基于體內(nèi)ADME過程和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的中藥現(xiàn)代研究思路 

許海玉¹，黃璐琦¹，盧鵬^1，2，楊洪軍¹*

（1.中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所

2.中國科學(xué)院自動化研究所）

中藥是復(fù)雜化學(xué)體系，中藥的療效是中藥的化學(xué)物質(zhì)作用于人體，使機(jī)體的生理機(jī)能或生化反應(yīng)發(fā)生變化的復(fù)雜過程。一般認(rèn)為，中藥具有“多成分、多靶點(diǎn)、低親和力、低選擇性”作用特點(diǎn)，如何用現(xiàn)代語言闡釋中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制一直是研究的難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。近年來，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是通過網(wǎng)絡(luò)方法來分析藥物、靶點(diǎn)和疾病之間的相互關(guān)系，已經(jīng)逐步取代了以往單一“基因-疾病-藥物”的傳統(tǒng)新藥研發(fā)思想。目前網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)已經(jīng)成為新藥研發(fā)理論方法的一個研究熱點(diǎn)，并且受到中醫(yī)藥學(xué)者的高度關(guān)注，積極探索網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的技術(shù)和方法應(yīng)用到中藥研究。但是，筆者認(rèn)為，中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)必須結(jié)合中藥本身的特點(diǎn)，加強(qiáng)中藥體內(nèi)ADME過程研究，明確中藥的入血成分及其達(dá)靶成分.然后通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)闡釋其藥理作用及其作用機(jī)制，從而用現(xiàn)代技術(shù)詮釋中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及其作用特點(diǎn)。

1 網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的概況

在過去的10多年中.新藥研發(fā)的失敗率不斷增高，面臨困境，這不是技術(shù)問題，而是哲學(xué)問題，與疾病相關(guān)單靶點(diǎn)高選擇性藥物設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是同時(shí)發(fā)生的。隨著現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對疾病的生物學(xué)本質(zhì)認(rèn)識不斷深化，西方醫(yī)藥界逐漸認(rèn)識到多基因、多環(huán)境因素及其相互作用引起的復(fù)雜性疾病。2007年，Andrew L Hopkins提出了網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)，將成為新藥研發(fā)領(lǐng)域里新的發(fā)展方向。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是在系統(tǒng)生物學(xué)和多向藥理學(xué)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上建立起來的，它是在生物網(wǎng)絡(luò)中各生物實(shí)體（疾病、表型、基因、靶標(biāo)、藥物等）相互作用的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)分析方法，觀察藥物對生物網(wǎng)絡(luò)的作用和影響，使藥物的研發(fā)更能針對疾病的實(shí)際情況，提高研發(fā)成功率。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)理解復(fù)雜的生物系統(tǒng)不僅僅需要實(shí)驗(yàn)，同樣也需要計(jì)算方式的支撐。計(jì)算方法能夠使網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)在復(fù)雜生物相互作用網(wǎng)絡(luò)中獲取整體、機(jī)制性信息，并能夠發(fā)現(xiàn)新藥靶標(biāo)以及特效藥的組合。盡管在網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)中的計(jì)算方法還處于實(shí)用建模和理論探索階段，但是它已經(jīng)為制藥業(yè)面臨的關(guān)鍵科學(xué)問題提供了一個很好的基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)概念出現(xiàn)比較晚，但是其內(nèi)涵已經(jīng)在藥理學(xué)實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)，作者概括了藥物靶標(biāo)識別、疾病關(guān)聯(lián)基因發(fā)現(xiàn)等方面的研究，總結(jié)其方法主要有5個類型的計(jì)算方法：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治?、靶?biāo)準(zhǔn)則分析、分類分析、聚類分析和回歸模型分析。

