8844绝对海拔的现代中药创智研究＊

赵 晔，贾 璞，师白梅，白亚军，白育军，高朔漠，郑晓晖

（西北大学药学院 西安 710069）

中医药文化是中华民族在上千年与疾病抗争过程中积淀凝练的瑰宝，既体现了我国古代劳动人民的创智精神，也是大自然赐予整个人类珍贵的财富，诺贝尔医学奖获得者屠呦呦先生发现的青蒿素，就是发掘中药的成功典范。开发、利用中医药并使中医药文化璀璨生辉，好比登顶珠穆朗玛峰，需要面对高海拔和恶劣的气候环境、配备合格的装备、掌握攀登技术和科学的前进策略。由于雪崩、坠落、身体等原因，在不同海拔高度，死亡的几率和原因各不相同，越接近山顶危险越大，一些人永远的倒在了勇攀珠峰的路上。现代中药创智研究只有在不同的研究阶段解决了不同的问题和挑战，才能成功登顶绝对海拔8844.43米的世界之巅，研发出创新药物。

1 筚路蓝缕，以启山林——创新药物研发机遇与挑战

纵观全球，近20年新药研发呈现“四高、一低”的特点，即高投入、高时长、高风险、高回报、低产出特点，各类投入总和与获准上市的新药数量比值直线上升。现今新药研发普遍模式是在已知靶标基础上构建、筛选并优化先导化合物，从200-10000个乃至10万个候选化合物中能筛选出3-10个具有药效学、药理毒理学研究意义的新药候选化合物，此阶段新药研发价值贡献度为60%，候选化合物的有效性和非临床安全性评价研究是决定该化合物能否进入临床研究的关键节点，随着研发阶段的深入，研发困难与风险不断增加，而进入临床研究的新药中仅有不足20%能够最终被批准上市，整个研发周期需要10-15年，总研发经费平均在10-15亿美元。《THE LANCET》刊文发出了“柳叶刀之问”——“Where will new drugs come from?”。据美国FDA统计数据显示在上世纪末至本世纪初的30年间上市的小分子药物有34%来自于天然化合物或其衍生物，中药的化学成分具有结构多样、活性丰富的特点，已成为寻找药物先导化合物的关注热点。中国政府也提出了“推动中医药发展，坚持中西医并重，传承发展中医药事业，促进实现健康中国战略目标”，中医药振兴发展迎来天时、地利、人和的大好时机，然而我们离真正意义上中国第一个中药创新药还有多远？不同的人对于攀登珠峰有不同理解，或是自身修行，或是炫耀资本，或是商业生意，或是终身事业。登顶绝对海拔8844的高峰、创智现代中药正是很多中药科研工作者一生的奋斗目标。

2 大道至简，悟在天成——“良关系”之效应物质辨识分析体系构建

目前新药研究的思路主要有两种，一种是根据药理学、药效学和生物学等实验筛选出具有活性的化合物，另一种是首先以细胞、分子或蛋白为靶标，利用虚拟分子设计、高通量筛选技术对海量化合物进行筛选或垂钓，选出具有活性的化合物再进行药理学、药效学研究，此两种研究思路均需要药物活性成分群辨识分析技术。因此高效而准确的辨识技术是准确定位研究目标化合物、降低临床研究风险的关键，正如攀登珠峰需要高超精准的技术合理分配体力、规避坠落和雪崩风险、选择正确的路线前进。常用的辨识技术包括传统化学分离或活性导向分离后进行结构鉴定、基于药物生物活性的色谱分离和在线检测技术[1]、分子印迹技术[2]等。乔延江提出了中药有效成分族信息辨识技术，并应用于中药药性、功效及方剂配伍的药效物质基础研究[3]。中药复方配伍规律的复杂性限制了许多辨识技术的适用性和高效性，因此将研究体系简化，针对方剂组成之主要矛盾，驭繁为简，逐层剖析，才能做到悟在天成。

