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      基于整體觀中藥質量標志物的發(fā)現及研究進展

       生物_醫(yī)藥_科研 2019-10-16

      摘  要:中藥質量是中醫(yī)藥應用、發(fā)展和傳承的重要因素,是中藥發(fā)揮臨床療效的保障。長期以來,具有復雜性和多樣性特征的中藥,特別是由多種中藥組成的復方中藥藥效物質基礎尚不明確,限制了其質量標準的制定,影響了中醫(yī)藥國際化的進程。質量標志物主要依據中藥屬性、制造過程及配伍理論等特點提出,是中藥及中藥復方質量評價的指標性成分。近些年來關于質量標志物的解析和應用研究得到了迅猛的發(fā)展,為質量標準的制定提供更加科學、明確的方向。從中藥方劑整體觀研究體系出發(fā),圍繞中藥復方的藥理活性以及相關化學物質基礎、整合系統(tǒng)生物學和網絡藥理學的前沿技術,對質量標志物的發(fā)現進行綜述,介紹相關經驗方法和研究進展,以期為發(fā)現與臨床療效相關的藥效成分即質量標志物提供豐富有益的方法指導。

      中藥質量是中藥有效性、安全性的關鍵因素,是中醫(yī)臨床用藥的安全保障。針對中藥及其復方開展穩(wěn)定可控的質量評價研究,不僅有助于反映中藥材的品質,也有助于中醫(yī)藥在國際上的推廣和應用。由于分析技術的迅速發(fā)展以及各學科的交叉加速融合,中藥質量評價研究方面有了全方位的進步,從單個指標成分的測定到基于指紋圖譜的多指標成分測定,從基于對照品的含量測定到一測多評等方法,積極有效地提升了整體中藥質量評價水平,有效促進了中醫(yī)藥現代化的發(fā)展。

      中藥質量標志物(quality marker,Q-marker)是2016年由劉昌孝院士為提升中藥及其產品質量標準、健全國家藥品標準體系、促進中醫(yī)藥產業(yè)健康發(fā)展而提出的概念[1]。近幾年來,以研究質量標志物為核心目標,中藥及其復方在基礎研究、藥理學研究等方面實現了蓬勃發(fā)展,極大地推進了中醫(yī)藥的國際化和標準化進程。本文以傳統(tǒng)中醫(yī)理論為依據,借鑒前期中藥方劑麝香保心丸整體觀研究思路,結合近年來關于中藥和復方中藥的現代藥理學及其藥效物質基礎的研究進展,并整合系統(tǒng)生物學和網絡藥理學等前沿技術,深刻地闡述質量標志物的發(fā)現過程、發(fā)現方法和研究進展,明確了中藥及其復方的有效性、物質基礎、質量標志物之間的關聯(lián)性,健全中藥及中藥復方質量控制研究體系,有效促進中藥國際化和標準化的健康發(fā)展。

      1  中藥方劑的整體觀研究體系

      “整體觀”源于《易經》的原始系統(tǒng)觀念,成于《內經》“天人合一”的自然整體論與元體-陰陽-五行學說的有機自然觀[2]。中藥質量標準的研究與制定,必須是基于“藥效組分”的整體觀的基礎來進行[3],即具有明確的化學結構和生物活性。為了開發(fā)“藥效組分”,將現有的中藥方劑學研究方法與傳統(tǒng)中醫(yī)藥理論和現代科學技術集合,并遵循系統(tǒng)論和還原論相結合、宏觀與微觀研究相結合、體內研究和體外研究相結合的原則,以高分辨質譜儀、核磁共振儀等儀器為技術平臺、多元統(tǒng)計學方法為技術手段、系統(tǒng)生物學和網絡生物學等先進技術為支撐,圍繞中藥復方的藥理活性以及相關化學物質基礎,提出一種包括化學物質基礎研究、現代藥理研究、系統(tǒng)生物學以及網絡生物學研究的現代中藥方劑研究體系[4],該體系既體現了中藥的整體觀,又強調辨證分析方法,有助于開發(fā)“有用的分子”,即中藥質量標志物,為中藥質量標準的制定提供科學依據。課題組以該研究體系為指導,基于整體觀思路,對麝香保心丸(SBP)的藥理作用及其藥效物質基礎開展了系統(tǒng)剖析,基本上闡明了SBP與治療心肌梗死相關的有效成分和作用機制,發(fā)現其質量標志物,使SBP成為一個質量可控、療效明確的經典中藥名方。

