曾克武+屠鵬飛

[摘要] 中藥是由多種化學(xué)成分構(gòu)成的復(fù)雜體系，其發(fā)揮疾病治療作用的最大特色就在于其所含的多種活性成分通過多靶點協(xié)同作用得以實現(xiàn)。以往針對中藥的藥理機(jī)制研究大多關(guān)注于對單一信號通路的檢測或是對整體蛋白質(zhì)組學(xué)變化的表型分析，尚無有效方法針對中藥的直接作用靶點開展研究。因此無法從靶點源頭上解析中藥的分子作用機(jī)制，難以科學(xué)詮釋其傳統(tǒng)功效，進(jìn)而嚴(yán)重影響其臨床應(yīng)用和國際化推廣。該文主要針對中藥復(fù)雜體系的直接作用靶點（群）的鑒定進(jìn)行初步的方法學(xué)探討，提出了基于光敏偶聯(lián)技術(shù)的中藥化學(xué)成分固相親合載體的制備及靶點蛋白富集和鑒定策略，并在此基礎(chǔ)上探討了該策略的優(yōu)勢和局限性，同時針對今后的發(fā)展方向和有待解決的問題提出了新的見解。希望對于從事中藥藥理學(xué)研究特別是中藥靶點確證的相關(guān)人員具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

[關(guān)鍵詞] 中藥； 復(fù)雜體系； 靶點； 藥理機(jī)制； 光敏微球

[Abstract] Traditional Chinese medicine（TCM） is a complex system with multiple chemical compositions The most significant character of TCM is that the chemical compositions interact with each other by multitarget synergism to treat diseases Previous reports mainly focused on the investigation of single signaling pathway detection or the phenotypic analysis of proteomics difference； however， no studies have been conducted on the identification of direct targets of TCM Therefore， it is difficult to analyze the molecular mechanism of traditional Chinese medicine from the target source， and it is difficult to explain its traditional efficacy scientifically， thus seriously affecting its clinical application and internationalization In this article， we discussed the methodology for the identification of direct TCM targets（groups）， and presented the strategy for preparation of TCM chemical composition solid coupling beads， as well as of enrichment and identification strategy of target proteins based on photosensitive coupling technique We also discussed the advantages and limitations of this strategy， and put forward some new ideas for the future developments We hope this article can provide some guidance and reference significance for the researchers on TCM pharmacology study， especially on target identification.

[Key words] traditional Chinese medicine； complex system； drug target； pharmacological mechanism； photosensitive beads

中藥在我國的使用歷史悠久，長期積累了大量的臨床經(jīng)驗，防病治病效果明確，因此在維持人們健康方面做出了巨大貢獻(xiàn)。但是時至今日中藥的使用和推廣還主要局限于中國、韓國、日本及東南亞地區(qū)，其國際化和現(xiàn)代化的步伐緩慢，特別是在歐美等發(fā)達(dá)國家的推廣和應(yīng)用還受到不少的限制。究其根本，主要問題還在于中藥的成分十分復(fù)雜，藥理機(jī)制難以說清，藥物靶點不明，因此難以使用現(xiàn)代科學(xué)語言對其藥理作用和傳統(tǒng)功效進(jìn)行精準(zhǔn)的詮釋^[1-2]。

