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“血清药物化学—药代(效)动力学—系统生物学”三维整合体系中药复方构建与其在茵陈蒿汤中应用

收藏本文 2024-03-09 点赞:36959 浏览:156049 作者:网友投稿原创标记本站原创

[摘要] 中药复方是中医临床用药的宝贵财富,多成分、多靶点是其特色和优势所在。然而中药复方成分复杂,药效物质基础、作用机制不清,量-效关系缺乏科学的数据支持,已成为其深入研究的瓶颈,严重阻碍了中医药的现代化和国际化进程。这需要整合中医药理论、现代分析及数据挖掘技术构建符合中医药特色的复方研究新模式。该文扼要介绍了中药血清药物化学、中药药代动力学的研究目前状况、系统生物学理论及实践,在此基础上提出应用“血清药物化学-药代(效)动力学-系统生物学”(SPS)三维整合体系策略来研究中药复方,以期揭示药效物质基础和作用机制及其配伍科学内涵,并结合茵陈蒿汤研究进行相关说明。
[关键词] 中药血清药物化学;系统生物学;中药复方;药效物质基础;生物标记物
[收稿日期] 2013-05-06
[基金项目] 国家“重大新药创制”科技重大专项(2009ZX09502-005);国家自然科学基金面上项目(81173500,81373930);国家自然科学基金青年科学基金项目(81302905,81202639);国家自然科学基金重大研究计划(90709019)
[通信作者] *王喜军,教授,博士生导师,研究方向为中药血清药物化学、方剂配伍规律及中医方证代谢组学研究,Tel/Fax: (0451)82110818, E-mail: xijunwangls@126、com 中药是中华民族在数千年医疗实践中总结和积累的知识财富,是在传统中医理论指导下应用的天然药物。复方是中医用药的主要形式和临床防病治病的有效工具,是中药创新药物的源泉,集中体现了中医药理论和实践的精华[1]。历经几千年的临床实践检验,已证明复方构成的合理性、科学性和实用性。它是在中医“理法方药”理论指导下, 由多味中药按君、臣、佐、使的分工合作原则配伍成的“有制之师”“血清药物化学—药代(效)动力学—系统生物学”三维整合体系中药复方的构建及其在茵陈蒿汤中的应用论文资料由论文网www.udooo.com提供,转载请保留地址.,在七情合和的相互关系中发挥临床治疗效应[2]。这种治病理念体现了复方多成分、多靶点和系统调控治疗策略。由于历史的渊源,对中药复方的研究始终没有建立起合适的现代科学表达体系来全面深入阐释其药效物质及其作用机制。
随着现代生物学理论的进展以及新技术的应用,人们一直在努力筛选中药复方药效物质,探索其作用机制,并取得了一定的研究成果。王喜军提出中药血清药物化学的研究策略,经过近20年的发展,有效地解决复方药效物质基础和确认及其体内过程等相关理由[3]。中药药代动力学是借助动力学原理研究药物在体内吸收、分布、代谢、排泄等过程的速度规律的科学,在中药现代化研究链上发挥着“桥梁学科”的作用,在中药体内药效物质基础、多组分、多靶点作用模式与机制、方剂配伍机制等关键科学理由研究中均起着重要作用。新出现的系统生物学也为中医药体系在基因、蛋白质和代谢物层面上提供了整体表征的思路和策略,受到了长期从事中药学研究专家学者的重视和期望[4]。本文在简要介绍中药血清药物化学、中药药代动力学研究目前状况的基础上, 结合近年来系统生物学的发展, 探讨整合“血清药物化学-药代(效)动力学-系统生物学”(SPS)三维体系建立符合复方特点的评价策略,将证候-血中移形成分-药效组分-生物标记物四者研究有机结合,不仅能够完整、系统、深刻的理解和揭示中医复方的药效物质基础和作用机制,阐明中药复方的配伍规律,指导中药复方新药的创制,而且还提供了中医药学与现代科学交流融合的平台,从而能够更好传承和发展中医药理论。

