿透生物膜，在細(xì)胞的各個(gè)部位發(fā)揮作用，其生物可利用約為黃芩苷的7 倍（計(jì)算而得）[44]，必然具有較高的藥理活性。

其次，含多活性基團(tuán)的活性成分含量增加?；钚猿煞值乃幮峭ㄟ^活潑的化學(xué)基團(tuán)實(shí)現(xiàn)的，化學(xué)性質(zhì)活潑物質(zhì)才具有較高的活性。藥材活性成分中最為常見的主要活性基團(tuán)為-OH，O 含有孤對(duì)電子p，使H-O之間的電子云向O 方向轉(zhuǎn)移，結(jié)果C-O 鍵更牢固，O-H 鍵更容易斷裂，展現(xiàn)較高的活性。黃芩素C-7 位置比相對(duì)應(yīng)的黃芩苷多含1 個(gè)-OH，抗菌活性則是黃芩苷的2～5 倍，抑制白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）轉(zhuǎn)換酶是黃芩苷1～3 倍[45]。漢黃芩苷較黃芩苷多1 個(gè)-OH，因此它的活性應(yīng)較高，而道地產(chǎn)區(qū)中恰恰表現(xiàn)出漢黃芩苷含量相對(duì)較高[56]。次生代謝合成途徑上游成分一般含有較多的活性基團(tuán)，活性較高，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理，這些物質(zhì)也不會(huì)有較高的含量，但其具有較高的活性，對(duì)發(fā)揮藥效仍具有重要作用。高品質(zhì)道地藥材不僅高含量的活性成分不降低，而且高活性的成分含量也較高[57]。

大量研究顯示道地藥材高效的物質(zhì)基礎(chǔ)不是某一化學(xué)成分，而是獨(dú)特的組分構(gòu)成?！敖M分結(jié)構(gòu)理論”認(rèn)為道地藥材的物質(zhì)基礎(chǔ)是各組分之間、組分內(nèi)具有穩(wěn)定的配伍配比關(guān)系[60]，這可能就是高品質(zhì)道地藥材的高含量活性成分與高活性成分之間的配比關(guān)系。

總結(jié)高品質(zhì)道地藥材科學(xué)內(nèi)涵，見圖1。高品質(zhì)道地藥材是通過特化的種質(zhì)為優(yōu)質(zhì)藥材生產(chǎn)提供物質(zhì)基礎(chǔ)；逆境通過活性氧調(diào)節(jié)次生代謝來增強(qiáng)植物的適應(yīng)能力，從而也提高了藥材的質(zhì)量，逆境是提高藥材質(zhì)量的基本條件；加工過程是通過人為干擾，使新鮮藥材處于逆境脅迫條件之下提高藥材質(zhì)量。次生代謝產(chǎn)物的生態(tài)作用與活性成分藥理作用機(jī)制是一致的，優(yōu)質(zhì)道地藥材不僅主要成分含量較高，而且高活性成分含量也較高，從而保證了較高的療效。根據(jù)高品質(zhì)藥材形成機(jī)制，在栽培條件下通過從上游人為調(diào)控次生代謝可實(shí)現(xiàn)多成分共同升高，是提高栽培藥材質(zhì)量的一個(gè)重要途徑。

圖1 高品質(zhì)道地藥材科學(xué)內(nèi)涵Fig.1 Scientific connotation of high-quality genuine medicinal materials

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突