網絡藥理學在中藥藥性理論研究中的應用概述?

韓 森，呂愛平，李 健，姜 淼△

(1. 中國中醫科學院中醫臨床基礎醫學研究所,北京 100700； 2. 濰坊市中醫院,山東 濰坊 261041；3. 北京中醫藥大學中醫學院組織胚胎學教研室,北京 100029)

中藥藥性是對中藥功效、性能及其運用規律的高度概括,主要包括四氣五味、歸經、升降浮沉、有毒無毒等重要內容。中藥藥性理論在中藥理論體系中具有基礎與核心地位，是指導中藥臨床應用的綱領。作為中藥學的重要學術特征，也是中藥區別于其他天然藥物的關鍵，其科學基礎的發現是中藥現代化發展的先決條件[1-3]。然而由于中藥藥性理論的特殊性和復雜性，其研究已成為制約中藥現代化、國際化發展的重要瓶頸[4-5]。隨著當前醫學模式的轉變和系統生物學的興起，被認為是“下一代藥物研究模式”網絡藥理學概念[6]的提出，使得運用系統與網絡思維全面分析中藥藥性成為可能。本文將對近幾年網絡藥理學在中藥藥性理論研究中的應用進行概述。

1 中藥藥性研究與網絡藥理學之間的關系

“網絡藥理學”(network pharmacology)一詞最早由英國鄧迪大學Hopkins提出[7]。網絡藥理學是以系統生物學和多向藥理學為理論基礎，以整體性、系統性為研究特點，將藥物作用網絡與生物學網絡整合在一起系統研究復雜藥物生物學效應的技術[8]。近年來，作為新一代藥物研究模式的網絡藥理學在中醫證候學、中藥方劑配伍理論、中藥藥理學研究等中醫藥研究領域取得了快速的發展，受到了廣大學者的關注[9]。

整體觀、動態觀、辨證觀作為中醫學理論的基本特點也是中藥藥性理論研究的基本觀點。《神農本草經百種錄》[10]認為，藥物“入腹則知其性”，中藥藥性正是中藥多成分、多途徑、多靶點的整體生物學效應的總和。因此“單一靶點，單一藥物”的研究模式將難以勝任以復雜化學成分為整體的中藥藥性研究，而“多靶點、多成分藥物”的新模式將成為中藥藥性研究的新方向[11]。網絡藥理學作為新興的系統研究復雜藥物生物學效應的技術，所采用的系統生物學研究思路正好與中藥多成分、多途徑、多靶點的整體系統調控相一致，為從生物分子網絡結構與功能來認知并區分中藥藥物屬性提供了方法學契機和有力工具。

2 網絡藥理學在中藥藥性研究中的應用

2.1 中藥性味理論的網絡藥理學研究

中藥的四氣又稱為“四性”，是指中藥的“寒、熱、溫、涼”4種屬性，主要用于指導藥物對人體陰陽盛衰、寒熱變化的作用調節。中藥的五味是指藥物的酸、苦、甘、辛、咸5種不同的性味，在中藥理論中將其歸屬于五臟，也是中藥性味配伍的重要理論基礎。因此，四氣五味作為中藥藥性理論的重要組成部分，是中藥臨床應用的主要理論依據，而中藥四氣五味內涵的科學闡釋，必然對中藥理論體系的發展產生重要的影響。