《神农本草经·序例》曰“药有单行者，有相须者，有相使者，有相畏者，有相恶者，有相反者，有相杀者。凡此七情，合和视之，当用相须相使者良；勿用相恶相反者”，《本草经集注》亦有记载相须、相使“不必同类……各有所宜，共相宣发”。笔者将具有协同增效关系的“相须”、“相使”组成称为“良关系”，针对中药复方的主要矛盾提出了“君-使对药”新概念，构建了“良关系”药对体系，通过提炼对药之“七情”与君臣佐使配伍法则，在单味药与复方药之间架起桥梁，针对主病或主证，纲举目张的掌握群体中药的证候效应，围绕矛盾的核心方面展开系列研究，为开展复方体内效应物质研究提供了新思路[4]。笔者团队应用此思路研究了多个复方中的药对，包括复方丹参滴丸（丹参-冰片）、香丹注射液（丹参-降香）、丹参饮（丹参-檀香）、丹红注射液（丹参-红花）、血府逐瘀汤（桃仁-甘草、红花-甘草）、广枣-冰片、广枣-降香、广枣-檀香、远志汤（远志-石菖蒲）等。

现代中药创智研究不但要揭示中药活性成分及相关成分，更要阐明在复杂系统内多成分相互作用下的成分与功能、功效的关系。由于中药化学成分的多样性、体内代谢过程的差异性、配伍组方的选择性、功能和作用机制的复杂性，单纯一种辨识技术无法科学、全面的表征中药的活性成分及功效。基于中药上千年临床应用的安全和有效，笔者团队建立了化学分子辨识、因果数理模型辨识、药物分子功能辨识、功效辨识四大技术，构建了“良关系”之效应物质辨识分析体系，着重解决机体代谢网络及核心效应物质剖析，从宏观到微观再到宏观阐释中药的物质基础和作用机制。

2.1 基于色谱-固相萃取-光谱-核磁-质谱联用技术的化学分子辨识

中药活性成分的化学辨识是中药现代研究的基础，有些药材中的主要成分由于吸收和代谢性质差导致血药浓度低、效能低；有些中药的原型成分在体外无活性或活性较弱，但在生物体内可代谢成活性产物；有些中药成分会引起机体内源性物质的改变，这些都增加了辨识中药活性成分的难度，基于体内过程的中药活性成分研究可有效弥补传统中药活性物质筛选方法的不足。王喜军整合了“中药血清药物化学、中药药代动力学、系统生物学”三维体系来研究中药，提出“方证代谢组学”的研究思路[5,6]。笔者团队利用建立的液相色谱-固相萃取-600 M核磁共振谱/飞行时间质谱（HPLC-SPE-600 M NMR-Q/TOF-MSn）联用平台，成功辨识了单味药材麻黄、黄芪、广枣、泽兰，配伍药对红花-甘草、黄连-栀子、芍药-甘草和中成药制剂复方丹参滴丸的化学成分与药效的关系。