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)采用文本數(shù)據(jù)挖掘（text mining）、知識發(fā)現(xiàn)（knowledge discovery of database，KDD）網(wǎng)絡(luò)分析（network analysis）等技術(shù)探索生物實(shí)體之間潛在的未被發(fā)現(xiàn)的關(guān)系，如構(gòu)建疾病靶標(biāo)的二部圖網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)（頂）點(diǎn)（vertex）代表疾病或靶標(biāo)，邊（edge）代表節(jié)點(diǎn)間的相互作用關(guān)系，即若2個節(jié)點(diǎn)以邊相連，則其具有某種特定的關(guān)系，反之，則認(rèn)為無相互作用或潛在未被發(fā)現(xiàn)關(guān)系。這種靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)體系具有評價(jià)疾病的發(fā)生發(fā)展?fàn)顟B(tài)，藥物對疾病靶標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)與影響預(yù)測等功能。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)多以生物學(xué)數(shù)據(jù)庫為處理對象，如在蛋白質(zhì)相關(guān)的HPRD，BIND，DIP等；與遺傳、性狀及其基因相關(guān)的OMIM；藥物研發(fā)方面的DrugBank。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)采用這些生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，能夠從系統(tǒng)生物學(xué)角度，理解“疾病表型-基因-耙點(diǎn)-藥物”相互作用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算分析方法，來觀察藥物對病理網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)與影響，使研發(fā)的新藥更接近于疾病的實(shí)際情況。它對人類疾病的認(rèn)識具有系統(tǒng)性、動態(tài)性以及相互作用等特點(diǎn)，藥物干預(yù)機(jī)體靶點(diǎn)，調(diào)節(jié)機(jī)體平衡，從而達(dá)到治療作用。

2 中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的概念及其特點(diǎn)

傳統(tǒng)中藥強(qiáng)調(diào)“藥有個性之特長，方有合群之妙用”的組合應(yīng)用形式，重視“君臣佐使，七情合和”的組合效果，中醫(yī)藥被認(rèn)為是古老又經(jīng)典的系統(tǒng)生物學(xué)，開展中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的研究能夠明確中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制，提高中藥的研究水平。中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)既需要借鑒網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的技術(shù)和手段，又需要結(jié)合中藥本身的特點(diǎn)。

相比較西藥而言，中藥具有2個特點(diǎn)：一是中藥具有針對證候進(jìn)行治療的特點(diǎn)。但是，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)是西方學(xué)者提出來的，它是以現(xiàn)代醫(yī)藥學(xué)數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過網(wǎng)絡(luò)方法進(jìn)行構(gòu)建的。所以進(jìn)行中醫(yī)藥與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)進(jìn)行嫁接是中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的一個橋梁，病癥結(jié)合是一個行之有效的方法。二是中藥具有多成分綜合作用的特點(diǎn)。中藥常用的用藥形式是方劑，由成百上千個化合物組成。但是，中藥大多數(shù)是口服制劑，必須經(jīng)過吸收、分布、代謝、排泄過程，即ADME過程，到達(dá)靶標(biāo)器官、靶組織而發(fā)揮作用。有些化學(xué)成分在體外藥理活性必經(jīng)強(qiáng)，但是由于生物利用度很低，在體內(nèi)很難達(dá)到有效治療濃度，有些成分經(jīng)過腸內(nèi)菌或者肝臟代謝以代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用。所以，網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)必須與體內(nèi)ADME過程相結(jié)合，才能更好提高中藥的研究水平和切合中藥的實(shí)際情況。

3 基于體內(nèi)ADME過程和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的中藥現(xiàn)代研究思路

中藥在中國以及亞洲地區(qū)被廣泛應(yīng)用，也引起世界廣泛關(guān)注。但是，中藥研究仍然面臨許多困境和問題，其中2個問題最關(guān)鍵：一是藥效物質(zhì)基礎(chǔ)不明確，二是藥理作用及其作用機(jī)制不清楚。兩者之間相輔相成，相互促進(jìn)，只有明確藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，才能更好的闡釋其藥理作用及其作用機(jī)制，只有明確藥理作用才能更好的辨識有效成分。作為中藥的藥效成分應(yīng)該具有2個方面的屬性：一是具有藥理作用或者與藥理作用相關(guān)聯(lián)；二是該成分在體內(nèi)具有適宜的藥代動力學(xué)特征。網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)與體內(nèi)ADME過程相結(jié)合對開展中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及其作用機(jī)制是一條確實(shí)可行的途徑，其研究思路見圖1。

圖1 基于體內(nèi)ADME過程和網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的中藥現(xiàn)代研究思路

