系統(tǒng)藥理學(xué)論文范文

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1中醫(yī)藥基礎(chǔ)理論解析

1.1“君臣佐使”和“相須”“君臣佐使”是中藥方劑配伍組成的基本原則之一。中藥成分復(fù)雜，整體的治療策略和協(xié)同機(jī)制是構(gòu)建中藥配方中重要的基本概念。例如在不同的草藥甚至同一個(gè)草藥中，每個(gè)成分的結(jié)構(gòu)和生物活性又有明顯的不同，而只有少數(shù)活性成分具有治療效果［39］。如此巨大的成分混合體，如何解讀中藥配伍規(guī)則是一個(gè)巨大的難題。在先前的工作中，以麻黃湯為例，作者利用系統(tǒng)藥理學(xué)方法揭示了中藥的配伍原則的科學(xué)內(nèi)涵。麻黃湯由麻黃、桂枝、杏仁和甘草這四味中草藥組成。借助我們開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)藥理學(xué)模型，我們從藥代動(dòng)力學(xué)互作、藥物－靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、靶點(diǎn)－疾病網(wǎng)絡(luò)，從分子和系統(tǒng)水平證實(shí)了這四個(gè)草藥在處方中的不同角色地位，如圖2所示。主要發(fā)現(xiàn)如下：1）通過(guò)ADME篩選共篩出麻黃湯中的45個(gè)活性物質(zhì)，其中麻黃有14個(gè)，包括麻黃堿，偽麻黃堿，N甲基麻黃堿，槲皮素等；桂枝有10個(gè)，包括桂皮醛，桂皮酸，香豆素等；杏仁有9個(gè)，包括苦杏仁苷，豆甾醇等；甘草有12個(gè)活性分子，包括甘草酸，18β甘草次酸，甘草苷等。2）君藥麻黃在配方中起主導(dǎo)作用，主要通過(guò)作用于主藥靶腎上腺素受體來(lái)刺激機(jī)體發(fā)熱平喘。3）臣藥桂枝通過(guò)作用于與君藥相同的靶點(diǎn)來(lái)增強(qiáng)君藥的藥理作用，例如，通過(guò)共同作用于β1腎上腺素受體和β2腎上腺素受體以減少君藥所需劑量。4）佐、使草藥杏仁和甘草可提高君、臣藥的生物利用度，協(xié)調(diào)他們各成分的活性。四種草藥通過(guò)增加生物利用度或促進(jìn)不同藥物的協(xié)同作用等來(lái)治療疾病。綜上，我們從系統(tǒng)水平闡明了君臣佐使豐富的科學(xué)內(nèi)涵，對(duì)中藥復(fù)方配伍機(jī)理的系統(tǒng)深入研究具有重要意義。借助同樣的方法，我們以川芎、降香、延胡索為例，闡明了中藥“相須”理論［38］。

1.2“補(bǔ)氣補(bǔ)血”的物質(zhì)基礎(chǔ)［34］氣血是構(gòu)成人體維持生命活動(dòng)的基本要素，又是臟腑經(jīng)絡(luò)等組織器官進(jìn)行生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而氣血本質(zhì)至今尚未被科學(xué)揭示。我們開(kāi)發(fā)了一種新的模型系統(tǒng)，研發(fā)了相關(guān)氣血分子識(shí)別公式（QBMR）：基于ADME虛擬篩選，采用人工智能技術(shù)和數(shù)學(xué)建模，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)方法，揭示了氣血的本質(zhì)，闡明了人參等補(bǔ)氣中藥、當(dāng)歸等補(bǔ)血中藥的分子基礎(chǔ)和作用機(jī)制。研究思路如圖3所示。研究結(jié)果主要有：1）發(fā)現(xiàn)了人參、甘草、黃芪、西洋參、黨參、山藥、太子參和白術(shù)等與補(bǔ)氣有關(guān)的主要活性成分為異甘草素、黨參苷I、罌粟堿、麥角固醇、白術(shù)內(nèi)酯II等。同時(shí)，分析了與補(bǔ)血有關(guān)的當(dāng)歸，白芍，陳皮，地黃等，其主要有效成分為白芍苷、阿魏酸和地黃苷A。2）建立了補(bǔ)氣補(bǔ)血分子預(yù)測(cè)模型，氣血分子識(shí)別公式（QBMR）如下：D＝0662×MlogP－0156×Mor27m＋0982×VEA1－0046×H－046－0966×HATSOe－4644Ntr＝908，Nte＝302，Qcv＝833％，Qex＝822％，SEqi＝825％，SPqi＝157％，SEblood＝843％，SPblood＝175％其中，Ntr和Nte分別是內(nèi)部訓(xùn)練集和外部測(cè)試集中化合物的數(shù)目；Qcv和Qex分別是內(nèi)部訓(xùn)練集和外部測(cè)試集的分類(lèi)精度，敏感性SE和精確性SP驗(yàn)證進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的合理性。式中，MlogP、VEA1與補(bǔ)氣相關(guān)，Mor27m、H和HATSOe與補(bǔ)血相關(guān)，這個(gè)公式表明補(bǔ)氣分子具有更強(qiáng)的親脂性，而補(bǔ)血分子具有較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性。3）通過(guò)系統(tǒng)藥理學(xué)分析，揭示了補(bǔ)氣中藥可用于炎癥、心血管疾病、代謝類(lèi)疾病、癌癥、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病（CentralNervousSystem，CNS）等治療中。而補(bǔ)血中藥通過(guò)調(diào)控骨髓生長(zhǎng)因子、骨髓基質(zhì)細(xì)胞，從而發(fā)揮補(bǔ)血功能。基于網(wǎng)絡(luò)的中藥藥理學(xué)從分子水平上揭示了補(bǔ)氣補(bǔ)血中藥的本質(zhì)，同時(shí)對(duì)中藥的補(bǔ)氣補(bǔ)血理論研究提供了新的思路。