2.2 因果数理模型构建——核心效应物质群辨识

图1 因果数理模型辨识技术

图2 受体色谱活性辨识技术

20世纪末以来基因组学、蛋白质组学、代谢组学等系统组学技术广泛应用于疾病的机理及药物作用机制研究，为分析药物-生命复杂巨系统做出了重要的贡献，上述方法在数据处理过程中主要应用主成分分析、偏最小二乘法、支持向量机等数理方法，过多的强调了差异性而未考虑相关性尤其是因果相关性。中药复方进入机体后形成“药物-生命”开放复杂巨系统，如何对这一开放复杂巨系统蕴含输出海量的数据进行有效分析，辨识出核心效应物质（群）是揭示其“多靶点”作用的关键科学问题，科学的数理分析模型可为我们解析海量数据提供有效手段。《道德经》曰：“道生一，一生二，二生三，三生万物，万物负阴而抱阳，冲气以为和”。健康的生命系统阴阳平衡，处于“和”状态，即健康稳定态，患病的机体即为系统阴阳“失和”，“失稳”从而形成病态，中药复方进入病体后调整“失和、失稳态”至健康稳定态。笔者团队基于钱学森的开放复杂巨系统、Prigogine的耗散理论、Harken的协同理论，建立“药物-生命”开放复杂巨系统的因果数理模型，给出系统中因果关系严格数学定义及定性、定量刻画，从系统蕴含输出数据中辨识“效-应”物质间单向或互为因果关系，筛选出关键“效-应”物质为具有互为因果关系的物质（即因果对），最终确定由最强因果对所形成的物质作为核心效应物质，从而形成了依据药-时序列数据辨识中药复方核心效应物质的统计技术。从整体论、系统论角度，对“药物-生命”开放复杂巨系统相互作用的特性进行了深入分析，结合耗散-协同理论，明确协同作用形成药物-生命耗散结构的物质基础为关键“效-应”物质及核心效应物质，最终阐释该耗散结构形成的机制。应用因果数理模型分析了香丹注射液在大鼠脑内的药-时序列数据，筛选并成功发现了核心效应物质—丹参素异丙酯，药理药效学研究确证丹参素异丙酯具有显著的抗心肌缺血和脑缺血、抗神经炎症等活性，该实例证实因果数理模型具有很高的可靠性和可信度。

图3 “良关系”之效应物质辨识技术实例——丹参素异丙酯新药创制

2.3 中药效应成分的功能辨识

中药成分的功能可采用整体模型动物、离体器官和基于细胞、蛋白质技术的高内涵筛选方法进行辨识。贺浪冲等建立了细胞膜色谱相对标准法测定药物膜受体亲和力的平衡解离常数，该值与所评价药物的药理活性有关，并筛选了多种中药的有效成分[7]。在国际市场销量最好的药物中有20%是通过受体中最大家族G-蛋白偶联受体起效的，受体色谱活性辨识技术已成为高效筛选、辨识药物活性成分的新手段。笔者研究团队于2005年起研究受体色谱模型，构建了α-肾上腺素受体、β-肾上腺素受体、P2Y12多维受体色谱模型，具有高靶向性、高特异性、高稳定性、高分离能力、高活性预测的特点，并开展了药物活性靶点辨识研究，提高了活性成分筛选准确率，结合整体模型动物的药理药效学评价，成功地将其用于丹参、红花、桃仁等活血化瘀类中药成分及其复方制剂丹红注射液等活性成分的功能辨识，对揭示药物体内作用机制具有重要意义。

2.4 临床功效辨识

中药有效成分治疗疾病时或直接或间接发挥的作用并不尽相同，中药具有多靶点，多重药效的特点，中药在辨证论治的配伍理论指导下进行组方后，可能在不同的复方和主治证中，发挥药效的活性成分及其对功效的贡献也是不一样。中药活性成分的非临床辨识技术能在一定范围和程度内完成化学分析和生物学分析，也有不足之处。采用整体实验动物模型或其组织、细胞、靶点进行功能辨识时，会受到选用药理模型的有限性、实验动物和人体的差异、药理模型造模方法与人体致病因素的不一致、评价药理作用和临床观测指标的不匹配等因素影响，与临床功效辨识的综合应用即可达到良好的互补，使中医药理论指导下的辨识结果在临床中得以再验证和升华。采用以上4种辨识技术，笔者团队成功的发现并在临床验证了丹参素为人体在炎症反应下会自体产生的内源性物质，发现了复方丹参片（丹参、三七和冰片）在体内的代谢产物丹参素异丙酯，其正是该复方临床功效的核心效应物质[8]，所建立的策略深入理解了中药君、臣、佐、使配伍理论的精髓，是一种简便的创新药物开发新模式。

图4 组合中药分子化学研究思路

3 中西合璧，道法自然——“合策略”之组合中药分子化学探索研究

攀登珠峰需要合格的装备和专业的技术保障在高寒、缺氧、高海拔下的安全，更需要全面的策略和精心的准备。李绍平综述了基于对自由基清除力、对靶标的亲和性或内在活性及组效比较法的色谱技术在辨识中药效应成分的应用，提出根据中医药特点建立具有现代科学特征的中药功效成分研究策略是突破中药研究瓶颈的关键[9]。中医药学与现代科技文化是相辅相成的，将中医药经典理论、经验与现代先进研究方法的融合，对中医药经典进行深入的探索与科学的诠释，是现代中药创智研究的创新体现。