“寒者熱之，熱者寒之；實則瀉之，虛則補之”是中醫治病的主要治則，對應于中醫的證型便是寒證、熱證、實證與虛證，而對于寒熱證的中藥治療，首先應分清中藥的寒熱屬性。《本草經集注》[12]明確指出：“藥物甘苦之味可略，有毒無毒易知，惟冷熱須明。”《醫宗必讀》[13]中也強調:“寒熱溫涼，一匕之謬，覆水難收。”中藥四性作為中藥藥物性的重要內容，是當前藥性研究的主要切入點。因此，闡明中藥寒熱藥性的科學內涵，構建寒熱藥性評價的科學方法與指標體系，是目前中藥藥性研究的關鍵問題[2]。自上個世紀以來，廣大學者圍繞中藥寒熱藥性理論在文獻探討、實驗研究、臨床應用等方面開展了一系列的研究工作,建立了眾多研究中藥藥性理論的技術方法,取得了一定的研究成果。隨著當前醫學模式的轉變和系統生物學的興起，多位學者將生物熱力學[14-15]、數據挖掘[16-17]、網絡藥理學[18]、化學物質組學[19]等現代科技和理念引入藥性理論研究，取得了階段性成果。李梢團隊[20]從網絡藥理學、系統生物學角度進一步提出“網絡靶標”這一新的概念與方法，中藥寒熱藥性的研究也轉向“網絡靶點，多成分藥物”的新模式。基于這些研究，多個中藥研究優勢團隊在學科交叉融合的基礎上，提出了寒熱藥性理論研究的基本假說：“藥性是中藥的特征組分作用于機體的共性靶標而產生的生物效應的高度概括。[2]”姜淼等[21]也提出了借助網絡藥理學從藥物生物學效應角度構建中藥寒熱屬性分類模型的新策略，并將矢量網絡藥理學引入藥性理論研究，為中藥藥性的量化提供了新的思路與方法。黃麗萍等[22]從生物學效應角度出發將典型寒熱性中藥作用于SD大鼠，通過C5.0算法與C&R分類回歸算法發現肝SDH活性是中藥的寒熱藥性最為重要的生物效應指標，且中藥寒熱藥性的判別通路及模式與能量代謝的關系極為密切。鄧玉芬等[23]通過大鼠宏觀行為的觀察，探討不同姜汁對黃連寒熱藥性的影響，發現黃連經過輔料姜炮制后寒性得到緩和，且在炮制黃連中干姜制黃連的寒性要低于鮮姜制黃連。吳釘紅等[24]用網絡藥理學方法探討清熱中藥治療冠心病的作用機制，發現該方法不僅能讓5類清熱中藥的差異明顯化，還能通過網絡的構建與分析將其化學成分的聚類、差異及有效成分與相關靶標和疾病的復雜分子作用機制可視化。陶瑾等[25]在中藥藥性理論指導下，運用網絡藥理學研究方法分析消渴病藥方的用藥規律，發現苦甘是治療消渴病的常用藥味，并通過分析“知母-黃柏”和“黃芪-葛根”藥對中活性結構的靶點與通路, 發現甘味藥中的皂苷類成分主要通過胰島素、胰島素及胰腺分泌等通路刺激胰島素分泌, 改善胰島素抵抗, 促進葡萄糖利用;苦味藥中的黃酮和生物堿等成分主要作用絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)-Akt、過氧化物酶體增殖物激活型受體(PPAR) 等通路, 參與調控炎癥因子、促進糖異生以改善內分泌、調節糖脂代謝等生理過程。王茂林等[26]運用網絡藥理學方法通過創建多部件組成的數據分類模型，發現MACCS指紋模型從其主要構成化合物預測中藥的寒/熱藥性方面具有很高的可行性和準確度。

2.2 網絡藥理學在升降浮沉研究中的應用

升降浮沉理論以人體氣機升降出入為基礎，與人體疾病狀態下氣機的變化相對應，是藥物作用于人體后機體所產生的功能性反應。眾多學者在對中藥升降浮沉理論進行充分文獻探究和臨床應用的基礎上提出：“藥物的升降浮沉作用主要受藥物氣味的厚薄與藥物質地的支配與制約，而藥部位、炮制、配伍、舟楫載藥等是其重要的影響因素。[27-28]” 受限于中藥升降浮沉性能影響因素的多樣性與復雜性，近代學者雖從藥效觀察、生物物理、子午流注、數理統計、中藥藥性量子等眾多角度對其科學內涵進行闡述，但仍未取得突破性的進展，也未形成公認的研究思路與方法[29]。充分考慮到中藥升降浮沉作用影響因素的復雜性，筆者認為從網絡藥理學角度，全面分析典型升降浮沉類藥物的生物學效應，將有助于其作用機制的發現和科學內涵的闡釋。