近年來，關(guān)于如何研究和理解中藥復(fù)雜體系藥理機(jī)制的探討一直在不斷進(jìn)行，就此人們也提出了很多理論與假說。比如較為流行的中藥“多成分、多靶點”觀點認(rèn)為，中藥由于其所含化學(xué)成分復(fù)雜多樣，因此每種化學(xué)成分都有各自的作用靶點，多個成分對應(yīng)多個不同靶點，由此構(gòu)成了中藥復(fù)雜體系的多成分、多靶點的作用模式^[3-4]。該觀點可以很好的解釋中藥成分多樣性所導(dǎo)致的作用機(jī)制復(fù)雜性的現(xiàn)象，同時也契合了不少實驗結(jié)果，因而已經(jīng)成為目前中藥藥理學(xué)研究的重要模式之一。然而，近年來也有人提出中藥成分雖然復(fù)雜，但是未必一定是多成分、多靶點的看法。即中藥里所含的多個化學(xué)成分可能同時作用于1個靶點，而1個化學(xué)成分也可能同時作用于多個不同靶點的現(xiàn)象是存在的，甚至有時單一化學(xué)成分作用于多個靶點的現(xiàn)象在中藥里更為常見^[5]。這一觀點近幾年來也催生了一個新學(xué)科的出現(xiàn)，即多重藥理學(xué)（polypharmacology）^[6]。有學(xué)者認(rèn)為，具有多重藥理作用的中藥活性分子由于其作用于疾病網(wǎng)絡(luò)中的多個靶點，多個靶點之間產(chǎn)生協(xié)同作用，進(jìn)而導(dǎo)致綜合作用大于單個作用加和的效果，這可能更加有助于諸如心腦血管疾病、腫瘤、代謝性疾病及神經(jīng)退行性疾病等多基因復(fù)雜疾病的治療^[7]。值得一提的是，新近還有學(xué)者針對中藥成分復(fù)雜性的特點提出了中藥復(fù)雜體系的 “顯效理論”，認(rèn)為中藥活性成分可能通過“眾多顯效形式的單靶點疊加作用、多靶點協(xié)同作用”發(fā)揮整體藥效，同時各種中藥活性成分由于作用靶點的不同還可能產(chǎn)生“毒性分散作用”，進(jìn)而削弱中藥自身的毒性^[8-9]。由此可見，這些觀點和理論的不斷提出，為中藥復(fù)雜體系的藥理機(jī)制研究與闡釋奠定了堅實的理論基礎(chǔ)和思想框架。因此有必要開展大量的實驗研究去驗證、支持和進(jìn)一步豐富這些研究理念，從而使中藥復(fù)雜的藥理作用機(jī)制得以真正的闡明，并最終促進(jìn)中藥的國際化。endprint

1 中藥復(fù)雜體系分子靶點研究的迫切性

近年來，隨著青蒿素研究獲得諾貝爾獎及中醫(yī)藥研究熱潮的復(fù)興，大量研究機(jī)構(gòu)開展了針對諸多經(jīng)典名方的藥理機(jī)制研究，致使一大批傳統(tǒng)中藥方劑的功效得到循證醫(yī)學(xué)的確認(rèn)，作用機(jī)制也得到更深刻的認(rèn)識。但是目前存在的主要問題是大多研究僅針對中藥方劑作用于細(xì)胞或機(jī)體后的所引起的整體蛋白質(zhì)組、轉(zhuǎn)錄組以及基因組表達(dá)變化的表觀性研究，未能通過這些表觀信號指標(biāo)的變化找到藥物分子的直接作用靶點，因此尚未真正意義的闡明藥物的分子作用機(jī)制。特別是面對像中藥這樣具有多種化學(xué)成分的復(fù)雜體系，其直接作用靶點或靶點群的研究更是困難，因此嚴(yán)重制約了中藥傳統(tǒng)功效的科學(xué)詮釋及現(xiàn)代化進(jìn)程。

眾所周知，靶點是藥物作用于細(xì)胞和機(jī)體并產(chǎn)生疾病防治作用的生物學(xué)基礎(chǔ)，是藥物作用的源頭。只有弄清藥物分子的作用靶點并了解其生物學(xué)功能后，才能真正從根本上闡明該藥物的分子藥理機(jī)制，并進(jìn)而指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)用藥^[10]。一般來講，藥物的靶點就是人體內(nèi)的某些生物大分子，諸如蛋白質(zhì)、核酸或糖類物質(zhì)等。藥物通過靶向作用于這些生物大分子，調(diào)節(jié)其生物學(xué)活性，進(jìn)而引起靶點分子下游的細(xì)胞信號通路的改變，進(jìn)而擾動疾病網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮疾病治療和預(yù)防的作用^[11]。因此，藥物靶點的闡明和揭示，可以從源頭上弄清藥物的作用機(jī)制，對于全面認(rèn)識和理解藥物具有重要的指導(dǎo)意義。