中醫(yī)藥最常用的用藥形式是方劑，由君、臣、佐、使組成，是十分復(fù)雜的化學(xué)體系，通過化學(xué)分離、分析的方法研究中藥方劑的化學(xué)成分，包括定性、定量分析等，建立方劑的化學(xué)成分信息庫。20世紀(jì)90年代，我國學(xué)者王喜軍教授認(rèn)為入血的成分才真正是中藥的有效成分，提出“中藥血清藥物化學(xué)”的研究方法，關(guān)注中藥在體內(nèi)的移行成分，并迅速得到了廣大學(xué)者的廣泛認(rèn)可。對于中藥方劑，通過高通量的定性、定量分析獲得外源性藥物本身及其所有代謝產(chǎn)物隨時(shí)間和空間（各個組織）的動態(tài)變化情況，藥物及其代謝產(chǎn)物各種代謝途徑、方式的信息和藥代動力學(xué)的各種參數(shù)等，研究方劑的體內(nèi)ADME過程，獲得方劑的代謝指紋，明確入血成分（包括原型成分及其代謝產(chǎn)物）以及到達(dá)靶器官、靶組織或者靶蛋白的成分，即達(dá)靶成分。但是，如果這些成分沒有合適的藥代動力學(xué)特征，例如生物利用度很低，沒有達(dá)到最低有效濃度，或者消除太快，很快被排泄，對于這些成分很難被認(rèn)為是有效成分。所以必須進(jìn)行藥代動力學(xué)的特征分析，獲得具有適宜的藥代動力學(xué)特征的入血成分和達(dá)靶成分（包括原型成分及其代謝產(chǎn)物）即藥代標(biāo)示物（PK-marker，PK-M）。然后，對以生物學(xué)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫為處理對象，通過文本數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)分析等技術(shù)構(gòu)建與疾病/證候的相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)。再次，對藥代標(biāo)示物進(jìn)行計(jì)算機(jī)靶標(biāo)的虛擬篩選，與方劑治療病癥/疾病的網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)進(jìn)行分子對接，評價(jià)藥代標(biāo)示物對靶標(biāo)蛋白的作用位點(diǎn)及其作用力，從而預(yù)測方劑對疾病粑標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的干預(yù)與影響等功能，有效闡釋方劑的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)及其作用機(jī)制。

4 中藥ADME研究內(nèi)容介紹

4.1 計(jì)算ADME高通量篩選

中藥是一個十分復(fù)雜化學(xué)體系，基于體內(nèi)過程發(fā)現(xiàn)中藥的有效成分群是一條確實(shí)可行的途徑，通過計(jì)算的方法進(jìn)行虛擬篩選，進(jìn)行有效成分群辨識是一個簡單快捷的方法之一。藥物的藥代動力學(xué)性質(zhì)是與其理化性質(zhì)密切相關(guān)的，Lipinski等早在1997年根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)總結(jié)預(yù)測藥物口服吸收的“五倍律”定律。Ekins等曾在220屆美國化學(xué)年會的報(bào)告中總結(jié)了當(dāng)前應(yīng)用計(jì)算機(jī)構(gòu)建的預(yù)測化合物ADME性質(zhì)的一些模型，其中包括Stephen Johnson應(yīng)用回歸樹和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法構(gòu)建的預(yù)測藥物血清蛋白結(jié)合的模型，William Egan應(yīng)用統(tǒng)計(jì)模式識別方法預(yù)測藥物的被動小腸吸收，Bernd Beck用半經(jīng)驗(yàn)定量方法構(gòu)建的預(yù)測藥物血腦屏障通透性的模型等，但這些方法的一個共同不足就是都是基于化合物的二維結(jié)構(gòu)來預(yù)測。從化合物的分子場中相互作用的能量計(jì)算出化合物的性質(zhì)，并將此方法應(yīng)用于根據(jù)化合物的三維（3D）結(jié)構(gòu)計(jì)算預(yù)測其理化性質(zhì)及藥代動力學(xué)性質(zhì)是一種全新的方法。VolSurf軟件就是將從化合物的3D結(jié)構(gòu)圖中提取的相關(guān)信息，轉(zhuǎn)換成幾個容易理解和解釋的描述符（參數(shù)），用這些描述符來構(gòu)建一個用化合物的3D結(jié)構(gòu)解釋其生物學(xué)行為的多變量預(yù)測模型。通過計(jì)算進(jìn)行中藥的ADME虛擬高通量篩選，為中藥藥物代謝物組學(xué)研究提供預(yù)測，使之研究更有針對性和目的性。