      化學物質基礎的解析是開展中藥質量控制的前提。為了了解SBP的化學物質基礎,采用HPLC-DAD-MS鑒定了包括人參皂苷類、蟾蜍甾烯類、膽酸類等不同類型共47個化學成分[5],GC-MS分析結果經NIST05數據庫的比對,共鑒定了SBP中49個揮發(fā)性化學成分[6]?;瘜W物質基礎的明確為血清藥物化學和藥動學研究奠定了基礎。經過進一步開展大鼠口服SBP后血清藥物化學分析,共發(fā)現了35個入血成分,其中有27個原型成分和8個代謝產物[7-8]。在已鑒定的入血移行成分中,有許多成分與心血管系統(tǒng)疾病的預防和治療息息相關,如肉桂中的肉桂醛能夠抑制腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導的細胞黏附因子的產生,可以減少血小板聚集和血栓形成,有利于對抗動脈粥樣硬化[9];蟾蜍中的蟾毒靈能抑制心肌細胞膜上的Na+,K+-ATP 酶,從而使心肌細胞內Na+濃度增高,Ca2+則通過Na+-Ca2+交換進入心肌細胞,使心肌收縮力加大,對于心衰有積極的治療作用[10]。隨后考察酯蟾毒配基、蟾毒靈、日蟾毒它靈、沙蟾蜍精及蟾毒它靈在心、肝、脾、肺、腎和小腸的組織分布情況,結果顯示,蟾蜍甾二烯類化合物主要分布在血量充足的組織中如肺、肝及腎等,然而在其靶器官心臟中的含量卻不高,這可能與該類化合物發(fā)揮強心作用的機制相關[11]。另外,開展各活性成分之間透膜吸收的相互作用實驗發(fā)現,2個揮發(fā)性成分冰片和麝香酮對人參皂苷均有促進吸收的作用[12],說明冰片和麝香2味藥材在SBP中發(fā)揮著“藥引”的作用。

      安全性和有效性是質量控制的基礎,基于藥理活性的質量標志物的發(fā)現,對于中藥或中藥復方研究具有重要意義。以SBP中促血管新生的主要活性成分的發(fā)現為例,采用原代人臍靜脈內皮細胞模型評價入血成分對內皮細胞增殖活性的影響。對SBP及其26個入血成分進行促血管新生活性研究,結果發(fā)現SBP、肉桂醛及人參皂苷Rg3、Rh2具有顯著的誘導內皮細胞增殖活性[4]。

      隨著研究的深入,將現代技術進一步運用到SBP研究中,有助于更深刻、系統(tǒng)地了解其作用機制,挖掘其真正發(fā)揮作用的有效成分。采用代謝組學技術結合現代藥理研究,揭示SBP組分配伍對急性心肌梗死大鼠預保護作用及多成分協(xié)同作用機制。其中,SBP組分為前期入血成分篩選的有效活性成分肉桂酸、麝香酮、蟾毒靈、人參皂苷Rb1、人參皂苷Re、膽酸和冰片,結果顯示,SBP組分配伍的作用機制主要包括抑制與急性心肌梗死相關的血小板代謝異常、氧化損傷和炎癥。而SBP組分配伍7種單體成分對急性心肌梗死大鼠的預保護作用均不如SBP組分配伍的療效好,進一步說明了SBP是通過來源于多味藥材的多個成分通過協(xié)同作用而發(fā)揮療效[13]。由此,這7個成分可以作為SBP的質量標志物。隨后利用網絡藥理學技術和現代藥理研究,對SBP治療心血管疾病的作用機制進行了系統(tǒng)研究[14]。通過計算藥物對疾病的網絡作用得分,說明SBP治療心血管疾病的有效性。利用藥物靶點或疾病基因對網絡全基因進行打分,再計算疾病或藥物對信號通路的影響得分,通過分析顯著作用的信號通路的生物學過程來揭示SBP對心血管疾病的作用。利用基因芯片數據對使用的方法進行了驗證。結果顯示,入血成分在SBP全方治療心血管疾病過程中發(fā)揮重要作用。藥物通過網絡的形式對基因進行調控,從而達到治療疾病的目的。網絡藥理學研究進一步驗證其入血成分為SBP的有效成分。

