（1. 中國中醫(yī)科學院 中藥研究所，北京100700；2. 黑龍江中醫(yī)藥大學 國家中醫(yī)方證代謝組學研究中心，黑龍江 哈爾濱 150040）

中醫(yī)藥是中華民族的瑰寶，傳承并發(fā)展中醫(yī)藥事業(yè)，已經(jīng)成為“健康中國”國家戰(zhàn)略的重要內(nèi)容。中藥方劑是中醫(yī)臨床治療的主要形式和手段，探索中藥方劑的化學物質(zhì)實體與機體生命活動的交互規(guī)律，是中藥研究的關鍵科學問題之一。整合藥理學強調(diào)“整體與局部”、“體內(nèi)與體外”、“體內(nèi)過程與活性評價”等多層次、多環(huán)節(jié)的整合研究，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)論與還原論有機結(jié)合的思路和理念。近年來，以元胡止痛方為范例，構(gòu)建形成了“化學指紋-代謝指紋-網(wǎng)絡靶標”和“腸吸收-活性評價-數(shù)據(jù)挖掘”的整合藥理學的研究體系，在理論和方法均取得一定進展，尤其是在活性成分發(fā)現(xiàn)、質(zhì)量標志物確認和質(zhì)量標準建立、分子機制闡釋和新活性發(fā)現(xiàn)、中醫(yī)原創(chuàng)思維的科學內(nèi)涵揭示等領域得到廣泛應用。

2014年在“中國中藥雜志”首次提出整合藥理學的概念和研究思路，并以元胡止痛方為典型范例進行了積極探索研究，發(fā)表一系列學術(shù)論文，并于2015年在科學出版社出版了《整合藥理學-元胡止痛方探索研究》一書，榮獲中國中西醫(yī)結(jié)合學會科技進步一等獎“基于整合藥理學策略的中藥成分群-體內(nèi)過程-藥效活性的關聯(lián)性研究”，同時，整合藥理學技術(shù)也在腦心通膠囊、龍血竭腸溶片、冠心靜膠囊等中藥大品種進行了二次開發(fā)，為中藥大品種質(zhì)量控制、作用機制、臨床應用提供了科學依據(jù)。同時，整合藥理學也得到了同行專家的認可，王永炎院士提出：“中藥產(chǎn)品的物質(zhì)基礎是一個復雜化學體系，生物機體也是一個復雜生命系統(tǒng)，使得中藥產(chǎn)品的化學物質(zhì)實體與機體生物活動的交互規(guī)律研究，尚未形成有效研究模式和方法學體系，也就成為制約中藥現(xiàn)代研究的瓶頸。該問題的解決，必須采取整合策略，以多學科交叉、融合為基礎，構(gòu)建新的研究體系”。劉昌孝院士指出：“以‘化學-藥效學-藥代動力學’三維研究體系和‘點-線-面-體’思路，藥代標示物等新研究理論、概念和方法促進了中藥藥代研究。這些研究為認識中藥有效成分的指紋和藥代指紋的一致性和差異性，闡明了‘君藥’的藥代規(guī)律和‘臣、佐、使’藥味的相互影響；建立了集成整合體外、體內(nèi)及計算分析研究體系，以整體的觀點認識復方合理配伍減毒增效和配伍禁忌的增毒降效的科學性。這些將是基于整合藥理學開展現(xiàn)代中藥研究的重要內(nèi)容”。

1.1中藥整合藥理學的概念和研究內(nèi)容

整合藥理學（integrated pharmacology，IP）是研究多成分藥物與機體相互作用及其整合規(guī)律和作用原理的一門學科，是藥理學研究的新領域，中藥方劑物質(zhì)實體與機體交互作用規(guī)律是整合藥理學研究的關鍵科學問題之一，是中藥學、中藥化學、藥代動力學、藥理學、計算科學等多學科融合的交叉學科。整合藥理學的提出，有利于克服中藥“化學成分群-體內(nèi)過程-藥效活性”之間關聯(lián)性不足和存在嚴重的“碎片化”現(xiàn)象等問題，形成具有中藥特色的藥理學評價體系和研究方法。

