創建分析技術 助力中藥發展

吳應清

趙新鋒

“煩暑最宜淡竹葉，傷寒尤妙小柴胡。”幾千年來，中藥一直守護著中國人的生命健康。近年來，隨著《中華人民共和國中醫藥法》等一系列國家政策的頒布與實施，中醫藥得到了前所未有的重視。如何證明中藥的有效性？如何讓中藥在國際上占有一席之地？一批批專家學者正在為此不懈努力。西北大學教授趙新鋒就是其中的重要一員。趙新鋒主要致力于分析新方法的創建及在中藥活性成分篩選中的應用研究，意在通過現代的技術手段，明確中藥功效物質，揭示其作用機制，從而證明中藥理論的科學性。

中藥是否有效，歸根于其含有的功效成分。中藥源于天然產物及其加工品，包括植物藥、動物藥、礦物藥及復方制劑，成分組成十分復雜，以至于其功效成分分析鑒定難度大?；诖?，趙新鋒決定借鑒釣魚原理，融合色譜技術展開研究。

一般而言，藥物要發揮作用，首先與體內受體等功能蛋白質識別并結合，啟動級聯式信號轉導通路而發揮藥效。其中，最大的一類體內受體為G蛋白偶聯受體（GPCR）。因為功能蛋白質和藥物成分之間存在對應關系，因此GPCR就可以像路霸一樣，攔住沒有通行證的藥物成分。

“所以我們在想，將GPCR作為藥物作用的靶點，提取分離純化出來做成魚餌，固載于色譜填料表面，創建受體色譜技術，辨識中藥中的功效成分?！壁w新鋒補充說，“高效分離中藥的功效成分，也是創建受體色譜技術的初衷?！?/p>

科研最終的目的是應用。受體色譜技術的創建，一方面可以快速辨別中藥中的功效成分，開發新藥；另一方面，清楚藥物作用靶點，明晰藥物治病機理，可以助力中藥提高國際認可度。趙新鋒說：“中藥是我們最具有原創優勢的科技資源，是世界理解中國的一種方式，也是中國走向世界的橋梁。受體色譜技術的推廣，必定會對資源的開發和國際化應用起到積極作用。”

走化學與醫學融合之路創建分析新技術

1997年，趙新鋒考入西北大學化學系，在學習中，他逐漸認識到化學的魅力。“化學創造了多彩世界，也是我們認識世界的主要途徑，有助于我們回答這個世界是由什么組成的，這個世界包含什么等問題?！痹诤闷嫘牡囊I下，趙新鋒叩響了化學的大門。

轉眼間，畢業來臨，指導老師安排趙新鋒前往西安交通大學完成畢業設計，機緣巧合下進入了鄭曉暉老師的課題組，內容是復方體內代謝研究。加上西安交通大學醫學院良好的醫學氛圍熏陶，很快，趙新鋒就對醫學產生了濃厚的興趣?！盎瘜W能認識世界，醫學能維護生命健康。因此，我就想能不能走化學與醫學融合之路，為中醫藥做點貢獻?！壁w新鋒說。

但是本科畢業后，趙新鋒選擇了工作，所以做中醫藥相關研究的念頭就這樣被摁下了暫停鍵。不過，終究是“心有所屬”。2003年，趙新鋒考入西安交通大學理學院，攻讀碩士。而后，他又于西安交通大學醫學院攻讀博士，重新拾起醫學研究夢。

讀博期間，趙新鋒拜師于全國著名心血管藥理學專家臧偉進教授門下。趙新鋒介紹說，導師要求很嚴格，希望學生能在科研上超越她，開拓新的研究方向。在臧偉進教授的啟迪下，加上本科畢業設計階段鄭曉暉教授色譜知識方面的啟蒙，趙新鋒找到了屬于自己的科研方向：受體色譜創建及應用研究。圍繞這一主題，他完成了博士學位論文研究的全部工作，并于2009年進入西北大學開展教學與科研工作。

很快，趙新鋒發現現有思維方式和知識結構很難滿足分析新方法創建和中藥研究的需求。因此，他決定出國留學。那時候，歐洲和美國代表著兩種不同的科研體系。要想把握最前沿的研究，必須去體系最成熟的學校學習。抱著這樣的想法，趙新鋒聯系并趕赴劍橋大學。在擁有800年建校歷史的知名學府接受熏陶。在那里，趙新鋒見識了歐洲人做事嚴謹的一面，他發現，許多國外知名大學包括倫敦大學、哈佛大學和劍橋大學都在研究中藥，這種現象極大地鼓舞了他，也堅定了趙新鋒從事中藥研究的決心。