      2  基于化學物質基礎中藥質量標志物的發(fā)現

      化學物質基礎研究是中藥質量標志物的發(fā)現過程中必不可少的基礎和前提,在中藥復方整體研究體系中占據重要地位。它是以中醫(yī)藥理論為指導,運用現代分離分析技術,先確定中藥化學成分,再結合藥效評價和中藥血清藥物化學研究確定中藥的有效成分。近年來,關于中藥質量標志物的發(fā)現,集中在對血清藥物化學和藥動學研究方向。

      2.1  中藥血清藥物化學研究

      中藥血清藥物化學是王喜軍教授在日本學者田代真一的研究基礎上提出的研究方法,即通過研究血清中的外源性物質,觀測吸收入血的中藥活性物質及其代謝規(guī)律,以研究中藥在體內藥效物質基礎和作用規(guī)律[15]。血清藥物化學這一概念自提出以來,便得到了廣泛的關注和認可,從中藥眾多復雜成分中找到真正進入體內的入血成分,便于確定潛在的發(fā)揮作用的有效成分,即是中藥質量標志物。以中藥給藥后的血清作為研究對象,通過多種現代分離分析技術,從血清中分離、鑒定移行成分,研究血清中移行成分與傳統(tǒng)藥效的相關性,為中藥質量控制的開展提供依據。

      高分辨質譜儀常用于中藥血清藥物化學成分解析,由于其靈敏度高、檢測限低,在中藥的分析發(fā)展過程中起著舉足輕重的作用。近幾年來,隨著儀器靈敏度和精密度的不斷提高,物質基礎的研究得到進一步深入,為質量標志物的發(fā)現和確認提供更準確的數據支持。復方丹蛭片具有益氣通絡、活血化瘀的功效,臨床上用于缺血性腦卒中經絡之氣虛血瘀證的治療。課題組首先通過超高壓液相色譜-

      2.2  藥動學研究

      中藥化學成分在體內的暴露程度及動力學變化規(guī)律是反映中藥有效物質的客觀基礎和依據?;谠统煞趾腿胙煞旨按x產物的結果,體內過程研究包括吸收、分布、代謝、排泄的經時過程(ADME/T)及其動力學規(guī)律,稱為藥動學研究[21]。大部分情況下,中藥經口服后可以在體內進行吸收代謝,所以原型成分和代謝后的產物均可以作為發(fā)揮治療作用的物質基礎,藥動學研究在闡明中藥的藥效物質基礎和質量標志物的鑒定中發(fā)揮重要作用[22]。藥物是否有效,最終是通過藥物的藥理效應來表現。藥動學/藥效學(pharmacokinetic/ pharacodynamic,PK-PD)技術的發(fā)展,可體現化合物通過量-效和體內過程的變化規(guī)律,反映給藥后中藥的物質暴露和影響因素,為藥動學標志物的確認提供幫助。與藥動學標志物的不同點在于,質量標