1 中药血清药物化学

中药血清药物化学定义为:以药物化学的研究手段和策略为基础,多种现代技术综合运用,分析鉴定中药口服后血清中移动成分,研究其药效相关性, 确定中药药效物质基础并研究其体内过程的应用学科[5]。传统中药多为口服给药,其有效物质必须以血液为介质输送到靶点,从而产生作用。因而给药后的血清才是真正起作用的制剂,血清中含有的成分才是中药的体内直接作用物质。运用液质联用技术及核磁共振技术,鉴定血中移行成分,检测血清中内源或外源性生物活性物质,探索这些物质的作用和代谢规律,以阐明方-证-病三者之间的本质联系。通过积极吸取各学科的研究成果,中药血清药物化学不断完善自身的理论体系,为揭开中药复方的物质基础及作用机制做出了巨大贡献。采用中药血清药物化学策略研究血清移行成分,已成为快速、准确的研究中药药效物质基础的有效方式,并取得许多卓越的成绩,在茵陈蒿汤、六味地黄丸、枳术丸、酸枣仁汤、生脉散、温心方等方剂的药效物质基础研究方面取得重大突破[6-9]。

2 中药药代(效)动力学

中药复方是一个由多样性成分构成的复杂体系, 多种成分在体内的协同、拮抗等相互作用,并表现出多途径、多靶点整合调节的特点。只有阐明成分间的配伍关系和相互作用才能够正确揭示中药复方作用机制的科学内涵。特别是应注重从药代(效)动力学层次动态地看待药物间的配伍关系,才能全面揭示复方配伍的内在物质基础, 进一步发扬中药配伍应用这一重要的优势与特色。由于药物效应是靶部位的药物浓度决定的,因此表观药效的经时变化与靶部位药物浓度的经时变化具有直接相关性,明确中药复方多成分的体内动态过程,是阐明中药复方作用机制、客观评价中药药效的必要条件[10]。通过对中药体内过程动态变化规律的研究可以为最终阐明中药发挥药效的物质基础及作用机制以及对中药传统理论的科学阐释提供依据。
中药药代动力学研究是中药现代化研究链上一个不可分割的重要组成部分,在创新中药及现代复方中药研发中发挥着重要作用,但目前尚缺乏符合中药自身特征的药代动力学研究与评价技术体系,对于中药药代动力学关键科学理由的认识还不够清晰。基于有效成分及代谢产物的经典药代动力学研究策略仍然是当前复方中药药动学研究的主流,药效动力学研究来完成类似于单组分化合药物药代动力学的研究任务, 其结果更有临床应用价值。进行中药多组分整合药代动力学与整体药效动力学的结合研究,对于最终建立符合中医药特点的中药药代动力学与药效学研究策略学体系具有重要作用。药代-药效结合研究为中药复方配伍规律的研究提供了一条很好的途径[11]。中药药动(效)学对阐明和揭示复方作用机制及其科学内涵,设计及优选中草药给药方案,推动中药新药开发和剂型改善及质控,推动中医中药走向世界,并最终实现中药现代化具有重要作用。3 系统生物学理论及应用
长期以来,方剂药效物质基础及药理研究偏重于在单一靶点或作用途径上研究,这种研究策略虽然取得了一定进展,但难以全面剖析复方对机体的系统调控机制。为揭示复方多成分、多靶点、多途径整合调节的作用模式,在当前国际学术界倾力关注系统生物学研究的形式下,中药方剂研究势必朝向其纵深方向发展,朝向方剂中各有效成分间内在联系的方向发展,即从系统生物学角度探讨方剂的配伍规律和作用机制。基于此,开展中药复方系统生物学研究关键技术的研究和建立,并推广应用于经方,以及新的方剂(新药)或组分配伍设计,将推动基于中医临床经验的创新药物研究,推进中医临床给药方案的规范化及科学化。系统生物学把中国传统中医药理论体系和现代科学技术联系起来,将有助于系统、深刻地揭示中药方剂配伍规律和作用机制,从而有望为解决长期以来困扰中医药进一步发展应用的“黑箱”理由提供契机[12]。
中药方剂发挥作用的应该是其有效成分组合对包括基因、蛋白和小分子代谢物在内的机体生物分子系统进行广泛调节的综合结果[13]。系统生物学以整合多种组学信息为手段,力图实现从基因到细胞、组织、个体的各个层次的整合, 是以整体性研究为特征的一种大科学, 是生命复杂体系研究目前比较公认的思维方式和研究手段。中医药理论的特色之一就是整体性,这种整体性思想和用药规律与系统生物学具有相通性,促使中医药学在其自身发展中借助系统生物学这门现代生物学的语言和手段进行理论创新。因此在中药研究中的应用发展十分迅速, 并取得了许多令人瞩目的成绩,其中最典型的一个实例即是陈竺、陈赛娟院士领导的课题组采用系统生物学研究手段,从分子水平上揭示了方剂黄黛片中四硫化砷、靛玉红和丹参酮配伍治疗急性早幼粒细胞性白血病的多靶点、协同作用机“血清药物化学—药代(效)动力学—系统生物学”三维整合体系中药复方的构建及其在茵陈蒿汤中的应用论文资料由论文网www.udooo.com提供,转载请保留地址.制[14]。