受體色譜研究需要綜合具備化學、藥學和醫學等學科背景知識。為了提高自己的分析化學水平，趙新鋒于2017年再次奔赴國外，在全球分析化學排名前列的美國普渡大學深入學習。在這所化學殿堂，“核酸適配體篩選”和“別構作用”的研究拓展了趙新鋒的研究方向。同時，普渡大學科研人員勤奮、努力的品質，也給趙新鋒留下了深刻的印象。

“總而言之，研究過程中，心態要平和，平和之后才能嚴謹?！睂τ趪馑茫w新鋒如是總結。

聚焦G蛋白偶聯受體開展多角度研究

受普渡大學合作導師毛成德教授有關核酸組裝結構研究的影響，回國后，趙新鋒將其引入受體色譜新技術的創建研究，申請了“別構響應型受體色譜方法建立及評價”項目研究。申請的契機主要在兩方面：一方面，在前期的研究中，趙新鋒發現特定核酸適配體與GPCR結合后，能使受體穩定至單一活性構象態?！拔覀兿胫栏淖兪荏w構象的機制是什么，是否與核酸適配體結構有關。”另一方面，趙新鋒認識到通過堿基序列設計可以精準控制DNA結構，從而控制受體構象，這就為中藥成分篩選提供了思路。

傳統的基于受體親和作用的中藥成分篩選方法，是通過受體能否與目標成分結合來判斷的。但能與受體結合的藥物成分也有兩大類：一類是激動劑，另一類是阻斷劑。在實際的篩選過程中，現有的方法和技術不能直接區分與受體結合的成分是阻斷劑還是激動劑，還需要后期大量藥理學實驗進行確證。趙新鋒通過查閱大量文獻發現：阻斷劑、激動劑與受體的結合作用對受體構象具有很強的選擇性。

受此啟發，趙新鋒在受體色譜基礎上，將核酸適配體穩定受體構象的特性引入固定化受體色譜固定相的制備過程，希望建立一種別構響應型受體色譜方法，實現GPCR別構配體的高效篩選。

“這個課題如果能成功，就能在藥物成分篩選上節省大量的時間和精力，不僅如此，還能突破傳統GPCR正構配體藥物研發的瓶頸，為高效藥物研發提供新原理和新方法?！壁w新鋒介紹說。

除了主攻實驗室研究，趙新鋒還致力于解決企業實際生產難題。在這一方面，趙新鋒與相關企業合作，對多個陜產名優復方制劑進行了研究。其目的是解析復方制劑功效成分，優化提升其質量標準，助力陜西省經濟發展。

“歸根結底還是成分問題，”趙新鋒說，“因為我們不清楚，中藥里導致過敏的成分是什么，毒性成分是什么，功效成分是什么，真正能用于控制穩定性和質量的成分是什么。所以要解決問題，需要開發一種門檻低、自動化程度高、簡便的受體色譜功效物質靶向辨識和篩選技術?！?/p>

項目的最終目標是要實現抗呼吸系統疾病復方功效物質靶向辨識和篩選，明確其作用靶點，闡明其作用機制，形成2～3種中藥功效物質辨識和篩選共性關鍵技術，并獲得2～3個具有自主知識產權的呼吸系統病高成藥性功效成分，為將其進一步開發為創新藥物奠定基礎。

不僅如此，具有自動化、智能化和高通量等特點的受體色譜技術，也將有望解決藥物功效成分篩選盲目性大、周期長和臨床風險大等問題，為經方優化、成藥升級和中藥創新藥物研發提供技術支撐，對促進陜產名優道地藥材和中成藥制劑二次開發，提升產品質量和安全性，構建新型藥物研發鏈，推動陜西醫藥產業快速發展具有一定意義。

除了藥物成分篩選需求，同步評價藥物的藥理活性也是領域內亟待解決的問題。在生物體內，GPCR在藥物作用下與G蛋白發生偶聯，進而啟動下游級聯式信號通路而發揮藥效。因此，受體與G-蛋白的結合行為是藥物后期功能學活性的重要體現指標。受此啟發，趙新鋒主持的“基于G-蛋白偶聯受體信號轉導通路的復雜體系藥物活性成分色譜篩選方法”項目以G蛋白相關肽為探針，在受體色譜研究基礎上，同步考察藥物-受體、受體-G蛋白相關肽的相互作用及其影響，期望建立一種基于體內受體信號轉導通路的藥物活性成分色譜篩選方法，有效降低已有親和色譜方法篩選的盲目性，提高準確率，為解決藥物活性成分篩選這一新藥創制過程的瓶頸問題提供借鑒。