      Gao等[23]建立了一種靈敏度高、選擇性好的UPLC-MS/MS方法,并將其應用于雷公藤苷片的定量和藥動學研究。對佐劑關節(jié)炎大鼠和正常大鼠口服不同劑量雷公藤苷片后不同時間點的PK-PD進行研究。用DAS 1.0測定和計算藥動學特性。采用單因素方差分析法,通過足腫脹的變化來評價雷公藤苷片的藥效學。藥動學研究結果表明,雷公藤次苷的峰濃度和曲線下峰面積顯示劑量依賴性和時間依賴性。但對于雷公藤吉堿來說,沒有發(fā)生體內蓄積的現象,其血漿濃度顯示低暴露。因此,其很難成為雷公藤苷片的藥動學標志物,雷公藤次苷被認為是雷公藤苷片的生物活性和毒性成分,可以同時作為質量標志物和藥動學標志物。最終得出結論,雷公藤苷片的質量、臨床安全性和療效應通過雷公藤次苷的含量來評價。Zhang 等[24]以質量標志物理論為基礎,結合抑制活性腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的PK-PD研究芪藶強心膠囊的質量標志物。將體外含量較高、體內暴露較好的生物活性成分作為其治療慢性心力衰竭的標志物,與活性腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的抑制作用密切相關。結果表明,黃芪甲苷、毛蕊異黃酮-7-葡萄糖苷、芥子堿和人參皂苷Rg1可作為芪藶強心膠囊治療慢性心力衰竭的質量標志物。Chen等[25]成功評價并篩選了銀蘭膠囊中具有脂質調節(jié)作用的質量標志物。經過藥動學研究,證明羽扇豆醇和人參皂苷Rb3 2個化合物具有良好的生物利用度,它們通過靶向肝X受體(liverX receptor,LXR)mRNA及其相關途徑發(fā)揮脂質調節(jié)作用,證實其也是銀蘭膠囊中的質量標志物。這些研究成果不僅能推進中藥及其復方的臨床用藥有效性和安全性,而且還能為中藥質量標志物的預測提供一條創(chuàng)新的思路。

      3  基于現代藥理中藥質量標志物的發(fā)現

      3.1  以藥理活性為導向篩選質量標志物

      中藥治療疾病的作用是中藥有效與否的關鍵依據和核心內容,是確定臨床用藥的重要指標,反映了中藥的本質特征。有效是質量標志物的核心要素,是中藥質量控制的主要依據和根本目的[21]。建立一套新穎、具體的中藥質量評價體系,不僅需要涉及成分,而且涉及生物活性。Zhong等[26]將三七總皂苷的化學成分與藥理活性相結合,篩選了三七總皂苷的質量標志物,并采用建模方法考察了質量標志物與關鍵工藝的關系,優(yōu)化工藝,提升效率,結果表明,三七總皂苷最佳萃取過程和柱色譜過程,對質量標志物的含量高低影響最大。在97個已鑒定的化合物中,三七皂苷R1及人參皂苷Rg1、Re、Rb1和Rd是三七總皂苷的質量標志物。Dai等[27]基于系統(tǒng)藥理學發(fā)現黃芩湯中減輕腸道損傷的質量標志物包括芍藥苷、黃芩苷、野黃芩素、甘草酸、去甲漢黃芩素、黃芩素、漢黃芩素和千層紙素A。依據8個化合物在黃芩湯中的相應濃度,將它們重新組合作為有效組分群,通過傷口愈合試實驗和炎性因子測定實驗,驗證了有效組分群與黃芩湯的生物活性等效性。綜合結果表明,有效組分群與黃芩湯生物活性相接近,它們可作為其質量標志物。

      3.2  與生物標志物相關聯(lián)的質量標志物篩選

      生物標志物(biomarker)是標記系統(tǒng)、器官、組織、細胞及亞細胞結構或功能的改變或可能發(fā)生改變的生物學或生物化學指標。基于藥物臨床適應癥的質量生物標志物(Q-biomarker)可評價中藥與生物體作用時的效價,從臨床藥理作用和質量控制角度直接反映藥物的有效性和安全性,完善質量控制的評價體系[28]?;谏锘钚詫⑸镄r和生物標志物相結合,為中藥的質量控制提供一種新的策略[29]。Zhang等[30]以五味子藥材為例,采用了多種分析方法和數據處理方法,探索具有抗抑郁作用的質量標志物。采用高分辨率質譜儀鑒定和半定量了大鼠腦組織樣本中6種木脂素類成分,生物信息學分析顯示該活性成分均能調節(jié)與去甲腎上腺素能、多巴胺能和血清素能途徑相關的各種生物標志物。利用高效液相色譜-質譜/質譜聯(lián)用(HPLC-MS/MS)方法,選擇這3種途徑中所含的單胺類代謝產物,基于靶標代謝組學篩選五味子治療抑郁癥的潛在生物標志物,并利用6種成分與潛在生物標志物的相關性分析,揭示了五味子醇甲、五味子甲素、五味子丙素和戈米辛N可以作為五味子的質量標志物。這些研究結果有助于同時實現復雜成分與臨床療效的統(tǒng)一性,對中藥發(fā)展意義深遠。

