中药起效作用机制探讨

余苏云，陆 茵 ，3

（1.南京中医药大学药学院，江苏南京 210023；2.江苏省中药药效与安全性评价重点实验室，江苏南京 210023；3.江苏省中医药防治肿瘤协同创新中心，江苏南京 210023）

回顾以往中药研究，发现中药具有成分微量或生物利用度低等特点。现代研究认为，药物只有达到一定的血药浓度，才能产生相应的药理作用。而大量研究数据表明，多数中药的活性成分其体外起效剂量要高于血药浓度上百倍；且许多成分生物利用度极低，但仍有较强的生物活性。如姜黄素和小檗碱，虽然其血药浓度极低（两者的口服吸收利用度仅有5.15%和3.69%），但在疾病治疗中却具有一定的疗效［1-2］。那么这些低血药浓度成分究竟如何起效？此外，中药更是具有成分结构复杂多元、亲和力弱和作用靶点杂泛等特点，因而药物作用多样［3-4］。如麻黄有发汗解表、宣肺平喘和利水消肿等多重药效［5］；柴胡更具有“万能神药”之称，在感冒发热、胸胁胀痛、月经不调、子宫脱垂和癌症等治疗中都有广泛的应用［6］。中药这种作用多样性的内在机制尚未明确。

针对中药起效机制，国内有很多学者提出中药是通过多成分、多靶点、多环节整合起效。北京大学蔡少青教授则提出中药显效的“叠加作用”假说，认为中药成分的叠加作用使原来血药浓度很低的各个显效形式（原形成分及各个代谢产物）的浓度加和达到必要的血药浓度或靶药浓度而发挥药效作用［7］。李梢教授从网络药理学角度提出中药是通过作用于特定的疾病靶点网络协同起效［8］。上述一系列理论的提出，为中药研究提供了多种解读方式，对中药学的研究和发展起到了一定的推动作用。

基于现有中药起效机制理论，发现中药研究中仍然存在着许多未知的缺口，上述中药在使用中经常出现的现象用现有的理论仍无法得到很好的解释。中药复杂的作用特点仍然限制着其推广使用及国际认可度。为丰富并完善已有的中药作用模式体系，中药起效机制研究应另辟蹊径。本文将从新的角度探讨中药起效的分子机制，希冀创新中药药效学研究的思维模式和方法。

1 多成分多靶点和单成分多靶点可能是中药起效的一种重要方式

中药方剂由活性成分群构成，活性成分群按照一定要求配伍组合，通过多靶点、多途径整合发挥作用。2008年，陈竺院士团队对中药方剂复方黄黛片分子机制进行了系统分析，通过分子生物学和生物化学研究阐明了复方黄黛片治疗急性早幼粒细胞白血病的多成分多靶点的作用机制，并运用现代医学的方法阐释了中药方剂“君臣佐使”的配伍原则［9］。除此之外，越来越多的中药都被证实是通过多成分多靶点而发挥疗效，如桂枝汤中的几种主要成分桂皮酸和桂皮醛等能作用于调控前列腺素E2释放的不同关键环节，从而产生协同抗炎作用［10］；复方芪参颗粒中的主要药效成分丹参酮ⅡA、异隐丹参酮、黄芪多糖和槲皮素分别通过作用于血管紧张素Ⅱ1型受体、血管紧张素转化酶2、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4和信号转导与转录激活因子 3（signal transducer and activator of tran⁃scription 3，STAT3）产生多靶点协同增效作用，从而发挥治疗冠心病的作用［11-14］。

此外，单一成分亦可作用于不同环节的不同靶点而产生协同增效作用。如紫杉醇既可作用于微管蛋白，也可以作用于拓扑异构酶Ⅰ，产生协同抗肿瘤作用［15］。这种单成分多靶点现象的出现与药物杂泛性（drug promiscuity）相关。药物的杂泛性是指一种药物与多种靶标发生相互作用而引起相同或不同的药理作用的现象，是多重药理学的基础［16］。其根源是靶标蛋白的杂泛性，即一种蛋白能够结合多种配体的性质［17］。与西药的靶向制剂相比，中药成分结构复杂，亲和力弱，靶点众多，因而作用多样。如姜黄素可作用于STAT3［18］，Bcl-2［19］和基质交感分子1［20］等多个靶点，从而发挥协同促进肿瘤细胞凋亡的作用；Wang等［21］鉴定出了青蒿素直接作用的124种靶蛋白，其中有33种蛋白之前已被报道有可能是抗疟的靶点，包括肌浆网/内质网钙ATP酶/恶性疟原虫钙ATP蛋白6这一广为人知的青蒿素靶蛋白。这些能与青蒿素直接结合的靶蛋白参与了寄生虫的多种生物过程，包括羧酸代谢过程、细胞生物胺代谢过程、核苷代谢过程和核糖核苷生物合成过程等。因此，青蒿素对不同时期的疟原虫都具有杀伤作用。