2 中藥復(fù)雜體系分子靶點研究現(xiàn)狀

目前，針對中藥分子靶點的研究尚未形成統(tǒng)一的思想框架。早期的探索性研究可能主要源于針對單一天然活性分子的作用靶點鑒定。比較知名的案例就是針對天然產(chǎn)物FK506的作用靶點蛋白FKBP的揭示，該研究是由哈佛大學(xué)的Schreiber教授領(lǐng)導(dǎo)完成的^[12]。此后逐步掀起了一股天然活性分子靶點的研究熱潮，包括紫杉醇^[13]，喜樹堿^[14]，嗎啡^[15]，石杉堿甲^[16]以及三氧化二砷^[17]的分子靶點相繼被發(fā)現(xiàn)。由此逐漸形成了一套較為成熟的天然活性分子的靶點研究策略，即“靶點垂釣”技術(shù)^[18-19]。該技術(shù)主要是通過化學(xué)修飾在原有分子結(jié)構(gòu)中引入一個標(biāo)簽分子，如生物素分子，進(jìn)而利用生物素與固相載體表面的親和素之間的強(qiáng)相互作用，將與分子探針特異性結(jié)合的靶點富集到固相載體表面，并通過高分辨質(zhì)譜對靶點進(jìn)行鑒定。應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行藥物靶點確證時，需要對所研究的活性分子進(jìn)行化學(xué)修飾，修飾過程中不能破壞該分子原有的藥效團(tuán)，即合成的分子探針要保留原有的生物學(xué)活性，因此這一要求十分苛刻，并不適用于所有天然活性分子的靶點研究，因為很多天然活性分子沒有可供修飾的化學(xué)基團(tuán)。因此，“靶點垂釣”技術(shù)僅適用于少數(shù)天然活性分子 [20]。

分子“靶點垂釣”技術(shù)對于單一分子的靶點研究尚且困難重重，其對于中藥方劑這樣復(fù)雜系統(tǒng)的靶點研究就更加無能為力。如果采用研究單一活性分子靶點的思路開展中藥復(fù)雜體系的多靶點鑒定與研究時，首先就需要將中藥復(fù)雜體系中的整個化學(xué)成分全部偶聯(lián)到固相載體上，進(jìn)而才能進(jìn)行后續(xù)的靶點富集與鑒定。而解決這一問題的關(guān)鍵就是如何將中藥所含的諸多不同結(jié)構(gòu)的化學(xué)分子偶聯(lián)到固相載體上，采用傳統(tǒng)針對單一化學(xué)分子進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾進(jìn)而引入標(biāo)簽分子的策略顯然是行不通的。因此，近年來人們不斷開發(fā)出了一些基于其他技術(shù)手段的中藥作用靶點研究策略。

2.1 基于計算機(jī)虛擬對接技術(shù)的中藥尋靶方法 多年以前人們已經(jīng)開始采用基于計算機(jī)虛擬對接技術(shù)的反相尋靶方法。通過首先明確中藥復(fù)雜成分體系中的主要活性成分，進(jìn)而將他們的化學(xué)結(jié)構(gòu)輸入計算機(jī)系統(tǒng)，依托后臺的靶點蛋白結(jié)構(gòu)庫及分子對接軟件平臺進(jìn)行虛擬分子對接，尋找與中藥活性分子對接打分較高的潛在作用靶點，最后將中藥活性分子對接得到的靶點進(jìn)行匯總，即得到該中藥的作用靶點（群）。根據(jù)靶點群中不同靶點的生物學(xué)功能，還可以繪制靶點互作網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而解釋中藥的復(fù)雜分子藥理機(jī)制^[21-22]。然而，該研究策略存在一個明顯的不足，即研究結(jié)果需要后期的實驗驗證，而這一驗證工作量很大，對于一些條件受限的實驗室有時甚至無法完成。