      3.3  以多元統(tǒng)計分析法為手段的質量標志物篩選

      多元統(tǒng)計分析法是從中藥復雜體系中篩選有效成分的強大、有效的手段。以現代藥理學為基礎的質量標志物的篩選,多元統(tǒng)計分析方法發(fā)揮了重要的作用。以市售蟾蜍藥材的質量評價為例,He等[31]先采用預分離色譜法和高分辨質譜法對蟾蜍的小分子和肽類成分進行了鑒定。通過數據庫檢索發(fā)現,毒素是由相對分子質量范圍在400~2 000的游離/共軛型蟾蜍甾烯和多肽組成。然后,采用偏最小二乘法(PLS)多元統(tǒng)計分析法篩選出蟾蜍甾烯(VIP>1.5)是蟾蜍發(fā)揮抗腫瘤細胞活性標志物,包括21個已鑒定的蟾蜍甾烯類成分和7個未知化合物?;跈嘀叵禂敌U?個蟾蜍甾烯類成分的總含量作為質量評價指標,且與蟾蜍對腫瘤細胞的抑制作用有良好的相關性。相關系數從0.4增加到0.6。因此,該策略比傳統(tǒng)的圖譜-效應關系方法在質量標志物的鑒定上有了顯著的進步。

      3.4  以多維變量為基礎質量標志物的篩選

      中藥成分復雜,不同成分的生物活性各異,各成分之間在疾病生命系統(tǒng)中表現出復雜的關聯(lián)規(guī)律,體現“多重藥理功效”特點[32]。尋找“多重藥理作用”的來源及所對應的質量標志物,可以通過合理地制定多種考察指標,建立多維變量構建模型的研究策略來實現。Jiang等[33]開發(fā)了一種基于識別和鑒定質量標志物的方法,對中藥進行質量控制,主要以含量、穩(wěn)定性、藥動學和藥理學4個維度的7個變量為基礎,采用“蜘蛛網”模型,以待測分析物的回歸面積(A)和變異系數(CV)為指標,對中藥候選化合物的性質進行評價,以獲得質量標志物。重要性指數(IMI)參考方程為IMI=A×1/CV。以回歸面積較大、變異系數較小的化合物作為質量標志物,它具有較好的含量、穩(wěn)定性、藥動學和藥理活性。相反,化合物的性質不理想、回歸面積較小、變異系數較大,則不能代表中藥的質量,排除這些化合物?!爸┲刖W”模型可以過濾掉多余的成分,把重點放在質量控制的關鍵指標質量標志物上,篩選出的質量標志物在眾多復雜的中藥成分中具有含量、穩(wěn)定性、藥動學和藥理學的最佳綜合特性,能夠全面表征中藥的內在質量。Li等[34]采用整合藥理學方法,結合化學和生物合成分析、藥物代謝和網絡藥理學,對元胡止痛片的活性成分進行鑒定,并闡明其分子機制。采用灰色關聯(lián)分析(GRA)和最小二乘支持向量機(LS-SVM)回歸技術等數據挖掘方法,建立了成分與療效、多維度劑量效應之間的相關性?;陧憫?、單味藥的特有成分及代謝產物、對活性具有重要貢獻等因素,確認了延胡索乙素、別隱品堿、原阿片堿、延胡索堿、歐前胡素、異歐前胡素、白當歸素7種成分為元胡止痛片的質量標志物。通過進一步數據挖掘發(fā)現,其中3個質量標志物原阿片堿、別隱品堿和延胡索堿,與元胡止痛片的多種生物活性高度相關。最終選擇了延胡索乙素、延胡索堿和歐前胡素3種成分作為必要成分組合,可區(qū)分藥品真?zhèn)?,并可提升元胡止痛片的質量控制標準。基于多維變量的質量標志物篩選,有利于體現傳統(tǒng)中醫(yī)理論,兼顧“君-臣-佐-使”藥材的有效成分,實現對中藥復方更加全面的質量控制。