當前整合藥理學的主要研究內(nèi)容見圖1，具體如下：①在整體/器官/組織/細胞水平，中藥方劑組成復雜，往往具有多重藥理學（multiple pharmacology）作用特點，為此，必須要開展中藥多成分與藥理、以及多重藥理與綜合效應之間整合研究；②在分子水平，首先需要開展中藥多成分整合藥代研究，特別是針對中藥復雜體系，存在大量的藥物-藥物相互作用，按照“點-線-面-體”研究思路，獲得中藥體內(nèi)代謝全輪廓及其代謝軌跡；在此基礎上，開展中藥“多成分-多靶標”網(wǎng)絡調(diào)控整合研究，構(gòu)建中藥方劑“體內(nèi)移行成分-作用靶標-疾病靶標-通路”復雜網(wǎng)絡，揭示中藥多成分協(xié)同調(diào)控分子模式；③在整體與分子關聯(lián)方面，在組學數(shù)據(jù)基礎上，通過模式識別技術(shù)獲得與疾病發(fā)生、發(fā)展、治療相關聯(lián)的生物標志物（biomarker），以及與中藥方劑療效顯著相關聯(lián)的標志物成分（藥效標志物），化繁為簡，在此基礎上，構(gòu)建中藥多成分“PK-PD”關聯(lián)模式，開展中藥“藥效標志物-生物標志物-病證效應”的之間整合研究，架起“微觀分子-整體藥效”之間的橋梁。

圖1 中藥整合藥理學主要研究內(nèi)容

1.2中藥整合藥理學的主要研究方法

1.2.1大數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡藥理學    面對中藥復雜系統(tǒng)，如何解析其與機體之間的相互作用關系？這是中藥現(xiàn)代研究的關鍵科學問題之一。當前大數(shù)據(jù)和人工智能為中醫(yī)藥現(xiàn)代化打開“機遇之窗”，隨著組學數(shù)據(jù)和系統(tǒng)生物學的發(fā)展，建立了大量的生物學數(shù)據(jù)庫并應用到中醫(yī)藥研究，這些數(shù)據(jù)庫提供藥物-靶標、疾病分子、分子相互作用、生物通路等方面的信息，如Drugbank，TTD，OMIM，PPI等數(shù)據(jù)庫。同時，一些中藥成分數(shù)據(jù)庫，如TCM Database@Taiwan，TCMGeneDIT，TCM-ID，TCMIP等，提供中草藥和天然植物的化學成分和藥理作用等信息。

網(wǎng)絡藥理學是在系統(tǒng)生物學和多向藥理學基礎上發(fā)展起來的，網(wǎng)絡藥理學研究的觀點與中藥方劑注重多組分配伍、多靶點及整合調(diào)節(jié)的思想有許多相似之處，系統(tǒng)揭示中藥方劑治療病癥/疾病狀態(tài)下失衡網(wǎng)絡，構(gòu)建中藥方劑“化學成分-作用靶標-疾病靶標-PPI網(wǎng)絡”多維網(wǎng)絡，從分子層次闡釋中藥方劑作用原理，被應用于中藥藥效、作用原理、方劑配伍的科學內(nèi)涵、中藥藥性與療效的相關性及中藥產(chǎn)品的安全性評價等相關領域的研究中。目前，整合藥理學平臺（TCMIP）已經(jīng)整合了中藥方劑數(shù)據(jù)庫、中藥材數(shù)據(jù)庫、中藥成分數(shù)據(jù)庫、疾?。Y狀靶標數(shù)據(jù)庫4個數(shù)據(jù)庫。同時集成了靶標預測、數(shù)據(jù)挖掘、網(wǎng)絡構(gòu)建和分析、可視化等網(wǎng)絡藥理學模塊，實現(xiàn)一站式服務，為解析中藥方劑復雜體系提供了強有力的平臺。