但課題在進行過程中并不順利。“我們設想的是，在色譜柱上，用G蛋白相關肽模擬G蛋白的信號轉導活性，以此在篩選藥物活性成分的同時評價有效成分對受體信號轉導通路的影響。但在實際操作過程中，肽在色譜柱上，并沒有出現預期的結果。”

卡住了大概有一年的時間，趙新鋒及團隊最后研究發現，肽在分析之前，需要對它進行特殊的處理?！八枰郫B為正確的立體結構后才會在受體色譜柱上有相應的色譜峰出現?！?/p>

解決了肽結構問題之后，功能蛋白質-藥物相互作用快速分析軟件的開發又出現卡殼。當時，研究人員寫出來的軟件代碼總是得不到預期的模擬效果。后來，趙新鋒發現美國有一位教授做過類似的代碼工作，于是通過郵件，雙方建立了合作關系。在中美小組共同努力下，問題被順利解決。目前軟件已經開發出來，并獲得了軟件著作權。

有詩言，梅花香自苦寒來。雖然歷經挫折，但項目如能成功解決藥物活性成分篩選準確率低的難題，這對GPCR靶向藥物研發具有重要意義，雖然只是藥物成分分析的一小步，卻也有可能讓中藥研究向前邁進一大步。

站好三尺講臺引領新生力量

“我的人生理想是站好三尺講臺，做點科研，帶好學生。”對于教學的熱愛，趙新鋒毫不掩飾。他認為，教學和科研是相互促進的關系。教學可以獲得很多年輕人的奇思妙想，激發科研靈感；而科研反哺教學，可以助力知識內容更新。“如此，便能給學生講好課，帶學生做好科研?！?/p>

趙新鋒的受體色譜組是一個十分年輕的穩定團隊。趙新鋒說，一方面，因為大家都立足西部地區，致力于為西部發展做貢獻；另一方面，大家都對色譜感興趣，熱愛中醫藥，有共同點，所以團隊氣氛很和諧，凝聚力很強。

未來，趙新鋒希望團隊可以為醫藥產業提供“更穩定、更簡單、更容易推廣”的方法和技術。他解釋說，團隊前期開展的基礎方法和技術研究，在實驗室可行，但在實際推廣應用中，有時會出現各種各樣的問題。這是因為，受體色譜固定相制備的門檻比較高。企業需要在化學知識儲備充足的情況下，首先分離純化受體，然后在保持受體活性的條件下，用溫和的化學方法，將其連到色譜填料上，最后用該填料裝填色譜柱，進行色譜分析和藥學評價?！斑@對以產業為優勢的企業要求太高，所以必須把受體色譜固定相做得更穩定，技術門檻更低。”

趙新鋒對固定相制備過程的設想是，希望可以實現“一步到位”。即將細胞的裂解液或組織的提取液通過簡單混勻方式，將目標蛋白固定到色譜填料表面，只要企業能養細胞，就能制備受體的固定相。“這樣，技術一旦成形，一方面可以更穩定，另一方面，也更具有推廣前景?！?/p>

除此之外，圍繞色譜新領域，趙新鋒希望未來可以一方面聚焦受體色譜固定相的制備方法，另一方面，聚焦拓展受體研究的種類。他解釋說，目前受體研究的種類比較少，這意味著其能解決的產業問題相對有限。未來，可以從心腦血管病拓展到呼吸系統病再拓展到神經退行性疾病，以此形成系列，真正實現中藥復雜方劑的智能化、高通量、多靶點的同時篩選。

雖然工作繁忙，但趙新鋒還是會抽出時間自我調節。所以在工作之余，他還會盡量兼顧家庭生活。比如，利用寒暑假和家人朋友一起出去旅游。只不過，在走遍祖國大好河山的同時，他還會“順道”調研一下當地的藥材資源。

中藥推廣，道阻且長。除去文化差異等影響因素，中藥自身也需要經過洗禮，以更加精準的藥物成分、精確的用藥配方，嶄露于世界舞臺。如今，中藥已入鍋爐，藥香正在發散，趙新鋒將持續添柴加薪，為中藥的發揚光大，貢獻自己的力量。

走上科研這條路，就注定了只有等出來的美麗，沒有一蹴而就的輝煌。在這么多年的時光里，趙新鋒用一份堅韌、一份執著，鐫刻出了他內心對于分析化學和中醫藥最深沉的熱愛。也許真正曠達的人生便是如此，戒驕戒躁，不忘初心，心境澄明，方得始終。