2.2 基于系統(tǒng)生物學(xué)的中藥尋靶方法 近年來，隨著系統(tǒng)生物學(xué)，基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們又嘗試采用各種組學(xué)技術(shù)來研究中藥復(fù)雜體系的藥理機(jī)制，特別是作用靶點。例如通過檢測中藥干預(yù)細(xì)胞或動物體系前后的整個蛋白質(zhì)組水平的變化，進(jìn)而通過各種生物信息學(xué)分析方法如GO基因功能注釋和KEGG通路注釋等，繪制藥物可能調(diào)控的信號通路，這樣沿著信號通路不斷向上追溯就可以找到該藥的作用靶點^[23-24]。例如有學(xué)者采用網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)等方法研究了中藥麝香保心丸的潛在作用靶點及對心血管系統(tǒng)的信號通路及疾病網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控作用。結(jié)果發(fā)現(xiàn)麝香保心丸可能參與調(diào)控了523個不同的靶點蛋白，其中的28個入血成分對應(yīng)了其中的113個靶點蛋白，包括COL1A1，MMP9，NOS3，TLR4以及VCAM1等。這些靶點之間通過相互協(xié)同作用，進(jìn)而擾動疾病網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮抗心肌缺血所致的心絞痛和心肌梗死等疾病治療作用。對于像中藥這種組成十分復(fù)雜的藥物體系，基于組學(xué)的研究策略可以大大降低研究的時間，即在短期內(nèi)即可找到與藥物相關(guān)的作用靶點并闡明其藥理機(jī)制。不過該方法也存在一些問題，即通過生物信息學(xué)計算找到的靶點可能僅是一些藥物間接調(diào)控的靶點，可能并不是藥物的直接作用靶點，因此有時還不能從源頭上解釋藥物的分子藥理機(jī)制，而目前針對該研究策略的不斷完善仍然在進(jìn)行中。

2.3 基于化學(xué)生物學(xué)的中藥尋靶方法 通過化學(xué)生物學(xué)的手段開展復(fù)雜體系的藥物靶點識別近年來已經(jīng)有所報道。尤其是通過細(xì)胞熱移位法（cellular thermal shift assay，CETSA）以及DARTS（drug affinity responsive target stability）技術(shù)開展的復(fù)雜體系藥物靶點研究較為突出。例如，DARTS技術(shù)被用來研究葡萄籽提取物的潛在作用靶點蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)葡萄籽提取物能夠靶向作用細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相關(guān)蛋白，例如GRP75，GRP78，HSP7c，ALDOA等，通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯過程的蛋白表達(dá)下調(diào)，最終發(fā)揮抗腫瘤作用^[25]。另外，本課題組也在嘗試使用細(xì)胞熱移位法并結(jié)合活細(xì)胞穩(wěn)定同位素標(biāo)記技術(shù)（SILAC）進(jìn)行復(fù)雜中藥體系的尋靶研究，即通過對中藥提取物處理過的活細(xì)胞進(jìn)行熱應(yīng)激處理，然后通過SILAC定量蛋白質(zhì)組學(xué)檢測藥物處理前后細(xì)胞中的蛋白穩(wěn)定性變化，進(jìn)而找到可能與中藥提取物發(fā)生潛在結(jié)合的靶點蛋白。endprint

3 基于固相親合載體的中藥復(fù)雜體系靶點研究策略

近幾年來，隨著光化學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們發(fā)現(xiàn)了一系列具有光敏活性的化學(xué)基團(tuán)，如二苯甲酮和三氟甲基取代氮雜環(huán)丙烷這些光敏基團(tuán)的特點是可在紫外光激發(fā)下活化成碳自由基，而碳自由基可以高效的插入到化合物的碳?xì)滏I之間，形成共價偶聯(lián)^[26-27]。由于中藥活性成分中大多具有碳?xì)滏I，所以如果將光敏基團(tuán)鍵合到固相載體（如微球、芯片）的表面，進(jìn)而可以利用光反應(yīng)活化這些光敏基團(tuán)，實現(xiàn)將中藥活性成分偶聯(lián)到固相載體表面的設(shè)想?；谠摬呗?，可以將中藥甚至整個方劑的所有化學(xué)成分整體鍵合到固相載體表面，并用于后續(xù)的靶點鉤釣與鑒定。