李梢教授也从网络生物学的角度探讨中药起效的作用方式，并在Science增刊上发表文章，表示中药成分是通过作用于特定的疾病靶点网络协同起效。若整体效应超出阈值，则效应“开启”，表现为产生疗效；若中药成分在疾病靶点网络上分散或拮抗，整体效应低于阈值，则效应“关闭”，表现为不产生毒性或毒性降低［22］。正是中药成分的这种多成分多靶点和单成分多靶点的特性，使其在治疗疾病时能够作用于疾病靶点网络而非单一靶点，从而发挥疗效。这也进一步提示，多成分多靶点或单成分多靶点所产生的协同作用可能是中药产生疗效的重要方式之一，而这种多靶点协同作用是中药应对环境胁迫长期进化而来的。

2 对疾病的正反向调节是中药起效的重要特点

有别于西药的单一对抗和激动，同一中药可使两种极端的病理现象向正常方向转化，既可使机体从亢进状态向正常状态转化，也可从低下状态向正常状态转化。如三七（Panax notoginseng）既可以活血也可以止血［23］，枳实（Fructus Aurantii Imma⁃turus）对胃肠道平滑肌既有兴奋作用也有抑制作用［24］。许多中药复方也存在双向调节作用，如桂枝汤对体温有双向调节作用［25］，金匮肾气丸能对小便不利和小便过多的疾患进行双向调节［26］。因疾病状态不同，同一种中药的作用也会截然相反，而Wilder［27］提出的“初始值法则”可以很好地解释其中的作用机制，即刺激（如药物）的作用与其所作用的反应系统的原始水平（初始值）有关，初始值越高，对兴奋性刺激（药物）的反应越低，对抑制性刺激（药物）的反应增强；反之，机体的初始值越低，对兴奋性刺激（药物）的反应越高，对抑制性刺激（药物）的反应减弱。

我们课题组在跟踪丹参（Salvia miltiorrhizaBunge）国内外研究资料发现，丹参作为常用的活血化瘀中药，在缺血性疾病和肿瘤治疗中都有着广泛的应用［28-29］。缺血性疾病缺血区血管新生不足，尽快促进血管新生、恢复有效血供是修复损伤的关键。但在肿瘤中，血管新生则是促进肿瘤生长和转移的关键。而丹参在治疗上述疾病时，其作用截然相反。在治疗心肌缺血时，丹参能够通过促进血管生成，改善心肌缺血状态；但在肿瘤治疗中，则能够通过抑制肿瘤内部血管生成，从而抑制肿瘤的转移（图1）。其内在的分子机制是：在缺血性疾病中，丹参有效成分能够抑制血小板聚集，抑制黏附分子表达，并上调血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF），从而促进人脐静脉内皮细胞增殖、迁移和管腔形成，促进缺血区域血管新生［30］。而在肿瘤中，丹参有效成分则能够促进周细胞覆盖，抑制尖端细胞出芽，减少血管内皮细胞VEGF的自分泌，从而抑制人脐静脉内皮细胞的增殖、迁移和管腔形成［31］。因此，可进一步确证丹参对血管新生是抑制还是促进与肿瘤组织及心肌缺血组织的血管新生网络及组织的功能状态有关。而中药的正反向调节机制是中药有别于西药的重要作用方式，有其自身的特点。

3 调控肠道微生物稳态是中药起效方式的重要补充

无论是中药的多成分多靶点，还是中药的双向调节作用，还不能完全阐明中药起效的作用机制。众多实验数据表明，很多药物成分不必吸收入血或者达到病变部位的靶器官或靶组织即能发挥作用。以二甲双胍为例，二甲双胍的前体源自草药山羊豆中的山羊豆碱［32］，其主要是通过抑制肝糖原输出发挥降血糖作用。然而二甲双胍在体内并不代谢，主要以原型形式存在，生物利用度也很低，聚集在小肠的二甲双胍浓度是其血药浓度的30～300倍［33］，但二甲双胍依然能发挥降血糖作用。2017年，Bauer等［34］发现，二甲双胍可以通过调节肠道乳酸杆菌影响肠道吸收葡萄糖的重要转运蛋白钠葡萄糖共转运载体1，从而控制血糖水平。所以，二甲双胍的作用靶点究竟是在肝还是在肠道尚不明确。