清《医学源流论》提出“方药离合论”：“方之既成，能使药各全其性，亦能使药各失其性。操纵之法，有大权焉。此方之妙也。”即方成则无药。笔者团队基于“复杂-简单-复杂”的策略，遵循配伍理论的指导思想，提出了组合中药分子化学“合策略”新药创制思路，即整合——中西医药临床资源，结合——现代药物组合等手段，融合——中西医药作用优势，将中医药、西医药进行整合—结合—融合，从对立的、平面的抉择走向统一的、立体的交融。组合中药分子化学药物设计策略在配伍理论的指导下充分考虑多组分协调作用的宏观效果，将中药“方证组方”、“方成无药”的整体观念贯穿药物分子设计理念，针对病与证分别将药物中小分子或基团依据功能和作用分为“君”“臣”“佐”“使”分子或基团，并各自建立分子库，引入组合化学的微观药物设计方法，参考药物代谢性质和计算机辅助模拟数据，辅以药效验证，以适当的化学方式进行分子的结构改造和相互连接，构建有效、易吸收、生物利用度高、毒副作用小的组合中药分子，形成一种新的安全、优效、可控的创新药物分子设计方法[10]。

笔者团队运用组合中药分子化学策略设计、合成了新型抗高血压新药候选化合物221 s、新型抗癫痫新药候选化合物93 s及气血（QXS）拼合物等。221 s系列化合物的构建优化过程分两步：①建库，即依据已知化学结构的潜在生物活性分别建立“君”、“臣”、“佐”、“使”分子库。具体如下：脯氨酸骨架具有血管紧张素转化酶抑制活性，可作为君分子库分子母核；酚酸类骨架可加强药物分子与ACE酶活性中心的锌离子配位，故该类分子可纳入臣分子库；其他氨基酸骨架与脯氨酸N端相连，具有稳定或增强降压活性的作用，故将这部分氨基酸化合物纳入佐分子库；冰片、薄荷醇、α-细辛脑等这类辛香走窜、开窍醒神的中药活性分子可增加整体分子透过血脑屏障，故该类分子纳入使分子库。②化学合成，即通过组合化学的合成方式分别将“君”、“臣”、“佐”、“使”分子库的各类分子分别加以选择，化合成一个分子，并结合体内外生物活性筛选结果进一步优化该类分子的化学稳定性、生物稳定性以及与靶点或受体适配性等。经初步药效学研究，部分化合物降压作用明显，副作用小。组合中药分子化学策略体现了中西医药相结合、宏观与微观相统一药物设计理念，221 s系列化合物的研究肯定了该策略在药物设计中的合理性、有效性与省时性。

4 生命至上，上善若水

“上善若水，水善利万物而不争，此乃谦下之德也；天下莫柔弱于水，而攻坚强者莫之能胜，此乃柔德”。水之五德——德、义、道、勇、法。中医药文化博大精深，至善若水，中医药人肩负着弘扬、发展中医药文化艰巨的历史使命和不可推卸的时代责任。“诸法本有，缘何外求”，从已被几千年来实践证明安全、有效的中药及方剂中去发现有效、并改造成优效的创新药物将大大提高开发新药的效率。现代中药创智研究应秉持着“德”、“义”、“道”、“勇”、“法”，立志于“守中医药理论之法”，感悟方成无药之内涵，正确而全面的理解并运用方剂，“察核心效应成分之明”，基于千年的临床有效性和安全性，运用组合中药分子化学方法等设计新型分子，以中药组方为核心研发创新药物。我们有能力、有信心、有责任、“至精、至诚、至善”勇攀创智安全、有效可控的中国药这座8844高峰，为我国再添“大国重器”，铺展圆梦工程的宏伟蓝图！