中药药效物质基础研究的系统方法学 ——方证代谢组学

 

中药的药效物质基础是关系到中药的有效性及安全性等质量问题的关键因素，其研究和确认的技术与方法是制约中药现代化及国际发展的关键科学问题。然而，由于中药复方给药形式的特殊性及方证对应疗效的专属性，决定了中药药效物质基础研究方法的复杂性。

 

中药药效物质基础是指中药中含有的能够表达药物临床疗效的化学成分总称。而中医临床使用的是方剂，中药饮片是原料，方剂才是药物，所以中药药效物质基础研究应该从方剂入手；饮片中含有的只是化学成分或活性成分，只有在一定的方剂配伍环境下才能表达药效成分；同一中药在不同配伍环境下在体内表达不同的体内直接作用物质，从而实现药效的配伍取向。如此，在方剂对应证候/病有效的状态下的体内物质分析才能发现与临床疗效相关的药效物质基础，这是药效物质基础的第一步。其次， 评价方剂的临床药效是在方剂配伍环境中发现显效状态下的与疗效相关体内成分的前提。在临床上，方剂对应的是证候或病，中医证候/病的客观正确诊断，阐释证候/病的生物学本质，发现证候/病的生物标记物，建立临床疗效的生物评价体系是评价方剂临床疗效进而发现中药药效物质基础的基本前提，也是基于中医临床经验创新药物的决定性环节。

 

综上，只有以方剂为研究对象，以证候的生物标记发现为起点，依据中医临床给药方式，在整体评价方剂有效性基础上，才能发现或找到与临床疗效相关联的药效物质基础，任何超越于证候、方剂的单一的研究过程，都将与中药的有效性失之交臂。

 

基于此，我们建立了系统的关联 “证候诊断—方剂效应评价—体内直接作用物质分析”的方法学——中医方证代谢组学（Chinmedomics），将中药血清药物化学和代谢组学有机结合，在解决证候生物标记物的基础上，建立方剂药效生物评价体系，发现并确定中药药效物质基础，进而解决与药效物质基础相关的中药有效性及安全性等质量问题，以及基于临床有效性的中药创新药物发现问题。

 

以往关于中药药效物质基础研究方法已取得了可喜的进展，形成了很多行之有效的研究方法，诸如生物活性导向分离、生物转化分析、成分敲出方法、中药血清药物化学方法等等，在解决中药活性成分（尚不能称为药效物质基础）确认，中药质量评价等相关的科学问题方面起到了积极的促进作用。然而由于思路、方法及应用技术的局限，都在某些方面存在不可逾越的弊端，并不能使发现的所谓活性成分与中药的临床有效性直接相关联，致使实质性的中药药效物质基础研究寥寥无几，中药药效物质基础研究方法进展缓慢，尚未形成系统的方法学或共性关键技术。

 

首先，从总体上看，以往的研究方法多是以单味中药饮片为起点进行药效物质基础研究。此为经典的研究思路和方法，对充分认识中药的化学成分，发现中药或天然药物的活性成分，推动中药质量评价、中药创新药物设计、中成药制备工艺提升，以及为推进复方的化学成分研究均起到了不可或缺的作用。然而，从中药药效物质基础研究层面考虑，该研究思路和方法存在“起步错误”。既然是“药效物质基础”就应该从“药物”入手，从中医理论及中医临床实践角度，中医使用的药物是“方剂”，单味中药饮片只是原料（单方除外），方剂才是药物。以往的研究已经证实，单味中药作为原料，其本身含有的只是化学成分或活性成分，在不同方剂配伍环境下同一中药在体内表达不同化学成分而产生方剂配伍指向的临床疗效。相同中药在不同方剂及不同的病理状态下药效取向不同，表达的药效物质不同。例如中药黄柏，其功效概括为三点：清热燥湿、泻火解毒、退虚热。但是它与知母相须配伍，在方剂中发挥清相火、退虚热的功效，如滋肾丸、大补阴丸、知柏地黄丸等。本课题组研究了不同配伍环境下关黄柏的体内成分，关黄柏在单独给药及在知柏地黄丸等方剂配伍环境下其体内成分差异较大，在方剂配伍条件下关黄柏体内以黄柏内酯（Obaculactone）、黄柏酮（Obacunone）、木兰碱（Magnoline）及相关的代谢产物为主，而非目前作为关黄柏质量检测成分的小檗碱（Berberine）及巴马汀（Palmatine）。从方剂作为药物角度，黄柏内酯、黄柏酮及木兰碱作为主要体内成分，其表达药效作为药效物质基础的可能性更大。在茵陈蒿汤研究中，分析鉴定血清中成分21个，其中８个利胆保肝成分只有在全方配伍条件下才能被选择性吸收并表达良好的体内动态。

 

众多的研究结果提示我们，中药的药效物质基础是通过具体的临床有效方剂表达的，中药的药效物质基础应该从方剂入手，才能反映中医临床辨证施治原则和方剂配伍中药物成分之间在ADME过程中的相互作用，由此在针对证候的前提下及方剂配伍的环境下揭示的某一中药的体内药效物质基础才能反映中医临床疗效，更符合中医药理论。可以说，从常见证候/病入手，以有效方剂为研究对象，进行中药的药效物质基础研究是中医理论及临床实践的必然要求。

 