1.2.2體外活性評價研究  體外活性評價往往具有操作簡便、靈敏度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，但是，當前作為中藥復雜體系缺乏行之有效的體外活性評價方法。中藥體外活性評價給藥方式主要有2種：提取物直接給藥和含藥血清給藥。在傳統(tǒng)的中藥體外活性評價研究中，提取物直接加到細胞或者組織培養(yǎng)系統(tǒng)，作為中藥復雜系統(tǒng)，提取物直接給藥顯然存在體內(nèi)-體外相關性比較差，由于腸道吸收率和生物利用度的差異，中藥多成分比例在體內(nèi)外相差比較大，而且由于腸道菌群代謝和肝藥酶代謝，未考慮代謝產(chǎn)物發(fā)揮的藥理作用，容易導致假陽性或假陰性結(jié)果。1984年日本學者田代真一提出了“血清藥理學”，王喜軍教授進一步提出了“血清藥物化學”。然而，由于血清基質(zhì)成分復雜，藥物含量較低，從而導致血清中非藥物影響的、本身固有的多種生物活性物質(zhì)對體外活性造成干擾，難以解析中藥方劑與機體之間相互作用，限制了該方法的應用。

探討新的體外活性評價方法，將成為中藥現(xiàn)代研究關鍵科學問題之一。為此，在中藥整合藥理學研究時，提出了體外“ADME復合模型-活性評價”聯(lián)用模型。該模型通過“藥物溶出-腸內(nèi)菌代謝-腸吸收-肝臟代謝-組織分布”體外復合代謝模型，模擬中藥方劑在體內(nèi)的藥物代謝過程，然后在細胞、組織和器官等模型上進行活性評價。相對而言，該模型在成分種類（原型和代謝產(chǎn)物）和比例（口服吸收率）方面與體內(nèi)更加接近，一致性較好。同時，該模型具有操作簡便、基質(zhì)簡單、濃度可控等優(yōu)勢。前期本課題組建立了“腸吸收-活性評價”聯(lián)用模型，該模型被證實具有操作簡便、靈敏度高和穩(wěn)定性好等優(yōu)點，又能排除未被吸收成分對藥理活性的干擾。該模型被應用到元胡止痛方的“量-效”關系、“時-效”關系和“組-效”關系研究中。同時，也被應用到腦心通膠囊和益心舒膠囊的體外藥理學評價研究中，用以深入解析藥物的分子機制。

1.2.3數(shù)據(jù)挖掘   數(shù)據(jù)挖掘是從大量數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)新穎的、有效的、潛在有用的并且最終可以被理解的知識的過程，旨在尋找數(shù)據(jù)間潛在的關聯(lián)，實現(xiàn)未知的潛在的有用信息, 數(shù)據(jù)挖掘的過程也叫知識發(fā)現(xiàn)(know ledge discovery in database，KDD)的過程。中藥作為復雜體系，中藥數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大（volume）、類型多（variety），通過數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)高速(velocity)和有價值(value)，具有典型的大數(shù)據(jù)特點。數(shù)據(jù)挖掘的任務分為描述性任務（關聯(lián)分析、聚類、序列分析、離群點等）和預測任務（回歸和分類）2種。

中藥“組效關系”是中藥現(xiàn)代研究的關鍵科學問題之一，中藥試驗數(shù)據(jù)往往具有樣本數(shù)小、離散性大等特點。為了克服此問題，合適的數(shù)學模型選擇至關重要。在元胡止痛片吸收成分與血管活性之間關聯(lián)研究時，首先通過RRLC獲得12個批次34個被吸收成分的峰面積，通過大鼠胸主動脈環(huán)對12個批次元胡止痛片的腸吸收液進行舒張血管活性評價，然后通過灰色關聯(lián)分析（GRA），建立兩者之間的關聯(lián)模型，模型平均偏差為9.81%，預測的平均偏差為4.16%。

化學相似性是化學信息學領域中非常重要的概念，常用于新藥先導化合物發(fā)現(xiàn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，結(jié)構(gòu)相似性化合物更可能表現(xiàn)相似的理化性質(zhì)、藥理作用和藥代屬性。本課題組在元胡止痛方及其單味藥材的藥代動力學研究中發(fā)現(xiàn)，君藥延胡索中生物堿類成分和佐使藥白芷香豆素類成分分別表現(xiàn)了相似變化的血藥濃度-時間曲線，具有相似性的變化藥代動力學變化特征。由此可見，以結(jié)構(gòu)相似性為特征，對中藥復雜體系進行分類，簡化復方，是解析中藥復雜體系的一條巧妙途徑。