2闡明中藥作用機(jī)制

2.1飲片：甘草［40］甘草是一味古老的傳統(tǒng)草藥，被用作止咳、抗炎、抗?jié)儭⒚庖哒{(diào)節(jié)、抗血小板凝結(jié)、抗病毒和解毒劑。我們從系統(tǒng)水平闡明甘草如何治療呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、胃腸道疾病、惡性腫瘤和腎臟疾病，也闡明了其為什么被尊稱(chēng)為“國(guó)老”，如何“除百毒調(diào)和諸藥”［40］。甘草中有22個(gè)靶標(biāo)與呼吸系統(tǒng)疾病有關(guān)，其中ADRB1，ADRB2，CALM1，PDE4B，PDE4D，HSP90AA1，HSP90AB1，PPARG，THRB和哮喘有關(guān)；MMP12和PDE4D與慢性阻塞性肺病有關(guān)。甘草素、甘草查爾酮B、柚皮素、山奈酚等作用于靶標(biāo)ESR1，MMP12和PPARG以抑制冠狀動(dòng)脈粥樣硬化；異甘草素、甘草素和甘草苷等黃酮類(lèi)通過(guò)調(diào)控HTR2A，PTGS2，F(xiàn)2，CHEK1和PTPN1治療血栓；甘草查爾酮A和甘草異黃酮作用于靶標(biāo)HTR1A，OPRD1，GSK3B，HRH1，MAPK10，F(xiàn)2，ADRA2A，AChE治療心肌缺血，從網(wǎng)絡(luò)水平揭示了甘草治療心血管疾病的機(jī)制。甘草是一種重要解毒藥物，其中的甘草次酸結(jié)構(gòu)和腎上腺皮質(zhì)激素類(lèi)似，能夠減少毒物吸收，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)毒物的耐受性。PPARG，DPP4，GSK3等能夠激活免疫系統(tǒng)，從而發(fā)揮抗炎，免疫功能；甘草苷和甘草查爾酮G作用于金屬?gòu)椥缘鞍酌福瑥亩せ罹奘杉?xì)胞抵抗外物侵襲。此外，甘草作用很多蛋白與其他疾病密切相關(guān)。如HTR2A和AKR1B1與糖尿病并發(fā)癥有關(guān)，MAOB，DRD2，DRD3和MAPK10與神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)；CDK2，ESR2，PPARG，PTGS2和CHEK1具有抗腫瘤的作用，而AKR1B1，PDE4D，OPRD1，OPRK1，CHRM2，CHRM4，OPRM1和PTGS2與疼痛相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)無(wú)疑為進(jìn)一步探究甘草的作用機(jī)制提供了重要依據(jù)。