      4  基于系統(tǒng)生物學技術中藥質量標志物的發(fā)現

      系統(tǒng)生物學的概念和研究體系最早由美國的LeoryHood教授提出[35],它是以整體性和系統(tǒng)性研究為特征的一種科學,與中醫(yī)藥的整體性作用規(guī)律相一致,是在細胞、組織、器官和生物體整體水平上研究結構和功能各異的生物分子以及在特定條件下,如遺傳、環(huán)境因素變化時,分析這些組分間相互關系的學科,并通過生物信息學來定量闡明和預測生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學的目標就是要得到一個理想的模型,使其理論預測能夠反映出生物系統(tǒng)的真實性,且可以用來預測系統(tǒng)受到干擾后的行為,包括代謝組學、基因組學等內容。

      中醫(yī)方證代謝組學是整合了中藥血清藥物化學與代謝組學的一項新策略,在方證對應并顯效的情況下,發(fā)現與臨床療效相關、體現方劑配伍、可追溯體內代謝和制備過程的中藥藥效物質基礎的研究策略,是發(fā)現中藥質量標志物的有效方法[36]。一方面,利用代謝組學技術從內源性小分子代謝層面表征證候代謝輪廓及發(fā)現生物標記物,實現證候的精準診斷,并以代謝輪廓和生物標記物為參數精準評價方劑整體效應;另一方面,采用一體化研究,利用血清藥物化學方法闡明有效狀態(tài)下方劑體內顯效成分,將內源性證候的生物標記物與體內的外源性方劑成分相關聯(lián),闡明方劑藥效物質基礎及作用機制[37]。當前,中醫(yī)方證代謝組學已在多個疾病證候及多個相關方劑中成功開展實踐應用。

      Sun等[38]基于高通量中醫(yī)方證代謝組學策略,對臨床主要用于治療肝膽系統(tǒng)疾病引起的濕熱黃疸中藥方劑茵陳蒿湯進行分析。采用高靈敏度UPLC-MS技術,共鑒定出茵陳蒿湯中69個化學成分,其中41個成分被吸收入血;隨后鑒定了濕熱黃疸綜合征的34個尿液生物標志物。利用高通量中醫(yī)方證代謝組學對尿液生物標志物和入血成分進行相關性分析,最終確定9種主要化合物作為茵陳蒿湯發(fā)揮療效的質量標志物。Wang 等[39]探討了開心散治療APP/PS1阿爾茨海默病轉基因小鼠的作用及潛在的質量標志物?;谛碌哪繕俗R別、經典的Morris水迷宮實驗、β-淀粉樣蛋白1-42(Aβ1-42)的免疫組化檢測、HE染色、血漿代謝譜分析,并采用中醫(yī)方證代謝組學策略,應用Pcms軟件分析了生物標志物和入血成分之間的相關性,最終確定了開心散治療阿爾茨海默病的5個質量標志物為人參皂苷Rf、人參皂苷F1、20-O-吡喃葡萄糖基人參皂苷Rf、去氫茯苓酸和E-3、4、5-三甲氧基肉桂酸?;谠撗芯坎呗?、模型和方法,Zhang等[40]同時對治療阿爾茨海默病的另一中藥復方生脈散進行了分析。結果證明了五味子甲素、異五味子甲素、當歸酰戈米辛Q、戈米辛D、當歸酰戈米辛H、戈米辛M2、人參皂苷F1、20(R)-人參皂苷Rg3 8個成分與藥效緊密相關,可作為生脈散治療該病的質量標志物。Ma等[41]選擇具有抗腫瘤活性的蟾蜍毒液作為模型,開發(fā)了基于代謝組學的篩選和質量一致性控制(MSQCC)方法,用來應對天然藥物化學變異性存在較大不一致的問題。依據代謝組學和生物學圖譜共篩選9個天然蟾蜍樣本,鑒定了24個蟾蜍甾烯類成分是其發(fā)揮抗癌作用的質量控制指標。隨后對不同批次蟾蜍樣本包含脂蟾毒配基、日蟾蜍他靈等9個蟾蜍甾烯類成分進行定量分析后,并有效應用于解決廠家對天然藥物制劑批次之間的差異大的問題。因此,中醫(yī)方證代謝組學的發(fā)展,不僅能夠直接發(fā)現和預測中藥有效成分和潛在靶點,還可作為發(fā)現中藥質量標志物的重要途徑,最終為質量控制提供新思路。