近年來，隨著組學技術(shù)、系統(tǒng)生物學和網(wǎng)絡藥理學的發(fā)展，積極的探索中藥復雜系統(tǒng)解析方法學研究，如劉昌孝院士提出“中藥活性物質(zhì)-藥物代謝體內(nèi)過程-暴露效應（療效或者安全性）”三維思路和“點-線-面-體”研究模式。同時，很多新概念不斷出現(xiàn)，例如中醫(yī)藥方證代謝組學（chinmedomics）、方劑組學(fangjiomics)、中藥網(wǎng)絡藥理學（network pharmacology）、中藥系統(tǒng)藥理學（system pharmacology）等。其中，系統(tǒng)藥理學是指在藥物開發(fā)過程構(gòu)建系統(tǒng)生物學與PK-PD關聯(lián)，中藥系統(tǒng)藥理學旨在開發(fā)適用于中藥復雜體系研究的整合若干時-空尺度數(shù)據(jù)的數(shù)學和計算模型，建立模型內(nèi)多個元素（藥物分子、靶標、細胞、組織、器官等）間的相互作用，借以闡明和預測藥物療效和毒性，并最終構(gòu)建跨越分子、細胞、組織和患者間知識差異而創(chuàng)建的多維模型，實現(xiàn)評價靶標篩選和測試驗證治療思路的臨床前和臨床研究的系統(tǒng)理論和方法。

中藥整合藥理學與“中藥活性物質(zhì)-藥物代謝體內(nèi)過程-暴露效應”三維模式具有一致性，并進一步發(fā)展和完善，形成系統(tǒng)理論和研究技術(shù)。具體如下：①在哲學與理論方面，正如整合醫(yī)學一樣，整合藥理學體現(xiàn)了“既一分為二，又合二為一”之哲學思想，從分化方面，整合藥理學強調(diào)過程解析，在體外層次，通過“藥物溶出-腸道菌群代謝-腸吸收-肝藥酶代謝-血腦屏障”等過程對物體內(nèi)暴露進行系統(tǒng)解析，同時，從分子、細胞、組織等體外水平進行藥理作用及其機制進行解析；在過程解析基礎上，進行系統(tǒng)整合，從局部回歸到整體，構(gòu)建整體藥效與微觀分子之間關聯(lián)，充分體現(xiàn)了還原論和整體論統(tǒng)一；②在研究策略方面，整合藥理學強調(diào)多層次、多環(huán)節(jié)的整合研究，重點開展“化學-代謝-藥理”的關聯(lián)性研究，以及整體動物、器官、組織、細胞、分子等不同藥理水平之間的關聯(lián)性研究；“整體與局部”“體內(nèi)與體外”“藥代與藥效”之間整合研究，具體而言，在整體研究時，強調(diào)“化學指紋-代謝指紋-網(wǎng)絡靶標”的三維關聯(lián)，在體外藥理學研究時，構(gòu)建“藥物溶出-腸吸收-肝藥酶代謝-生物活性”等不同環(huán)節(jié)組合的體外復合模型，采用復雜系統(tǒng)建模，模擬體內(nèi)“藥動-藥效”關聯(lián)的動態(tài)過程；③在研究技術(shù)方面，整合藥理學注重不同技術(shù)間的組合應用，尤其是計算與試驗的“干濕”結(jié)合方法以及體外“藥代-藥理”聯(lián)用的復合模型，例如，基于高分辨質(zhì)譜和代謝位點預測的代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)鑒定方法，基于結(jié)構(gòu)類似物的中藥藥代動力學預測方法，“腸吸收-活性評價”聯(lián)用的體外藥理學評價的復合模型等