2.2復(fù)方：復(fù)方丹參方［35］復(fù)方丹參方是一個(gè)治療心血管疾病的典型方劑，由丹參、三七和冰片三味中藥組成。我們采用系統(tǒng)藥理學(xué)方法對(duì)復(fù)方丹參方進(jìn)行了研究，方法如圖5所示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）復(fù)方丹參方中101個(gè)活性化合物，其中56個(gè)來(lái)自君藥丹參，丹酚酸B、丹參酮I、丹參素A是主要有效成分。臣藥三七中有29個(gè)活性分子，有三七總皂苷、人參皂苷、三七素和槲皮素等。而佐藥冰片中僅有9個(gè)活性化合物，包括D冰片、L冰片和異冰片。2）復(fù)方丹參方通過(guò)靶標(biāo)eNOS，CYP2C9，HSP90s，PPARalpha，gamma和MIF抑制發(fā)炎并阻止炎癥因子對(duì)血管和心肌的損傷。與血管收縮有關(guān)的靶標(biāo)血漿腎素，ACE，胃促胰酶，VDR和VEGFR2的調(diào)節(jié)可以降低血壓。Caspase3，MMP9，MR，TGFβ1R，Ang，AR，PDE4D和sPLA2IIA與血管平滑肌細(xì)胞的增殖和凋亡有一定的聯(lián)系。因此，復(fù)方丹參方通過(guò)調(diào)節(jié)這些靶點(diǎn)從而對(duì)心血管疾病起到良好的治療效果。3）化合物和通路的網(wǎng)絡(luò)表明，糖皮質(zhì)激素和炎癥信號(hào)通路、L精氨酸／NO信號(hào)通路分別與58、56個(gè)化合物相互作用。其中35個(gè)化合物能擾亂腎素－血管緊張素－醛固酮通路，31個(gè)化合物作用于血小板聚集信號(hào)通路。由于這些信號(hào)通路與炎癥、凝血功能等緊密相關(guān)，因此復(fù)方丹參方可能通過(guò)擾動(dòng)這些信號(hào)通路治療心血管疾病。4）靶點(diǎn)－疾病網(wǎng)絡(luò)分析復(fù)方丹參方療效的多樣性。其中，復(fù)方丹參方通過(guò)調(diào)節(jié)與代謝相關(guān)的靶點(diǎn)，如醛糖還原酶，LXRs，PPARs等發(fā)揮藥效。我們從分子水平上闡明了復(fù)方丹參方的治療機(jī)理和“君臣佐使”理論［48］，為復(fù)方研究提供了一種新方法。

2.3注射液：熱毒寧注射液［11］熱毒寧注射液處方源于名老中醫(yī)經(jīng)驗(yàn)方，由青蒿、金銀花和梔子三味草藥組成。目前注射液形式的ADME性質(zhì)的研究陷入很大的困難，尤其對(duì)于中藥復(fù)雜體系。因此，我們重點(diǎn)解決了如下問(wèn)題：1）將代謝組學(xué)、基因組學(xué)以及蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)耦合進(jìn)計(jì)算模型中，建立基于組學(xué)技術(shù)的ADME評(píng)價(jià)；2）首次提出半衰期評(píng)價(jià)模型PreDHL，使ADME評(píng)價(jià)模型更加完整準(zhǔn)確；3）開(kāi)發(fā)適合中藥特點(diǎn)的ADME評(píng)價(jià)技術(shù)，開(kāi)展系統(tǒng)水平的藥動(dòng)學(xué)、藥效學(xué)驗(yàn)證技術(shù)。最大限度的耦合了重要的ADME性質(zhì)，包括logS，logP，PPB，Pgp，P450酶代謝產(chǎn)物（2C6，2D9，3A4）和藥物半衰期Y（t1／2），篩選出熱毒寧注射液中的活性成分，如圖6所示。同時(shí)這也是首次耦合ADME性質(zhì)應(yīng)用于注射液物質(zhì)基礎(chǔ)的研究。本研究也揭示抗病毒的機(jī)制，即當(dāng)感冒病毒入侵后，一方面，熱毒寧活性分子通過(guò)刺激人體各種免疫通路（如Tolllike受體信號(hào)通路，NODlike受體信號(hào)通路，Tcell受體信號(hào)通路等）以增強(qiáng)人體的自主免疫力；另一方面，熱毒寧活性分子通過(guò)調(diào)控免疫因子或促炎介質(zhì)（像IL6，IL8，TNFα，COX2等）來(lái)治療炎癥。目前，已證實(shí)了免疫在病毒感染類(lèi)疾病中的重要作用［41］以及抗炎在免疫應(yīng)答中的重要作用［42］，因此，利用草藥的免疫應(yīng)答作用和抗炎作用能為抗病毒藥物的研發(fā)提供良好的思路和線索。

3新藥開(kāi)發(fā)

系統(tǒng)藥理學(xué)為中藥活性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)，新藥組方提供了重要技術(shù)。