      5  基于網絡藥理學技術中藥質量標志物的發(fā)現

      通過網絡來描述現實世界中大量復雜的系統(tǒng),用頂點和連線來表示個體間的聯(lián)系,又稱網絡模型。通過建立網絡模型,可以將復雜生物系統(tǒng)的相互作用抽象表達成網絡,通過分析復雜網絡的成分關系和特點,對生物實現系統(tǒng)認知。從分子水平上看,中藥復方的作用具有多組分、多靶點的特點,中藥方劑發(fā)揮作用的效應是其中的眾多有效分子組合對機體生物分子網絡(包括DNA、RNA、蛋白質、小分子代謝物等)進行廣泛調節(jié)的綜合結果[4]。網絡藥理學技術以高通量組學數據分析、計算機虛擬計算及網絡數據庫檢索為基礎,基于系統(tǒng)生物學的理論,對生物系統(tǒng)進行網絡分析,從改善或恢復生物網絡平衡的整體觀角度來認識藥物與機體的相互作用。

      質量生物標志物網絡[28]是采用生物信息學技術,結合藥物主要成分,利用Pharmmapper數據庫反向找靶及分子對接技術,預測所搜集中藥成分的直接作用靶點,通過功能注釋篩選與藥物關鍵功能相關的直接作用靶點。將直接靶蛋白映射到京都基因與基因組百科全書(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG),取其所在通路中下游的靶點作為中藥成分的間接作用靶蛋白。篩選出與生物效應作用相關的關鍵靶蛋白并進行蛋白-蛋白相互作用(PPI)分析,構建可視化網絡,將所得到的網絡作為候選質量生物標志物網絡,網絡中的中藥成分即為中藥質量標志物。

      為了了解中藥分子作用機制,研究人員提出一種包含轉錄組分析、數據收集、統(tǒng)計分析、網絡算法、生物信息學分析和藥理學驗證在內的基于計算的系統(tǒng)藥理學新方法。利用網絡算法隨機漫步重啟法(signed random walk with restart,SRWR)模擬藥物對網絡的影響,可以識別在人體信號網絡上被藥物正或負調節(jié)(激活或抑制)的蛋白質。以具有治療缺血性腦卒中作用但作用機制尚不明確的燈盞細辛注射液(DZXXI)為例,證明新方法的工作原理[42],DZXXI的入血活性成分的高置信度預測83個靶標,其處理的MCF7細胞中鑒定出87個差異表達基因。這些靶基因進一步被發(fā)現與缺血性腦卒中的神經細胞凋亡有關,如核轉錄因子-κB(NF-κB)信號和磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(Akt)信號。DZXXI假定靶點與缺血性腦卒中相關基因的交叉分析后,確定了與3個DZXXI入血活性成分相對應的2個重要靶點[前列腺素G/H合酶1(PTGS1)、PTGS2],這些靶點通過生物模擬實驗和體內外模型實驗得到進一步驗證。SRWR算法識別的被藥物副調控的靶基因與缺血性腦卒中和血小板激活密切相關,其編碼蛋白富集在腦、血管內皮和血小板中。結果表明,DZXXI具有抗炎和抗血小板的雙重藥理作用,3個入血活性成分芹菜素、槲皮素-3-O-葡萄糖醛酸和咖啡酸可作為其重要的質量標志物。

