8844絕對海拔的現代中藥創智研究＊

趙 曄，賈 璞，師白梅，白亞軍，白育軍，高朔漠，鄭曉暉

（西北大學藥學院 西安 710069）

中醫藥文化是中華民族在上千年與疾病抗爭過程中積淀凝練的瑰寶，既體現了我國古代勞動人民的創智精神，也是大自然賜予整個人類珍貴的財富，諾貝爾醫學獎獲得者屠呦呦先生發現的青蒿素，就是發掘中藥的成功典范。開發、利用中醫藥并使中醫藥文化璀璨生輝，好比登頂珠穆朗瑪峰，需要面對高海拔和惡劣的氣候環境、配備合格的裝備、掌握攀登技術和科學的前進策略。由于雪崩、墜落、身體等原因，在不同海拔高度，死亡的幾率和原因各不相同，越接近山頂危險越大，一些人永遠的倒在了勇攀珠峰的路上。現代中藥創智研究只有在不同的研究階段解決了不同的問題和挑戰，才能成功登頂絕對海拔8844.43米的世界之巔，研發出創新藥物。

1 篳路藍縷，以啟山林——創新藥物研發機遇與挑戰

縱觀全球，近20年新藥研發呈現“四高、一低”的特點，即高投入、高時長、高風險、高回報、低產出特點，各類投入總和與獲準上市的新藥數量比值直線上升。現今新藥研發普遍模式是在已知靶標基礎上構建、篩選并優化先導化合物，從200-10000個乃至10萬個候選化合物中能篩選出3-10個具有藥效學、藥理毒理學研究意義的新藥候選化合物，此階段新藥研發價值貢獻度為60%，候選化合物的有效性和非臨床安全性評價研究是決定該化合物能否進入臨床研究的關鍵節點，隨著研發階段的深入，研發困難與風險不斷增加，而進入臨床研究的新藥中僅有不足20%能夠最終被批準上市，整個研發周期需要10-15年，總研發經費平均在10-15億美元。《THE LANCET》刊文發出了“柳葉刀之問”——“Where will new drugs come from?”。據美國FDA統計數據顯示在上世紀末至本世紀初的30年間上市的小分子藥物有34%來自于天然化合物或其衍生物，中藥的化學成分具有結構多樣、活性豐富的特點，已成為尋找藥物先導化合物的關注熱點。中國政府也提出了“推動中醫藥發展，堅持中西醫并重，傳承發展中醫藥事業，促進實現健康中國戰略目標”，中醫藥振興發展迎來天時、地利、人和的大好時機，然而我們離真正意義上中國第一個中藥創新藥還有多遠？不同的人對于攀登珠峰有不同理解，或是自身修行，或是炫耀資本，或是商業生意，或是終身事業。登頂絕對海拔8844的高峰、創智現代中藥正是很多中藥科研工作者一生的奮斗目標。

2 大道至簡，悟在天成——“良關系”之效應物質辨識分析體系構建

目前新藥研究的思路主要有兩種，一種是根據藥理學、藥效學和生物學等實驗篩選出具有活性的化合物，另一種是首先以細胞、分子或蛋白為靶標，利用虛擬分子設計、高通量篩選技術對海量化合物進行篩選或垂釣，選出具有活性的化合物再進行藥理學、藥效學研究，此兩種研究思路均需要藥物活性成分群辨識分析技術。因此高效而準確的辨識技術是準確定位研究目標化合物、降低臨床研究風險的關鍵，正如攀登珠峰需要高超精準的技術合理分配體力、規避墜落和雪崩風險、選擇正確的路線前進。常用的辨識技術包括傳統化學分離或活性導向分離后進行結構鑒定、基于藥物生物活性的色譜分離和在線檢測技術[1]、分子印跡技術[2]等。喬延江提出了中藥有效成分族信息辨識技術，并應用于中藥藥性、功效及方劑配伍的藥效物質基礎研究[3]。中藥復方配伍規律的復雜性限制了許多辨識技術的適用性和高效性，因此將研究體系簡化，針對方劑組成之主要矛盾，馭繁為簡，逐層剖析，才能做到悟在天成。