近几年，随着肠道微生物研究方法和手段的不断发展，肠道菌群与各种各样疾病的关系被争相报道，如高血压［35］、糖尿病［36］、肿瘤［37］、肥胖［38］、免疫性疾病［39］和肝损伤［40］，以及很多大脑相关疾病的发生，如帕金森病［41］等都与肠道菌群的紊乱相关。近几年的研究表明，许多低血药浓度成分在肠道的聚集浓度非常高，且其与肠道菌群之间的关系密不可分。Zhang等［42］发现，口服小檗碱能选择性地富集产短链脂肪酸的菌群，增加肠道中短链脂肪酸的产量，以此保护肠道屏障功能，这可能是小檗碱改善肥胖和胰岛素抵抗的机制之一。Zhang等［43］发现，生物利用度极低的姜黄素能够逆转由于卵巢切除所导致的肠道菌群结构及分布的紊乱。因此，对于那些进入体内不代谢、生物利用度及血药浓度低的中药，它们进入体内的作用方式单纯从血药浓度角度考虑是不全面的。随着肠道菌群与疾病之间的关系被相继阐明，并发现有些生物利用度低的中药成分在肠道聚集的浓度要高于血药浓度，所以对肠道菌群的稳态调节也许能够解释为什么许多中药血药浓度极低却能够发挥很好的疗效。因此，从肠道菌群稳态调节角度探讨中药的起效作用模式可能是中药起效机制的重要补充。

图1丹参对不同病理状态下血管生成的调节作用.

4 生物靶标间的遗传协同可能是中药效应倍增的核心

国际前沿研究发现，生物靶标之间存在遗传协同倍增效应。Bryant等［44］和Farmer等［45］发现了多种模式生物中存在一种遗传“协同致死”（synthetic lethality）现象，可使得共同调控生物效应呈现级数放大（＞1000倍），主要表现为单基因敲除对原型生物的影响很小，而同步敲除2个基因可大大增加其致死或致癌的可能性。如在酵母基因组中，仅有少数单基因敲除可致死，但如果同步干预2种非致死基因则可使致死率达97%。2009年，Iglehrt等［46］发现了人乳腺癌易感蛋白（breast cancer suscepti⁃bility protein）和聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase）之间的协同致死关系，基于这2个基因所开发的新药奥拉帕尼，可使药物杀死肿瘤细胞的效应扩增至1500倍。这一治疗方法的成功应用，验证了生物靶标之间协同致死关系的重要性，也为中药起效方式提供了全新的思考模式。即当在2个或2个以上靶点存在的情况下，中药成分在极低的浓度下就可以发挥较好的药效。中药黄连中的小檗碱具有显著的抑菌作用。2000年PNAS发表的文章数据表明，单独使用小檗碱其最低起效浓度为1 mg·L-1，且其浓度要达到100 mg·L-1时才会产生比较好的抑菌效果［47］。单独使用5′-甲氧大风子品（5′-methoxyhydnocarpin，5′-MHC）无抑菌效果；但在有5′-MHC存在的情况下，小檗碱的抗菌浓度显著下降，最低有效浓度变成了0.1 mg·L-1，而此时小檗碱在＜1 mg·L-1浓度下即可达到显著的抗菌效果（图2）。同样，Srivastava课题组也发现，来自植物牵牛中的成分裸麦角碱（chanoclavine）在单独使用时无抑菌作用，但在与四环素同时使用时，四环素的最低抑菌浓度显著下降，其抑菌疗效显著增强［48］。

图2 小檗碱（BBR）和5′-甲氧大风子品（5′-MHC）的协同抗菌机制.

以往研究中药的起效机制大多是从成分-靶点-效应这样一种正向思维进行探索，而极少从靶标间的协同而使中药效应倍增的角度思考，因而导致很多微量弱效成分的作用被忽视。若从遗传协同靶标出发，或许可以得知为何有些中药成分生物利用度低，含量微弱，却能起效的作用机制。这种协同致死靶点的存在，有助于从天然产物中寻找低毒、高效的成分，从而产生新的中药成分的有效组合，发现更为有效的中药新药。

5 结语

随着生命科学日新月异的发展，中药起效机制研究在近年来得到了长足的进步。以往研究大都从正向思维出发，发现多成分多靶点或单成分多靶点在中药起效中发挥着重要的作用。随着肠道微生物疾病的“密码”逐渐得到解析，对肠道菌群的稳态调节可能是对低血药浓度成分起效机制的重要补充。而生物靶标间存在“遗传协同”使得生物效应放大上千倍的特点为我们带来新的曙光，相信这种作用模式或许在中药起效中发挥着更为重要的作用。希望从靶标间的“遗传协同”探讨中药起效机制，可以对中医药的作用赋予新的科学内涵，从而为中药成分的有效组合提供指导，为构建一种高于传统意义上的中医和西医的全新医学模式提供参考。