其次，就具体方法而言，经典的植物化学分步提取药效追踪分离的方法，从中药中成功获得了一批活性成分，诸如抗疟新药青蒿素、治疗老年痴呆病的石杉碱甲、治疗心脑血管病的川芎嗪等。然而，受收率及活性测试方法的限制，许多成分停留在结构鉴定水平。此后的生物活性导向分离（Bioactivity Guided Isolation）方法，加速了活性成分的发现，但是此方法是一条以发现新化合物和活性成分为主要目的的研究模式，在中药药效物质基础的最低层面(活性成分)上进行研究，一味地去研究中药中到底含有什么成分，什么成分能在体外药理实验中显示活性，往往使研究走入唯单一成分论的误区。此方法不仅费时费力，而且不能反映成分的体内生物转化（机体对药物的作用），更不能反映方剂中药物之间在吸收、分布等方面的相互作用。伴随着研究的深入及技术的进步，众多学者已认识到如此所确定的活性成分不能称其为中药的药效物质基础，达成了从方剂体内成分分析入手研究中药药物物质基础的思路和方法的共识。

 

从上个世纪90年代开始，黄熙等首先提出证治药动学假说，并进一步提出了方剂血清成分谱与靶成分概念，经过不断完善，形成了生物方剂分析药理的研究策略；邱峰提出研究中药化学成分的体内代谢过程，从活性代谢物中筛选中药药效物质基础的思路；杨秀伟提出通过体内过程分析和将中药原形化学成分与生物转化和/或代谢产物进行生物学活性比较研究，确定中药的有效化学成分和效应物质的思路和方法；刘昌孝等一批学者在此方面也进行了相关的探索。

 

在此方面，王喜军于90年代初开展了从口服方剂后的含药血清中分析鉴定方剂体内直接作用物质的系统研究工作，完成了茵陈蒿汤、六味地黄丸等11个方剂的体内成分的系统研究，提出并建立了中药血清药物化学的理论及研究方法，并将其内涵定义为“以经典的药物化学的研究手段和方法为基础，运用现代分离技术及多维联用技术，分析鉴定或表征口服方剂后人／动物血清中移行成分，并阐明其活性与中药传统药效相关性，确定中药药效物质基础并研究其体内过程的应用学科”。王喜军主持完成的“中药血清药物化学研究方法的建立与实施”获2002年国家科技进步二等奖，发表中药体内药效物质基础研究论文120余篇。以此为标志，中药药效物质基础的研究进入到了以方剂为切入点，既能体现方剂中药物的相互作用又能体现人体对药物的作用，从体内直接作用物质基础与中药传统药效相关性角度研究中药药效物质基础的阶段。

 

然而，上述从体内成分分析入手的研究方法，也仅仅是解决了中药药效物质基础研究的表观层面的方法问题，与体现临床疗效的中药药效物质基础研究尚有相当大的距离，还没有真正体现“针对证候、方剂配伍环境及有效性的前提下揭示中药的体内药效物质基础”的中医理论及临床实践的必然要求。由于证候是中医对疾病的基本描述，而方剂是对证治疗的药物。正是由于证候缺乏客观的诊断标准，从而方剂疗效难以正确评价，导致中药血清药物化学所揭示的方剂体内成分与疗效关系难以有效揭示，由此，证候的生物学本质成为方剂疗效评价的前提，更是制约中药血清药物化学方法有效实践的关键问题。因此，我们必须在整合上述方法并引进新技术的基础上，建立在方剂对应证候治疗有效性评价的前提下，分析鉴定中药的体内药效物质基础的系统方法学。

 

事实上，中药与临床之间关系是：“中药—方剂—证候”，方剂是核心。而中药药效物质基础研究设计应该采取逆向研究的思路及方式，即由证候到方剂再到组成中药，按照“证候生物学标记物—方剂效应评价—中药体内药效物质基础”研究径路进行。基于此思路，我们的研究策略是：利用代谢组学技术充分认识中医证候/病的生物学本质，确定证/病的生物标记物，以证/病的生物标记物为桥接复制与证/病关联的动物模型，建立中药药效的生物评价体系(Bioevaluation System for the efficacy of TCMs, BES)；在此基础上，在有效性的前提下，利用中药血清药物化学方法分析口服方剂后的中药体内直接作用物质及其动态规律，并结合内源性证/病的生物标记物（中药药效标记物）的轨迹变化规律，建立血清中外源性中药成分与内源性标记物两组变量关联度分析方法（Plotting of correlation between metabolite markers with serum constituent originated from TCMs, PCMS)，提取与内源性标记物高度关联的外源性中药成分作为潜在的中药药效物质基础，并进行生物学验证，发现并确定中药药效物质基础。我们将上述理论及方法定义为“中医方证代谢组学”，并将其英文定义为Chinmedomics。关于“中医方证代谢组学（Chinmedomics）”学术思想内涵及方法发表在组学杂志OMICS，并在Mol Cell Proteomics、Hepatology、Anal Chem、J Proteome Res、J Proteomics、PLoS One、Analyst等SCI源杂志发表相关论文80余篇，相关的研究工作形成了在有效性的前提下，通过一体化研究，利用中药血清药物化学方法确定方剂的体内直接作用物质，并将体内的外源性药物成分与内源性证候或病标记物相关联，从而在血清化学组分和代谢标记物量变的相关性上发现中药的体内药效物质基础的研究方法和技术。