4.2 體內(nèi)過程的試驗(yàn)研究

4.2.1 血清和組織藥物化學(xué)

日本學(xué)者田代真一基于“人體胃腸道中寄生菌群能夠通過水解苷類物質(zhì)獲得能量來源，中藥產(chǎn)生生物活性的成分可能是中藥經(jīng)過菌群代謝之后的產(chǎn)物”的想法，提出了“血清藥物化學(xué)”的概念。我國學(xué)者對“中藥血清藥物化學(xué)”進(jìn)行系統(tǒng)研究。中藥血清藥物化學(xué)正是通過研究中藥或復(fù)方口服后被吸收入血的各個移行成分，來間接、快速地篩選有活性的藥效成分，探明移行成分與傳統(tǒng)療效的相關(guān)性，同時(shí)對闡明中藥及復(fù)方的作用機(jī)制、生物轉(zhuǎn)化和代謝等過程，以及對藥理、毒理的進(jìn)一步研究有一定的輔助作用。王喜軍等對茵陳蒿展開研究，發(fā)現(xiàn)其給藥血清中主要藥源性物質(zhì)6，7-二甲氧基香豆素，并通過藥效學(xué)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其具有利膽、抗炎、利尿、降血脂等藥效，從而證明其是茵陳蒿的有效成分。中藥組織藥物化學(xué)研究，分析達(dá)到靶器官的移行成分，并對了解藥物濃度高、蓄積時(shí)間長的組織和器官，以及在藥效或毒性靶器官的分布等。通過對血清和組織中移行成分與疾病的網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)進(jìn)行分子對接，有利于從網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)角度，系統(tǒng)的闡釋中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制。

4.2.2 多成分的藥代動力學(xué)研究

中藥藥代動力學(xué)起步較晚，多成分藥代動力學(xué)研究一直是中藥研究的難點(diǎn)問題之一。靶標(biāo)分析是中藥藥物代謝物組學(xué)研究的常用方法，尤其是對在中藥中大量存在、具有合適的藥代動力學(xué)特征以及具有與藥效相關(guān)的藥理活性的化學(xué)成分，即對藥代標(biāo)示物進(jìn)行藥代動力學(xué)研究，對用它們表征復(fù)方制劑在體內(nèi)吸收、分布、代謝、排泄的動態(tài)變化規(guī)律及其體內(nèi)時(shí)量關(guān)系、時(shí)效關(guān)系，并用數(shù)學(xué)模型提供藥代動力學(xué)參數(shù)。同時(shí)整合藥代動力學(xué)是中藥藥代動力學(xué)研究方向，整合機(jī)制研究是難點(diǎn)，筆者認(rèn)為以“組效關(guān)系”為核心開展整合機(jī)制研究將會突破這個難點(diǎn)。通過這些研究，可為藥物的初步篩選、劑型設(shè)計(jì)、質(zhì)量評估及給藥方案的制訂提供依據(jù)，可合理地指導(dǎo)臨床用藥.同時(shí)藥動學(xué)研究對復(fù)方的組方、藥物作用機(jī)制及藥物相互作用等也可提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

5 展望

網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)為中醫(yī)藥研究指明了方向，中藥網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)研究需要借鑒網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)的技術(shù)和手段，又需要注重中藥本身的特點(diǎn)，證候網(wǎng)絡(luò)靶標(biāo)與中藥化學(xué)成分的體內(nèi)過程將成為關(guān)鍵點(diǎn)。中藥藥物代謝組學(xué)與網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)結(jié)合進(jìn)行中藥研究，有利于明確被吸收入血和到達(dá)靶標(biāo)成分（包括原型成分和代謝產(chǎn)物），有利于辨識中藥的有效成分和闡釋中藥的作用機(jī)制，闡釋中藥的“組效關(guān)系”及其方劑配伍規(guī)律，有助于中藥新藥設(shè)計(jì)及其研究開發(fā)，有利于為組分中藥的研究發(fā)展提供理論依據(jù)，為中藥現(xiàn)代化研究發(fā)展指明了方向，有利于采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)進(jìn)行中藥候選藥物研發(fā)成藥性的早期預(yù)測，進(jìn)行早期成藥性評價(jià)，提高藥物研發(fā)的成功率，減少研發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)和成本。