4 SPS的形成与发展

目前,对中药物质基础的研究还不够深入。中药药效物质的辨识和筛选技术脱离了中医药理论,与中医药整体观及多成分、多靶点整体作用特点不甚吻合;中药物质基础的研究没有重视中药有效成分体内的动态变化过程(吸收、分布、代谢、靶向等);中药成分复杂,现有的生物学技术仍存在许多不足与弊端,很难真正阐释中药方剂的科学内涵。因此有必要开拓新的研究思路,建立符合中药方剂作用特点的研究策略体系,为中药现代化研究提供新理论和新策略,并为传统中药赋予现代科学的内涵。有鉴于此,行之有效的复方SPS研究体系应运而生。SPS研究是指在正确认识中医证候和相关方剂化学成分的研究基础上,利用现代多维联用色谱技术,鉴定和表征口服方剂后的体内直接作用物质,并研究不同配伍条件下方剂体内多成分的动态变化规律,阐明体内直接作用物质(多成分或组分)的吸收、分布、代谢和排泄特点,阐明方剂体内代表性组分的量-时-效相互关系,并优选出方剂的药效学潜在靶标成分;根据靶标成分不同时间点的血药浓度与各内源性生物标志物相互关系建立药代-药效关联模型, 构建药效组分与生物标志物关联网络, 阐明中药复方多组分协同作用机制及复方“合理配伍”的内核。在借助现代分析联用技术的基础上, 通过对这一研究体系中不同信息的整合分析, 可形成证候-血中移形成分-药效组分-生物标记物的对应表观形式以阐明物质与功能之间的相关性, 全面直观地实现对药效物质基础及其作用机制的综合评价。中药复方研究是一项系统工程,SPS体系的构建有助于揭示复方药效的物质基础、方剂组方原理、指导临床合理用药、推动中药的剂型改革和新药研发,对中医药的现代化及国际化具有重要作用。

5 SPS在茵陈蒿汤研究中的实践

近年来,基于SPS的复方研究已经取得一定成果,国内外已有多篇研究报道,并预示出良好的发展前景。笔者已将所建立的策略体系应用于茵陈蒿汤的复方配伍和作用机制研究。采用SPS策略开展了茵陈蒿汤的体内直接作用物质、效应机制、组方原理与配伍规律研究, 研究了茵陈蒿汤的量-时-效关系, 明确安全剂量和有效剂量,并证实茵陈蒿汤复方配伍具有减毒增效作用,深化和完善了SPS相关技术。
茵陈蒿汤血清药物化学研究初步确定了茵陈蒿汤入血成分的数量和种类以及与配伍的关系,首次从体内直接作用物质的质变角度阐明茵陈蒿汤配伍的规律性。在明晰茵陈蒿汤体外化学信息的基础上,利用Uplc-Q-TOF/MS技术建立了大鼠口服茵陈蒿汤后血中移行成分总离子色谱指纹图,确立了21个血中移行成分并完成了化合物的结构鉴定[6]。在此基础上,通过对大鼠口服茵陈蒿汤全方、缺味方、单味药的体内外的总离子色谱图中各色谱峰的保留时间、质荷比的比较,明确了各移行成分的来源。通过分析发现不同配伍样品的血中移行成分的体内曝露情况各不相同,其数量之和不等于全方配伍为存在形式的茵陈蒿汤的血中移行成分数量,说明方剂不等同于组成药物的简单加和。21个血中移行成分中有8个成分只有在茵陈蒿汤全方配伍的情况下才能被机体吸收,而这8个成分均具有较强的利胆保肝活性。说明以湿热黄疸为主治症候的茵陈蒿汤口服后,机体选择性吸收具有保肝利胆活性的成分入血发挥药效,达到治疗疾病的目的,从血清药物化学的角度阐释了“方剂为有制之师”的中医药理论。茵陈蒿汤不同配伍对主要药效物质6,7-二甲氧基香豆素、栀子苷药代动力学行为的影响,结果发现茵陈蒿汤全方给药时,能够适度加快6,7-二甲氧基香豆素和栀子苷的吸收,使得两者在体内消除速度减慢、滞留时间延长,通过配伍达到提高药物生物利用度的目的[15]。
中药药代动力学研究越来越重视中药多个活性成分的体内过程及其相互作用,将中药配伍研究与药代动力学相互结合进行,可为中药的配伍规律及理论的研究提供科学依据。借助Uplc-Q-TOF-MS/MS对茵陈蒿汤21个入血成分进行药代动力学的分析,结合模式识别技术优化筛选出药代动力学行为较好、具有与全方主治症候相同药效的化学成分,克服了根据主观推测确定几种指标成分来进行药动学研究的弊端[16]。利用中药血清药物化学理论结合药物代谢动力学策略研究阐明茵陈蒿汤有效成分配伍规律。圈定茵陈蒿汤入血成分6,7-二甲氧基香豆素、京尼平苷和大黄酸,三者均具有保肝、利胆活性,以氧化性肝损伤动物模型为拟似黄疸证动物模型,采用药代动力学策略,通过药代参数的变化研究配伍作用[17]。明晰了6,7-二甲氧基香豆素、大黄酸和京尼平苷组成的新组方较单成分或部分药物组合给药的优势所在,结果更贴近临床治疗实际,使成分组方设计更加合理。明晰了配伍带来的目标化合物药代动力学行为的走向和趋势变化,阐明了有效成分新组方配伍用药的合理性和科学性。在动物模型基础上借助UPLC-Q-TOF-MS/MS技术并结合模式识别等分析鉴定了茵陈蒿汤体内直接作用物质及其与配伍的关系,体内成分与代谢轮廓及生物标记物的关联性。采用系统生物学之蛋白组学的研究手段,从蛋白分子水平上揭示了茵陈蒿汤新组方配伍治疗肝损伤的多靶点、协同作用机制[18]。在中医理、法、方、药理论的指导下,将中药血清药物化学的技术及系统生物学之药物代谢组学技术有机结合,系统地分析了茵陈蒿汤干预肝损伤模型下的代谢标记物的轨迹变化与体内成分间的相互关系和机体代谢网络结构的动力学变化特征,及茵陈蒿汤体内多成分药动学与代谢组效应相关性。这为从传统药物出发开发化学成分和作用机制明确的现代多组分药物提供了可借鉴的策略。