《神農本草經·序例》曰“藥有單行者，有相須者，有相使者，有相畏者，有相惡者，有相反者，有相殺者。凡此七情，合和視之，當用相須相使者良；勿用相惡相反者”，《本草經集注》亦有記載相須、相使“不必同類……各有所宜，共相宣發”。筆者將具有協同增效關系的“相須”、“相使”組成稱為“良關系”，針對中藥復方的主要矛盾提出了“君-使對藥”新概念，構建了“良關系”藥對體系，通過提煉對藥之“七情”與君臣佐使配伍法則，在單味藥與復方藥之間架起橋梁，針對主病或主證，綱舉目張的掌握群體中藥的證候效應，圍繞矛盾的核心方面展開系列研究，為開展復方體內效應物質研究提供了新思路[4]。筆者團隊應用此思路研究了多個復方中的藥對，包括復方丹參滴丸（丹參-冰片）、香丹注射液（丹參-降香）、丹參飲（丹參-檀香）、丹紅注射液（丹參-紅花）、血府逐瘀湯（桃仁-甘草、紅花-甘草）、廣棗-冰片、廣棗-降香、廣棗-檀香、遠志湯（遠志-石菖蒲）等。

現代中藥創智研究不但要揭示中藥活性成分及相關成分，更要闡明在復雜系統內多成分相互作用下的成分與功能、功效的關系。由于中藥化學成分的多樣性、體內代謝過程的差異性、配伍組方的選擇性、功能和作用機制的復雜性，單純一種辨識技術無法科學、全面的表征中藥的活性成分及功效。基于中藥上千年臨床應用的安全和有效，筆者團隊建立了化學分子辨識、因果數理模型辨識、藥物分子功能辨識、功效辨識四大技術，構建了“良關系”之效應物質辨識分析體系，著重解決機體代謝網絡及核心效應物質剖析，從宏觀到微觀再到宏觀闡釋中藥的物質基礎和作用機制。

2.1 基于色譜-固相萃取-光譜-核磁-質譜聯用技術的化學分子辨識

中藥活性成分的化學辨識是中藥現代研究的基礎，有些藥材中的主要成分由于吸收和代謝性質差導致血藥濃度低、效能低；有些中藥的原型成分在體外無活性或活性較弱，但在生物體內可代謝成活性產物；有些中藥成分會引起機體內源性物質的改變，這些都增加了辨識中藥活性成分的難度，基于體內過程的中藥活性成分研究可有效彌補傳統中藥活性物質篩選方法的不足。王喜軍整合了“中藥血清藥物化學、中藥藥代動力學、系統生物學”三維體系來研究中藥，提出“方證代謝組學”的研究思路[5,6]。筆者團隊利用建立的液相色譜-固相萃取-600 M核磁共振譜/飛行時間質譜（HPLC-SPE-600 M NMR-Q/TOF-MSn）聯用平臺，成功辨識了單味藥材麻黃、黃芪、廣棗、澤蘭，配伍藥對紅花-甘草、黃連-梔子、芍藥-甘草和中成藥制劑復方丹參滴丸的化學成分與藥效的關系。