3.1中藥質(zhì)量標志物識別和質(zhì)量標準建立

中藥質(zhì)量評價是中藥有效性和安全性的重要保障。近20年來，中藥指紋圖譜、一測多評、DNA生物測序、基于DNA分子標記和代謝標識物相結(jié)合的雙分子標記法等概念和方法，被應用到中藥質(zhì)量評價與研究中。2016年，劉昌孝院士率先提出了中藥質(zhì)量標志物的概念：中藥Q-marker是存在于中藥材和中藥產(chǎn)品（如中藥飲片、中藥煎劑、中藥提取物、中成藥制劑）中固有的或加工制備過程中形成的、與中藥的功能屬性密切相關的化學物質(zhì)，作為反映中藥安全性和有效性的標示性物質(zhì)進行質(zhì)量控制。課題組根據(jù)Q-marker的概念，應用“中藥整合藥理學”的研究思路與方法完成了元胡止痛方的標志物識別和團標建立?；?/span>“化學指紋-代謝指紋-網(wǎng)絡靶標”三維模式對元胡止痛方進行了成分群與活性之間關聯(lián)性研究。首先，利用UPLC-Q-TOF-MS分析鑒定了元胡止痛片中18個化學成分，并利用RRLC-QQQ在9 min內(nèi)定量分析了方中17個化學成分，以該17個成分作為“化學指紋”對15個批次的片劑進行質(zhì)控，可以區(qū)分不同廠家的產(chǎn)品，保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性。其次，藥物經(jīng)過機體的吸收、分布、代謝和排泄（ADME）的完整傳輸途徑產(chǎn)生特異的生物效應，經(jīng)歷此過程的化學成分才有可能是藥物活性成分，即“效應成分”。在吸收層面，利用RRLC-Q-TOF獲得了元胡止痛片的34個共有峰，并對17個成分進行定量研究，得到了相應的吸收量-時間曲線，通過計算吸收率探討吸收機制。同時，利用中藥血清藥物化學研究的理論與方法，應用RRLC-ESI-Q-TOF技術(shù)鑒定了大鼠灌胃元胡止痛方后16個入血成分和12個入腦脊液成分，并對其中6個成分進行了藥代動力學研究，藥動學參數(shù)良好，提示該成分群具有藥效物質(zhì)基礎的潛質(zhì)。最后，利用在線數(shù)據(jù)庫獲得與元胡止痛方入血成分結(jié)構(gòu)相似的上市藥物及對應的靶標，通過高通量篩選和網(wǎng)絡構(gòu)建及分析建立了元胡止痛方成分-靶標網(wǎng)絡圖譜。該圖譜包含143個節(jié)點、1 049條邊、21個潛在活性成分和122個候選靶標。進一步基因功能分析發(fā)現(xiàn)方中絕大多數(shù)生物堿能夠透過血腦屏障，并與多巴胺受體、阿片受體等結(jié)合，且與Ca2+通道有關，提示這些可能是元胡止痛方陣痛的潛在分子機制。

現(xiàn)在市場上有260余家藥廠具有元胡止痛方的生產(chǎn)批文，確保其質(zhì)量穩(wěn)定至關重要。通過對元胡止痛方進行“化學指紋-代謝指紋-網(wǎng)絡靶標”三位一體的綜合研究，明確了其質(zhì)量標志物?；诖耍n題組在中華中醫(yī)藥學會發(fā)布了“元胡止痛片優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量標準”團體標準（T/CACM 009-2016），該標準與生物活性明顯相關，也是中成藥第一個優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品質(zhì)量標準，具有較好的示范意義。

