中药药效物质研究领域的若干科学问题

中药药效物质研究领域的若干科学问题

中药药效物质研究是一项需要多学科合作的系统工程，涉及的研究领域十分广泛，包括了活性物质的制备、筛选与鉴定、药效物质体内过程与作用机制、药效物质间协同作用以及药效物质与临床功效的相关性等诸多方面。研究对象涵盖了从中药材、中药复方、中成药、民族药中制备得到的各类化学物质，既包括了酚酸、黄酮、皂苷、生物碱、萜类等小分子化合物，也包括了来源于中药的多糖、蛋白、肽类等生物大分子。如果将中药视为一个由多种化学物质组成的化学空间，而与疾病发生发展相关的基因、蛋白等生物大分子构成了一个复杂的生物空间，那么中药药效物质实质上就是连接两个空间的映射关系。由于中药具有多成分多靶点整合调节作用，而疾病相关的基因、蛋白间也存在交互作用，导致了这种关联关系不是简单的单一因果关系，而是网络状多对多关系。
 
从近三十年的研究历程来看，中药药效物质研究是一个逐步揭开化学组成与药理效应两个黑箱的渐进过程，所回答的科学问题也从最初的“中药是否有效（药效评价）”，过渡到“什么物质有效（药效物质辨析）”、“为什么能起效及起效时间（作用机制与体内过程）”。总体来说，在中药药效物质研究中有两个关键科学问题：① 哪些物质是中药防病治病的药效物质？② 中药药效物质如何起效？
 
中药药效物质研究主要包括以下五方面研究内容：
一是以临床确有疗效的中药饮片、方剂及中成药为对象，采用现代科技手段制备、鉴定与筛选中药提取物、组分或成分，从中发现中药活性物质；
二是研究中药活性物质的体内转运、组织分布等体内过程，鉴定入血成分和代谢产物，并研究其药代动力学和药效动力学属性；
三是动物病理模型或证候模型上评价中药活性物质的有效性，从而发现中药药效物质或功效物质；
四是在分子-细胞-组织-整体等多个层次上研究中药药效物质的作用机制；五是通过基础研究成果转化应用于临床，明确中药药效物质与临床功效的相关性，指导中药临床合理应用。
 

 

中药药效物质研究的主要内容
 
下面我们从以下6个问题一一介绍如何进行相关研究。
 
1.如何从中药混合物中快速发现药效物质？
 
中药药效物质的发现包括了制备、筛选、鉴定、药效评价等多个环节。从技术层面来看，影响药效物质发现效率的因素主要有中药样品的可获得性、筛选模型的通量与可靠性、分析鉴定的速度与准确性。
如何高效制备和持续供应中药样品仍是中药药效物质研究要解决的关键问题。中药提取物通常是含有大量化学物质的混合物，即使按照极性富集后，活性物质的含量仍然很低，且大量结构类似物质的存在为进一步纯化得到单体化合物带来了极大的挑战。而在系统分离过程中，针对特定成分的重复分离仍存在一定难度。提高中药化学样品制备过程的可重复性、针对性和自动化程度，是拓展中药化学物质资源的关键。
常规的高通量筛选方法主要针对小分子化合物库筛选所开发，并不完全适用于从混合物中筛选活性物质。在筛选过程中往往出现混合物中活性物质含量太低而无法有效地检测，或是由于待测样品的溶解度太差等问题导致测试失败。因此，如何提高筛选方法的灵敏度、特异性和同时检测多个活性指标的能力，是构建适合中药药效物质发现的筛选新技术所需要解决的问题。
 
2.如何实现药效物质中已知化合物与未知化合物的快速鉴定？
 
随着高分辨质谱、二维核磁、液相色谱-核磁联用等技术的应用，微量及痕量中药化合物的鉴定能力显著提升。已知化合物的鉴定大都通过与标准物质比对或将其光谱、质谱、核磁共振谱图数据与文献数据比对的方式实现。对于液相色谱-质谱难以鉴定的未知化合物或异构体，一般是通过制备得到单体化合物，再经核磁共振谱分析，解析其一维和二维核磁共振谱鉴定其化学结构。
虽然中药化学组成复杂、结构多样，但经过数十年中药化学研究，大多数中药中高含量成分的化学信息已有报道。因此，中药药效物质的定性分析应尽量避免纯化单体化合物所需要的大量重复工作，通过高效利用已有数据，实现快速鉴定。
 