2.2 因果數理模型構建——核心效應物質群辨識

圖1 因果數理模型辨識技術

圖2 受體色譜活性辨識技術

20世紀末以來基因組學、蛋白質組學、代謝組學等系統組學技術廣泛應用于疾病的機理及藥物作用機制研究，為分析藥物-生命復雜巨系統做出了重要的貢獻，上述方法在數據處理過程中主要應用主成分分析、偏最小二乘法、支持向量機等數理方法，過多的強調了差異性而未考慮相關性尤其是因果相關性。中藥復方進入機體后形成“藥物-生命”開放復雜巨系統，如何對這一開放復雜巨系統蘊含輸出海量的數據進行有效分析，辨識出核心效應物質（群）是揭示其“多靶點”作用的關鍵科學問題，科學的數理分析模型可為我們解析海量數據提供有效手段。《道德經》曰：“道生一，一生二，二生三，三生萬物，萬物負陰而抱陽，沖氣以為和”。健康的生命系統陰陽平衡，處于“和”狀態，即健康穩定態，患病的機體即為系統陰陽“失和”，“失穩”從而形成病態，中藥復方進入病體后調整“失和、失穩態”至健康穩定態。筆者團隊基于錢學森的開放復雜巨系統、Prigogine的耗散理論、Harken的協同理論，建立“藥物-生命”開放復雜巨系統的因果數理模型，給出系統中因果關系嚴格數學定義及定性、定量刻畫，從系統蘊含輸出數據中辨識“效-應”物質間單向或互為因果關系，篩選出關鍵“效-應”物質為具有互為因果關系的物質（即因果對），最終確定由最強因果對所形成的物質作為核心效應物質，從而形成了依據藥-時序列數據辨識中藥復方核心效應物質的統計技術。從整體論、系統論角度，對“藥物-生命”開放復雜巨系統相互作用的特性進行了深入分析，結合耗散-協同理論，明確協同作用形成藥物-生命耗散結構的物質基礎為關鍵“效-應”物質及核心效應物質，最終闡釋該耗散結構形成的機制。應用因果數理模型分析了香丹注射液在大鼠腦內的藥-時序列數據，篩選并成功發現了核心效應物質—丹參素異丙酯，藥理藥效學研究確證丹參素異丙酯具有顯著的抗心肌缺血和腦缺血、抗神經炎癥等活性，該實例證實因果數理模型具有很高的可靠性和可信度。

圖3 “良關系”之效應物質辨識技術實例——丹參素異丙酯新藥創制

2.3 中藥效應成分的功能辨識

中藥成分的功能可采用整體模型動物、離體器官和基于細胞、蛋白質技術的高內涵篩選方法進行辨識。賀浪沖等建立了細胞膜色譜相對標準法測定藥物膜受體親和力的平衡解離常數，該值與所評價藥物的藥理活性有關，并篩選了多種中藥的有效成分[7]。在國際市場銷量最好的藥物中有20%是通過受體中最大家族G-蛋白偶聯受體起效的，受體色譜活性辨識技術已成為高效篩選、辨識藥物活性成分的新手段。筆者研究團隊于2005年起研究受體色譜模型，構建了α-腎上腺素受體、β-腎上腺素受體、P2Y12多維受體色譜模型，具有高靶向性、高特異性、高穩定性、高分離能力、高活性預測的特點，并開展了藥物活性靶點辨識研究，提高了活性成分篩選準確率，結合整體模型動物的藥理藥效學評價，成功地將其用于丹參、紅花、桃仁等活血化瘀類中藥成分及其復方制劑丹紅注射液等活性成分的功能辨識，對揭示藥物體內作用機制具有重要意義。

2.4 臨床功效辨識

中藥有效成分治療疾病時或直接或間接發揮的作用并不盡相同，中藥具有多靶點，多重藥效的特點，中藥在辨證論治的配伍理論指導下進行組方后，可能在不同的復方和主治證中，發揮藥效的活性成分及其對功效的貢獻也是不一樣。中藥活性成分的非臨床辨識技術能在一定范圍和程度內完成化學分析和生物學分析，也有不足之處。采用整體實驗動物模型或其組織、細胞、靶點進行功能辨識時，會受到選用藥理模型的有限性、實驗動物和人體的差異、藥理模型造模方法與人體致病因素的不一致、評價藥理作用和臨床觀測指標的不匹配等因素影響，與臨床功效辨識的綜合應用即可達到良好的互補，使中醫藥理論指導下的辨識結果在臨床中得以再驗證和升華。采用以上4種辨識技術，筆者團隊成功的發現并在臨床驗證了丹參素為人體在炎癥反應下會自體產生的內源性物質，發現了復方丹參片（丹參、三七和冰片）在體內的代謝產物丹參素異丙酯，其正是該復方臨床功效的核心效應物質[8]，所建立的策略深入理解了中藥君、臣、佐、使配伍理論的精髓，是一種簡便的創新藥物開發新模式。

圖4 組合中藥分子化學研究思路

3 中西合璧，道法自然——“合策略”之組合中藥分子化學探索研究

攀登珠峰需要合格的裝備和專業的技術保障在高寒、缺氧、高海拔下的安全，更需要全面的策略和精心的準備。李紹平綜述了基于對自由基清除力、對靶標的親和性或內在活性及組效比較法的色譜技術在辨識中藥效應成分的應用，提出根據中醫藥特點建立具有現代科學特征的中藥功效成分研究策略是突破中藥研究瓶頸的關鍵[9]。中醫藥學與現代科技文化是相輔相成的，將中醫藥經典理論、經驗與現代先進研究方法的融合，對中醫藥經典進行深入的探索與科學的詮釋，是現代中藥創智研究的創新體現。

