结构中药学是研究
中药功效成分物理基础的学科领域,它包括中药成分的相态变化规律及其效应关系。
定义
结构中药学,“相态”是指在一定环境下,不同或相同成分间相互作用形成的相对稳定的构造形式,它包含成分和结构 2个层面。
原理
传统中药研究比较关注成分层面,但任何成分都有其所处环境和存在状态,相同的成分在不同环境条件下会有不同的结构形式。如很多中药成分在有机相中呈“溶解状态”,而水中则呈聚集态甚至沉淀,这直接决定了其在生物药剂学分类系统中的划分类别。但事实上,很多化合物即使是被定义为水溶性成分,也未必是“真溶液”的存在形式。例如很多中药“水溶性”皂苷成分在一定浓度下会缔合成“胶束相”从而影响其性能。因此,中药成分( 包含各类初级和次级代谢产物) 在一定条件下相互作用产生的特定相态才是功效传递的完整形式。相态的产生可源自本体,如生物体细胞分泌的细胞外囊泡或甘草酸自身组装形成的聚集形式; 也可以是通过炮制或配伍等方式实现的, 例如炮制后形成的碳点或复方中药煎煮过程形成的自沉淀。相态的维持与变化受组分构成、所处环境等多元因素调控, 相态的转化引起功能或效应的迁移。例如氨基多糖、钙离子和丹酚酸在中性 pH 下可组装成球形纳米粒子,在体内稳定地传输。但在炎性环境的酸性条件下可解聚释放出游离丹酚酸。这种随环境而变得相态伴随着药物的装载、释放、 转运和起效,体现中药物质和功效的传变规律。
背景
中药药效物质基础是
中药学研究的根本问题,也是中药学各二级学科绕不开的科学问题。中药药效物质基础研究旨在阐明中药药效物质、药理作用及起效机制,是揭示中药及其组方内涵、开发中药适宜制剂、制定质量标准、提高临床疗效的前提和依据,是
中药现代化的重要组成部分。经过数百年的发展,中药化学成分的分离和评价手段日趋成熟,中药化合物获得充分积累,化学结构及其活性的关系已经比较明晰。但同时,部分中药的活性成分不清、体内外活性不一致、大多数中药活性成分的成药性差等问题愈发凸显且长期未能解决,现有研究体系难以全面阐释中药药效物质基础的科学内涵。另一方面,
新兴学科和技术的发展使人们认识中药的思路、方法和手段获得极大拓展,发现了很多不同于传统研究理念,但却能较好体现中药功效的新活性物质和起效方式,为破解中医药谜题带来新的线索。《结构中药学: 中药药效物质基础研究的新领域》一文回顾了中药药效物质基础研究的历程,指出当前面临的瓶颈问题, 从中药药效物质基础的两面性角度分析了问题产生的共性原因,即长期以来对中药药效物质物理基础研究的忽视。并根据近年来该领域涌现的新观点、新进展证明了活性成分的
存在形式对起效的关键作用,由此提出结构中药学理论和研究模式,以期为中药药效物质基础研究提供新的视角和思路。
瑞典著名结构生物学家 LILJASA 教授在其著作《结构生物学: 从原子到生命》中全面解析了重要生命活动过程的结构基础及由此阐发的分子机制,展现了
生物大分子结构与生命效应的内在联系。
中药作为来源自然界的一类活性物质,其效应方式伴随着分子键合或配体/受体对接,必然对化合物及其高级组装形式的结构具有高度依赖性。从药用动植物到炮制加工品再到具体制剂的整个中药生命周期中, 普遍存在化学成分和物理结构的传递,并对生物转运和药效发挥起重要作用。例如中药煎煮过程中往往会有自沉淀现象,这预示着新相态的形成。研究者较早发现了中药共煎对相关活性成分溶出度、药效和毒性的影响。但长期以来,这种新物相形式的产生基础和对起效的意义未能被揭示,相关现象和研究也缺乏系统的归纳总结。此外,受天然化合物分离方法的限制,中药本源的物态形式在有机溶剂萃取和洗脱过程中被破坏或摒弃,也是造成中药物理结构研究一直未有明显进展的原因。
近年来,随着
超分子化学、
生物物理学、纳米生物学等学科的发展以及各类电镜、成像和谱学分析技术的突破,中药的很多物相形式和特征被发现和揭示,极大地拓展了中药药效物质基础的认识维度。
特点
结构中药学具有以下几个特征:
①整体与个体统一: 研究维度不再是孤立的分子或分子组合,而是存在弱键互作关系及特定结构的活性相态形式,单分子仅仅是中药成分的一 种相态形式,在不同环境下存在单体和
聚集态的互变;
②动态性和阶段性:
相态是特定环境下的多因函数,不同的体内外环境促成不同的相态形式,这些特定相态可以反映中药物质形成、衍化、转运、起效的整个生命周期,而特定环境下的相态反映所处阶段的功能和意义,这也为研究工作的分段开展提供了可能;
③相效关联性: 这既是认识观又是方法论,即研究中药的相态不是抛开成分和效应单纯研究结构和物理性质,而是关注和揭示成分-相态-效应关联链条中的物质与功能传变规律;
④实践性: 结构中药学是源于实践的总结,并将为中药药效物质基础研究提供多维的、可行的研究思路和实施方法;
⑤开放性和延展性: 结构中药学的理论和实践对中药药效物质基础的阐释、中药质量的多元评价、功能辅料的发现、中药新药的创制提供了开放的研究空间。
意义
结构中药学是在总结前人理论和实践的基础上提出的, 有其客观性和时代性。首先,生物体是由大量生物分子构成的,而每一个功能
生物大分子都有特定的结构,并被赋予特定的功能。它们相互协调,共同组装成更高级的分子机器、细胞器,进一步组装成生命功能的基本单元——
细胞。因此,生物体就是由化学元素构成的分子通过组装成特定结构而发挥功能的,这是生物世界的基本规律。
中药作为来源于生物界的活性产物并作用于新的生物系统,也必然遵循这一规律。其次,结构中药学的产生具有鲜明的时代特征。
结构生物学、
超分子化学、
生物物理学等新兴学科和现代技术的发展极大地拓展了人们对中药的认识维度和实践手段,数以万计的天然化合物的发现和积累也为理解中药由
成分到
结构再到
功能的传变过程提供了研究基础,这是催生结构中药学理论和实践的时代元素。
当前,很多久而未解的瓶颈问题制约着中医药现代化的进程,传统的研究模式经过百余年的发展已趋于成熟和固化,很难突破现有
范式转化为更高级模式,这实质上就是美国人类学家 Clifford Geertz 提出的内卷化概念在科学研究中的表现,这是一种规则范式在穷尽其生产力功能之后所呈现出的一种高成本的无差别吞噬或沉没效应。要想破解中药学研究的内卷化趋势,保持系统的开放状态是必要的外部条件。此外,在领域内保持思想和方法的多样性也是构建多元生动的科研生态、避免系统过度内卷化的必要内部条件。与近年来中药学领域出现的其他思想和方法一样,结构中药学也是中药守正创新道路上的探索和实践,也同样需要经历长期的论证和修正以获得不断的发展。但与此同时,笔者更希望通过结构中药学的提出构建一种开放多元的科研生态,使业内重视和加强中药多维特征的研究,这不仅会拓宽和丰富人们对中药科学内涵的认识,也将对中药学其他领域的传统实践产生重要影响。