3.如何解决分离越纯、活性越弱的问题？
 
传统的中药药效物质研究方法如系统分离筛选、活性追踪筛选等，均需要反复的分离-活性评价-鉴定步骤，存在研究周期长、工作效率低等不足。更为重要的是，这些方法往往只关注活性最强的单个化合物/组分，忽视了药效物质间协同效应，因此常出现活性成分丢失、活性与纯度背离等现象。
随着生物色谱的兴起发展，将活性筛选与色谱、质谱等化学分析技术集成的中药药效物质快速发现方法近年来逐渐兴起。国内多个研究团队发展了细胞膜色谱、亲和选择等方法，将特定靶标（酶/蛋白等）固定在载体表面（磁珠、超滤膜等），通过靶标生物大分子与中药混合物中活性成分的受体-配体亲和作用，从中药混合物中发现具有特定活性的成分群。这类方法的优点在于在一定程度上考虑了多个成分针对同一靶点的叠加作用，能够从中药混合物中直接筛选发现多个活性成分，在一定程度上避免了活性成分消失的问题。同时，该方法易于与液质联用、核磁共振等技术集成，适用于中药药效物质的快速辨析。
 
4.如何避免中药活性物质体外有效、体内无效的现象？
 
蛋白亲和力与酶活性测试、基于细胞的表型筛选是小分子化合物筛选的常用方式。但由于体外筛选模型与体内真实生化环境的差异较大，往往出现筛选发现的中药活性物质在整体动物模型上无效的情况。为了避免这种情况，一方面在药效筛选模型的选择上要更加慎重，尽量采用与疾病临床表现相似度较高的体外模型；另一方面应该构建分子-细胞-整体动物多层次筛选模型，全面考察中药活性物质的有效性。
 
5.如何发现体外无效、体内有效的中药药效物质？
 
口服是中药最常见的用药方式，中药药效物质需要经过肠道吸收、入血转运等过程到达机体作用部位，其体内浓度既与给药量有关，同时还与中药药效物质在体内的吸收、分布、代谢和排泄密切相关。此外，有些中药成分本身并无活性，通过生物体内代谢转化生成的活性代谢产物起效。因此，有可能出现中药药效物质体外无效、体内有效的情况。20世纪80年代以来，血清药物化学、血清药理学的发展为发现这类药效物质提供了研究思路与技术方法。将动物灌服中药后取得的含药血清作为活性物质筛选的样品，有望发现体外无效、体内有效的中药药效物质。
 
6.如何阐释中药多成分多靶点多途径协同效应？
 
中医治病讲究辨证论治，注重从整体把握病因、病机以及病症的系统变化，以对机体功能状态做出综合判断。而方剂配伍则注重君臣佐使，通过多味中药的药性药味相互配合来实现对机体失衡状态的承制调平。这种治病理念体现了多成分、多靶点和网络调控治疗策略。基因组学、蛋白质组学、代谢组学等组学技术以及多向药理学、网络药理学的出现与发展提供了从系统层面理解和揭示中药对机体整体调控作用的新途径，可望成为联系中药药效物质研究与现代医学认识的桥梁。
 
并建立天然产物组分库，收录超过7000种天然产物组分，所有组分均有含工艺数据及药材来源信息，可以用于高通量新药筛选，确保后续能够溯源跟踪。
 
基于以上化合物快速鉴定问题，诗丹德在日常工作中，将中药天然产物研究与高分辨质谱技术紧密结合，获得单体化合物并建立相关的高分辨质谱数据库，用以指导相关研究人员进行快速、准确的定性分析，为研究者提供重要的技术和信息参考。极大程度克服以往常规方法分析天然产物耗时、耗力、重复率低，准确度有限等缺点。
 
诗丹德将天然产物标准质谱数据库目前应用的领域包括：1、面向国内外科研单位开展天然产物物质基础研究，基于已知化合物信息，发现新颖结构天然产物及药物先导化合物，并进行相关活性研究。2、面向国内外化妆品企业开展化妆品中植物源功效成分的开发，进行植物提取物中化学成分分析、结构确证。3、面向国际食品、快速消费品企业开展来源于天然植物的食品补充剂和功效食品成分研究，进行植物中功效成分的快速鉴别；4、面向国内中药企业开展中药制剂二次开发研究工作，包括传统经方或成方制剂中的化学组成及主要物质基础的组成研究。
 
诗丹德在中药化学成分的系统分离方面已积累10年以上的经验，拥有3000多个天然化合物。诗丹德天然产物组分库，收录超过7000种天然产物组分，所有组分均有含工艺数据及药材来源信息，可以用于高通量新药筛选，确保后续能够溯源跟踪。
素材来源：人卫药学
 
关于诗丹德
上海诗丹德标准技术服务有限公司坐落于上海张江药谷，是一家专业从事中药（植物药）物质基础研究、中药新药研究服务以及中药化学对照品实物供应的科技型技术服务企业。为医药及大健康产业等开发研究者提供植物及中药成分的分离制备、中药复方的物质基础研究、药材资源评价、中药质量标准研究、提取工艺研究以及中药（植物药）相关注册申报技术服务。