清《醫學源流論》提出“方藥離合論”：“方之既成，能使藥各全其性，亦能使藥各失其性。操縱之法，有大權焉。此方之妙也。”即方成則無藥。筆者團隊基于“復雜-簡單-復雜”的策略，遵循配伍理論的指導思想，提出了組合中藥分子化學“合策略”新藥創制思路，即整合——中西醫藥臨床資源，結合——現代藥物組合等手段，融合——中西醫藥作用優勢，將中醫藥、西醫藥進行整合—結合—融合，從對立的、平面的抉擇走向統一的、立體的交融。組合中藥分子化學藥物設計策略在配伍理論的指導下充分考慮多組分協調作用的宏觀效果，將中藥“方證組方”、“方成無藥”的整體觀念貫穿藥物分子設計理念，針對病與證分別將藥物中小分子或基團依據功能和作用分為“君”“臣”“佐”“使”分子或基團，并各自建立分子庫，引入組合化學的微觀藥物設計方法，參考藥物代謝性質和計算機輔助模擬數據，輔以藥效驗證，以適當的化學方式進行分子的結構改造和相互連接，構建有效、易吸收、生物利用度高、毒副作用小的組合中藥分子，形成一種新的安全、優效、可控的創新藥物分子設計方法[10]。

筆者團隊運用組合中藥分子化學策略設計、合成了新型抗高血壓新藥候選化合物221 s、新型抗癲癇新藥候選化合物93 s及氣血（QXS）拼合物等。221 s系列化合物的構建優化過程分兩步：①建庫，即依據已知化學結構的潛在生物活性分別建立“君”、“臣”、“佐”、“使”分子庫。具體如下：脯氨酸骨架具有血管緊張素轉化酶抑制活性，可作為君分子庫分子母核；酚酸類骨架可加強藥物分子與ACE酶活性中心的鋅離子配位，故該類分子可納入臣分子庫；其他氨基酸骨架與脯氨酸N端相連，具有穩定或增強降壓活性的作用，故將這部分氨基酸化合物納入佐分子庫；冰片、薄荷醇、α-細辛腦等這類辛香走竄、開竅醒神的中藥活性分子可增加整體分子透過血腦屏障，故該類分子納入使分子庫。②化學合成，即通過組合化學的合成方式分別將“君”、“臣”、“佐”、“使”分子庫的各類分子分別加以選擇，化合成一個分子，并結合體內外生物活性篩選結果進一步優化該類分子的化學穩定性、生物穩定性以及與靶點或受體適配性等。經初步藥效學研究，部分化合物降壓作用明顯，副作用小。組合中藥分子化學策略體現了中西醫藥相結合、宏觀與微觀相統一藥物設計理念，221 s系列化合物的研究肯定了該策略在藥物設計中的合理性、有效性與省時性。

4 生命至上，上善若水

“上善若水，水善利萬物而不爭，此乃謙下之德也；天下莫柔弱于水，而攻堅強者莫之能勝，此乃柔德”。水之五德——德、義、道、勇、法。中醫藥文化博大精深，至善若水，中醫藥人肩負著弘揚、發展中醫藥文化艱巨的歷史使命和不可推卸的時代責任。“諸法本有，緣何外求”，從已被幾千年來實踐證明安全、有效的中藥及方劑中去發現有效、并改造成優效的創新藥物將大大提高開發新藥的效率。現代中藥創智研究應秉持著“德”、“義”、“道”、“勇”、“法”，立志于“守中醫藥理論之法”，感悟方成無藥之內涵，正確而全面的理解并運用方劑，“察核心效應成分之明”，基于千年的臨床有效性和安全性，運用組合中藥分子化學方法等設計新型分子，以中藥組方為核心研發創新藥物。我們有能力、有信心、有責任、“至精、至誠、至善”勇攀創智安全、有效可控的中國藥這座8844高峰，為我國再添“大國重器”，鋪展圓夢工程的宏偉藍圖！