      利用網絡生物學技術可尋找影響中藥制劑質量相關的活性化合物,并能同時了解其分子靶標和作用機制,可以更高效安全地對其進行質量控制。Xiang等[43]采用了網絡藥理學的方法,并結合化學成分的含量,對具有抗心律失常的參仙生脈口服液(SSOL)進行了研究。首先,采用UPLC-QTOF-MS/MS方法分析了SSOL的主要成分,共鑒定出64個化合物,其中32個化合物通過對照品比對確認。其次,根據已鑒定的化合物構建網絡,預測與心律失常相關的有效化合物。在現有數據庫和拓撲操作方法的基礎上,提出了一種雙網絡分析方法,從中篩選出心律失常通路中的10個重要靶點,26個化合物具有良好的抗心律失?;钚浴8鶕W絡藥理學的預測結果,結合該中藥制劑的化學成分的含量,選擇10個具有代表性的化合物作為SSOL的質量標志物。其中的5個化合物丹參素、迷迭香酸、丹酚酸A、朝藿定A和淫羊藿苷具有抗心律失?;钚?。

      Guo等[44]以抗心律失常藥心速寧膠囊(XSNC)為例,探討了基于整合藥理學尋找質量標志物的方法。采用超高壓液相色譜-線性離子阱-軌道串聯(lián)質譜法(UHPLC-LTQ-Orbitrap)快速、高效地鑒定了XSNC的主要成分。依據吸收-分布-代謝-排泄(ADME)預測模型,篩選出具有藥物相似性特征的41個候選活性化合物,可能對XSNC在體內抗心律失常的治療作用有貢獻。此外,構建了藥物靶向疾病基因相互作用網絡,確定了XSNC抗心律失常的關鍵候選靶點和潛在的質量標志物。依據921個XSNC假定靶點的預測和XSNC假定已知治療心律失常靶點交互網絡的構建,選擇了315個具有高連通性的中樞節(jié)點。這些中樞節(jié)點參與心臟交感神經-迷走神經平衡的調節(jié)、能量產生和代謝的調節(jié),同時也參與心律失常發(fā)展過程中的血管生成和血管循環(huán)。此外,選擇63個具有網絡拓撲重要性的主要樞紐作為抗心律失常的XSNC候選靶點。篩選出小檗堿、帕爾馬亭、東莨菪素、甘草素、柚皮素、刺芒柄花素、川陳皮素、橘皮素、5-去甲川陳皮素、苦參醇E和苦參酮等與相應的XSNC候選靶點相關,可作為XSNC抗心律失常的質量標志物。

      Wang等[45]對具有抗糖尿病作用的翻白草(PDB)成分、靶點和作用機制進行了解析,對潛在的蛋白靶標進行了鑒定?;诰W絡藥理學的方法進行生物信息學分析。對這些靶蛋白的富集、蛋白-蛋白相互作用、途徑和相關疾病進行了分析。用Cytoscape軟件分析PDB中這些成分的潛在蛋白質靶點,表明PDB中21個化合物在28條信號途徑中調節(jié)33種糖尿病相關蛋白。在網絡分析預測的21個潛在的具有抗糖尿病作用的成分中,在分子和細胞水平上對三粒小麥黃酮進行了實驗驗證,結果證明,該活性小分子化合物對改善葡萄糖的吸收有一定的作用,可作為翻白草的質量標志物。

      6  結語

      質量標志物是中藥質量控制的關鍵,是中藥走向國際化和現代化需要邁出的重要一步。以整體觀為指導的質量標志物的探索,有利于對中藥發(fā)揮重要作用的藥效成分開展層層剖析,對其藥理作用和作用機制進行逐步闡明,最終的目標是使中藥變得更加安全有效、質量可控且機制明確。雖然現階段已經基本實現多種技術手段和方法應用于中藥質量標志物的尋找,然而發(fā)現中藥的關鍵藥效成分后,后期依然需要兼顧中藥復方“君-臣-佐-使”藥材所對應多成分的協(xié)同作用,并對組分配伍機制開展深入研究,這也是體現復方配伍屬性的有效途徑之一。

      參考文獻(略) 

      來  源:葉  霽,李睿旻,曾華武,柳潤輝,張衛(wèi)東. 基于整體觀中藥質量標志物的發(fā)現及研究進展 [J]. 中草藥, 2019, 50(19):4529-4537.

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