6 未来发展趋势

传统复方可以通过多成分、多途径的协同作用发挥治疗效果, 是中医临床用药的主要形式,是发现多靶点药物的重要来源和途径。SPS综合应用多学科技术和策略,创新性地构建了“血清药物化学-药代(效)动力学-系统生物学”三维整合体系来研究中药复方,为中药复方研究提出了新的思路和策略,并取得了一系列具有国际影响的研究成果。为充分体现中医临床辨证论治和整体调节的特点,今后要大胆尝试在证候人/动物模型基础之上,将SPS与中医药学理论有机结合起来,更多地融合多学科的理论和研究进展,结合多种研究策略的优势,深入广泛地开展中药复方多成分体内过程及作用机制的探索性研究。SPS研究策略的建立与实施,开创了复方研究的新局面,有助于揭开中药复方作用的物质基础和作用机制这个复杂的“黑箱体系”。SPS的创新性研究必将推动民族药物的继承和发展,为新药开发提供思路和技术上的参考,同时也有助于推动中医药现代化并最终走向世界。
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Establishment of three-dimensional integrated "serum pharmacochemistry-
pharmacokinetics (pharmacodynamics)-systems biology" for
research of traditional Chinese medicine prescription and
its application in Yinchenhao Tang
ZHANG Ai-hua, SUN Hui, YAN Guang-li, HAN Ying, WANG Xi-jun*
(National Traditional Chinese Medicine Key Laboratory of Serum Pharmacochemistry,
Heilongjiang University of Chinese Medicine, Harbin 150040, China)
[Abstract] Traditional Chinese medicine (TCM) prescription is a valuable asset for clinical medication, has multi-component and multi-target characteristics、 However, due to the complex ingredients of prescription, the unclear mechani, the lack of scientific data to support the dose-response relationship, it has become the bottleneck for the in-depth study for the process of modernization and internationalization of TCM、 It requires the integration of Chinese medicine theory, modern analysis and data mining technology to build new research model for characteristic of TCM prescription、 This paper provides an overview of TCM serum pharmacochemistry, pharmacokinetics (pharmacodynamics) and systems biology theory and practice, to establish the integrated three-dimensional "serum pharmacochemistry-pharmacokinetics(pharmacodynamics)-systems biology" for the research of TCM prescription to reveal the pharma-material basis and action mechani and the compatibility scientific connotation, with a prescription Yinchenhao Tang as a casestudy、
[Key words] traditional Chinese medicine serum pharmacochemistry; systems biology; prescription; pharma-material basis; biomarkers
doi:10.4268/cjcmm20132137
[责任编辑 陈玲]

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