3.1活性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)［23］系統(tǒng)藥理學(xué)方法利用計(jì)算機(jī)模擬結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，發(fā)現(xiàn)中藥中的活性分子，推進(jìn)新藥開(kāi)發(fā)。首先，作者基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，通過(guò)構(gòu)建藥物－靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和靶點(diǎn)－靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)尋找多靶藥物的潛在靶點(diǎn)。其次，作者重建了天然草藥的化合物數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)虛擬篩選多靶化合物。繼而通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證篩選出的化合物和靶點(diǎn)的可靠性，從而驗(yàn)證基于系統(tǒng)藥理學(xué)方法的可靠性，為復(fù)雜疾病的多靶藥物開(kāi)發(fā)和活性物質(zhì)發(fā)現(xiàn)提供了一個(gè)新的模型［23］。

3.2新方：紅山丹［32］作者首先構(gòu)建了和心血管疾病相關(guān)的藥物－靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，靶點(diǎn)－靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和藥物－藥物網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而結(jié)合ADME篩選藥物和反向藥物靶點(diǎn)篩選，構(gòu)建了與心血管相關(guān)的藥物分子和藥理學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)。從中篩選出心血管疾病治療中應(yīng)用最廣泛的一味中藥丹參，根據(jù)丹參的相關(guān)通路，最終選擇了紅花、山楂作為輔藥，形成新的藥物組合－紅山丹，最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的可靠性，為新藥開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。具體研究思路如圖7所示。新藥組合紅山丹中，紅花和山楂對(duì)應(yīng)了丹參的10條通路，表明他們有潛在的協(xié)同作用。網(wǎng)絡(luò)藥理分析表明，紅山丹中有56個(gè)與心血管相關(guān)的靶點(diǎn)，大多數(shù)靶點(diǎn)高度相連，為了進(jìn)一步證實(shí)靶點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)性，我們選取A5L，B1AR，CDK2等10個(gè)蛋白進(jìn)行研究。小鼠心肌梗死模型探究紅山丹的藥理作用，結(jié)果表明：與模型組相比，注射紅山丹的小鼠，其左室射血分?jǐn)?shù)和縮短率維持的更好。通過(guò)RtPCR測(cè)定蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)與模型組相比，注射紅山丹后A5L，B1AR，CDK2，MAPK14，NOSE，PPAR和PGS基因的mRNA水平顯著增加。紅山丹的信號(hào)通路中，PI3KAkt信號(hào)通路，VEGF信號(hào)通路，P53信號(hào)通路等被證實(shí)和心血管相關(guān)。此外，網(wǎng)絡(luò)中多靶標(biāo)共享相同的信號(hào)通路，揭示了紅山丹治療心血管疾病的協(xié)同作用。通過(guò)紅山丹的研究，我們驗(yàn)證了基于藥物－靶點(diǎn)相關(guān)通路的藥物組合的協(xié)同機(jī)制［38］，為新藥開(kāi)發(fā)提供新的研究思路。

4討論

中藥是一個(gè)多成分的復(fù)雜體系，如何確定其中的活性分子，建立最佳的藥物組合是中藥研究的核心。系統(tǒng)生物學(xué)從整體水平和分子水平為研究中藥復(fù)方提供了可行的理論和方法，為中藥研究提供了新的理論方法和研究思路。我們提出了中藥研究的系統(tǒng)藥理學(xué)方法，并將其應(yīng)用于中藥的復(fù)方解析、注射液的研究、老方優(yōu)化和新藥開(kāi)發(fā)。該方法的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在：1）通過(guò)模型預(yù)測(cè)，篩選出復(fù)雜中藥組分中的潛在活性分子，從而為中藥分析化學(xué)家提供重要參考。2）預(yù)測(cè)中藥中有效活性成分的網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及分析，進(jìn)一步對(duì)中藥作用機(jī)制進(jìn)行探索。3）從網(wǎng)路動(dòng)力學(xué)角度研究中藥系統(tǒng)，分析藥效分子間的相互作用，為中藥藥方優(yōu)化和新藥開(kāi)發(fā)提供理論支撐。4）在中藥的系統(tǒng)藥理學(xué)理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，理論結(jié)合實(shí)驗(yàn)從而構(gòu)建更加完善的中藥研究體系，為中藥的臨床應(yīng)用提供依據(jù)。

作者：張文娟王永華單位：西北農(nóng)林科技大學(xué)生命學(xué)院生物信息學(xué)中心系統(tǒng)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)室