2.3 網絡藥理學在中藥歸經理論研究中的應用

歸經作為中藥藥性理論的重要組成部分是中藥功用的定位性概念，即藥物選擇性作用機體特定部位，是中醫個體化醫療理念和精準化用藥觀的體現。為闡明藥物歸經的實質內涵，陳月娥等[30]最早提出利用高通量篩選技術對中藥歸經作用進行研究的構想。劉萍等[31]從系統生物學角度對中藥歸經理論的科學內涵作了進一步的探討，認為系統生物學的方法和相關技術為揭示中藥歸經理論的精髓提供了新的平臺。王珂欣等[32]基于網絡藥理學發現，苦參堿可能抗肝癌的相關靶點與通路，其中關鍵驗證靶點有乙酰肝素酶(HPSE)、半胱氨酸蛋白酶3(CASP3)、Myc原癌基因蛋白(MYC)、基質金屬蛋白酶2(MMP2)等，關鍵預測靶點有碳酸酐酶1(CA1)、再生基因1 A(REG1A)、羧酸酯酶1(CES1)和乙醛脫氫酶2(ALDH2)等。李立等[33]利用藥理網絡對比不同歸經芳香藥藿香和蒼術調節甲型 H1N1 流感免疫相關通路的差異，發現歸肺經芳香藥藿香較非肺經芳香藥蒼術對甲型 H1N1 流感可能更有免疫調節優勢。鄧凱文等[34]在中醫藥理論整體觀的指導下，從系統生物學的角度出發，在以往研究的基礎上從“針刺腧穴-經絡臟腑-特定中藥成分群網絡藥理學”對應關系中找到規律，創立“穴藥”中藥歸經研究新方法，是網絡藥理學在中藥歸經理論研究中的一項新的應用。

2.4 網絡藥理學在中藥毒性研究中的應用

中藥毒性是中藥性能的重要標志之一，中醫理論認為藥物毒性為藥物的偏性，即藥物作用于機體對其陰陽平衡、臟腑氣血產生的影響。通過對本草古籍文獻研究發現，古人受時代的限制對中藥的急性毒性及解毒方法有深刻認識，但對中藥慢性毒性的認識卻十分薄弱。現階段疾病譜的轉變及慢性疾病的大量增加，使得中藥的長期服用越來越普遍化，這勢必對中藥的安全性評價提出更高的要求[35]。因此建立對中藥毒性的科學評價體系已經成為當前中藥合理、安全應用的基礎，而網絡藥理學的出現為此提供了重要的方法學手段。范驍輝等[36]把系統生物學和網絡藥理學有機結合，提出了“網絡毒理學”的概念。宋捷等[38]在網絡毒理學的基礎上進一步提出具有中醫藥特色的“結合病證模型和網絡毒理學的中藥量-效-毒關系研究”的新思路。譚勇等[37]利用網絡藥理學方法對甘草減低附子對證使用后毒性的分子機制進行預測，發現甘草減低“對證使用附子后的毒性”，可能與調控3個關鍵分子(RGS4、MAPT、CASP3)和3條信號通路(Gaq、p70S6K、ET-1)有關。劉洪等[38]采用網絡藥理學方法對甘遂與甘草反藥的相互作用進行分析發現，甘遂與甘草配伍存在藥效降低或藥效協同或毒性改變等多種情況，體現了中藥配伍多成分、多靶點、多途徑的作用模式，為深入探討甘遂與甘草配伍的分子作用機制提供了參考。

3 結語

中藥藥性作為中藥多成分、多途徑、多靶點的整體生物學效應的總和，“單一靶點，單一藥物”的研究模式將難以勝任以復雜化學成分為整體的中藥藥性研究，而系統生物學的應用特別是網絡藥理學的興起，為中藥藥性研究提供了強大的助力。當前網絡藥理學已經應用于中藥藥性理論研究的各個方面，為從生物分子網絡的結構與功能來認知中藥藥性提供了方法學契機和有力工具。因此基于“藥性是中藥的特征組分作用于機體的共性靶標而產生的生物效應的高度概括”[2]這一假說，通過包括網絡藥理學在內的系統生物學技術，全面分析藥性典型性中藥群的生物學效應，為中藥藥性科學內涵的闡明與寒熱藥性評價的科學方法及指標體系的構建提供了一條重要的科研思路與方法。而這一方法的具體應用主要有2個方面，一是構建分析藥物已知“活性成分-作用靶點”的藥理網絡[39-40]，二是結合代謝組學、蛋白組學等高通量技術全面分析藥性典型性中藥的生物效應[19]。相信隨著以網絡藥理學為基礎的系統生物學的進一步完善和發展，將為中藥藥性的現代化研究提供更好的支持。