3.2揭示中藥作用的分子機制

中藥方劑是一個復雜的物質(zhì)作用體系，而西藥的單一“基因-疾病-藥物”的研究模式忽視了藥物的物質(zhì)基礎與機體生命活動交互規(guī)律的復雜性與層次性。探索中藥方劑與機體生命活動的交互規(guī)律，是揭示中藥方劑治療原理的基本路徑。“整合藥理學”研究的第二個層面“腸吸收-活性評價-數(shù)據(jù)挖掘”三維模式能夠協(xié)助解決上述關鍵科學問題。體外藥理實驗具有操作簡單、特異性強、條件易控等優(yōu)點。課題組首先應用外翻腸囊法分析了元胡止痛方的腸吸收液成分群，接著基于“腸外翻-離體血管”模型對成分群的血管舒張活性進行評價，發(fā)現(xiàn)17個成分呈現(xiàn)劑量依賴關系，隨著吸收時間的延長，化學成分的含量增加，呈現(xiàn)明顯的量效、時效關系。中藥有效成分與活性之間的相關性研究，即中藥“組效關系”。課題組采用“灰色關聯(lián)分析”建立元胡止痛方的腸吸收液中34個成分與血管舒張活性之間的關系，GRG≥0.85的成分有7個，確認為關鍵藥效成分，并對其中2個（原阿片堿、別隱品堿）進行了實驗驗證，證實具有舒張血管活性。張方博等利用整合藥理學技術(shù)探討了腦心通膠囊對H₂O₂誘導的H9c2大鼠心肌細胞損傷的保護作用及機制。首先應用外翻腸囊法制備了腦心通膠囊的腸吸收液成分群，接著將此含藥吸收液給予正常的H9c2大鼠心肌細胞，24 h后用H₂O₂誘導心肌損傷，結(jié)果表明腦心通膠囊通過增加抗氧化能力，激活ERK1/2，阻斷Ca2+依賴性和線粒體介導的細胞凋亡來保護H9c2心肌細胞免于H₂O₂誘導的氧化損傷。課題組應用整合藥理學平臺研究了龍血竭腸溶片治療結(jié)腸炎的作用機制。首先利用UPLC-MS技術(shù)分析鑒定了48個化學成分，接著基于Caco-2細胞滲透性和P450代謝通過生物信息學計算，鑒定了被吸收的22個原型成分及8種代謝產(chǎn)物，最后構(gòu)建網(wǎng)絡分析這些吸收成分及代謝產(chǎn)物與預測靶點之間的相互作用，以及預測靶點與已知結(jié)腸炎治療靶點之間的相互作用。

中藥方劑的物質(zhì)實體與機體的生命活動之間復雜交互規(guī)律是中藥現(xiàn)代研究的關鍵科學問題之一。整合藥理學將從微觀到宏觀系統(tǒng)解析中藥與機體之間復雜的相互作用關系，成為中藥現(xiàn)代研究的創(chuàng)新方法。中藥整合藥理學近年來已經(jīng)在中藥質(zhì)量標志物識別、質(zhì)量標準建立、有效成分識別、中藥新藥研發(fā)、分子機制探討以及中醫(yī)原創(chuàng)思維科學價值揭示等方面得到較好的應用，并將成為中藥藥理學研究一門新興的、極富前瞻性和前景的分支學科。

中藥整合藥理學的重點發(fā)展方向如下：①系統(tǒng)整理中醫(yī)古籍文獻、臨床醫(yī)案、中藥成分、作用靶標等信息，形成中醫(yī)藥和現(xiàn)代分子生物學融合的大數(shù)據(jù)平臺；②數(shù)學模型和生物信息學技術(shù)是中藥整合藥理學的重要研究內(nèi)容，特別是當前人工智能發(fā)展迅速，建立符合中藥復雜特點的科學計算模型和方法，例如中藥復雜體系藥代動力學預測方法、中藥多成分生物調(diào)控模式、“分子網(wǎng)絡-藥理活性-病癥效應”多維關聯(lián)性模型等，將為解析中藥復雜體系作用提供強有力的工具和方法；③建立“腸道菌群代謝-腸道吸收-肝藥酶代謝-活性評價”復合體外活性評價新方法，模擬體內(nèi)“藥動-藥效”動態(tài)關聯(lián)，將成為中藥整合藥理學的創(chuàng)新方法；④標志物的識別技術(shù)和關聯(lián)性研究是現(xiàn)代研究的熱點，在中藥研究方面先后出現(xiàn)了化學標志物、藥代標志物、質(zhì)量標志物，同樣，生物標志物指可以標記系統(tǒng)、組織、細胞的結(jié)構(gòu)或功能改變或可能發(fā)生的改變的生化指標，可用于疾病診斷、判斷疾病分期或者療效的評價等，是架起微觀至宏觀的有效橋梁。

總之，整合藥理學于2014年提出，其思路與研究方法需要進一步的完善與豐富，需要更多中醫(yī)藥專家給予指導和幫助。筆者也堅信，隨著有關研究的逐步深入開展，整合藥理學定將在組合藥物發(fā)現(xiàn)和中醫(yī)藥現(xiàn)代研究等方面作出應有的貢獻。