本課題組前期基于該靶點鉤釣策略研究并鑒定了多個中藥方劑、單味藥及其有效部位的作用靶點群。即將中藥的全化學(xué)成分組或有效部位成分通過光活化偶聯(lián)技術(shù)鍵合在固相磁性微球的表面，進(jìn)而將被修飾的磁性微球與細(xì)胞或組織裂解液進(jìn)行共孵育，通過固定在微球表面的中藥化學(xué)分子與靶點之間的特異性相互作用，將不同的靶點富集到固相微球的表面，再通過特異性洗脫將靶點從微球表面剝離下來，進(jìn)行高分辨質(zhì)譜鑒定與分析，從而得到該中藥化學(xué)成分組對應(yīng)的靶點群（圖1）。此外，基于鑒定得到的不同靶點，開展生物信息學(xué)分析，筆者進(jìn)而發(fā)現(xiàn)了一系列與所發(fā)現(xiàn)靶點群相關(guān)的細(xì)胞信號通路，依據(jù)這些信號通路所反映的生物學(xué)功能進(jìn)而推測了這些中藥發(fā)揮藥效作用的潛在分子藥理機(jī)制。這種通過光偶聯(lián)技術(shù)將中藥化學(xué)成分組整體鍵合到固相載體表面，進(jìn)而鉤釣相應(yīng)靶點，并依據(jù)生物信息學(xué)分析手段探討這些靶點所反映的生物學(xué)功能及藥理調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而詮釋中藥傳統(tǒng)功效的策略在以往的中藥研究中尚未見廣泛報道。

該方法最大的特色在于其可以發(fā)現(xiàn)中藥復(fù)雜體系的直接作用靶點，進(jìn)而可以從靶點源頭上解釋中藥的藥理機(jī)制。此外，依據(jù)這一策略所揭示的是針對整個中藥化學(xué)成分組的靶點群，因而體現(xiàn)了中藥的整體作用特點。更值得一提的是，依據(jù)該方法還可以通過將不同中藥活性成分或同一中藥的不同活性分子分別偶聯(lián)到不同的微球上，分別鉤釣其對應(yīng)的靶點并與總方的作用靶點群進(jìn)行比較，進(jìn)而研究同一方劑內(nèi)部不同藥物之間的配伍關(guān)系，或同一中藥的不同活性成分之間的協(xié)同作用，進(jìn)而深入揭示中藥調(diào)控機(jī)體發(fā)揮疾病治療作用的復(fù)雜藥理機(jī)制。

4 基于固相親合載體的中藥復(fù)雜體系分子靶點研究所面臨的問題及挑戰(zhàn)

基于光偶聯(lián)技術(shù)構(gòu)建中藥化學(xué)成分親合載體并進(jìn)行分子靶點鑒定的策略目前還僅是針對某一中藥或方劑的全化學(xué)成分組的靶點研究，這里尚未考慮到藥物的體內(nèi)吸收和代謝轉(zhuǎn)化等因素的影響^[28]。由于中藥的化學(xué)成分并不能被機(jī)體全部吸收入血，因此只有部分成分在體內(nèi)可作用于其特定的靶點，此外由于藥物經(jīng)過體內(nèi)代謝后可能部分原型化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，因此其作用的靶點也可能隨之發(fā)生變化，或該化合物針對某個靶點的作用強(qiáng)度亦隨之發(fā)生變化。因此基于目前的研究策略所發(fā)現(xiàn)的作用靶點可能要多于中藥在體內(nèi)實際作用的靶點數(shù)。因此期待今后進(jìn)一步結(jié)合中藥的體內(nèi)吸收和代謝特點進(jìn)而有針對性的將中藥吸收進(jìn)入體內(nèi)的化學(xué)組分篩選出來，并偶聯(lián)到固相載體表面，這樣鑒定得到的靶點將更加特異、更有針對性，更能真實的反映中藥在體內(nèi)的作用機(jī)制。另外值得注意的是，中藥吸收入血后，還存在不同器官分布的特點^[29]，因此研究過程中可能要考慮到針對不同器官制備特異性的組織裂解液，同時針對進(jìn)入某一特定器官的特定化學(xué)成分制備固相親合載體，進(jìn)而更加精準(zhǔn)的開展中藥靶點鑒定和研究工作。此外，筆者也在積極探討是否可將用于偶聯(lián)中藥活性成分的固相磁性微球做的更小，比如達(dá)到納米級別，這樣可以直接將該微球通過注射方式進(jìn)入體內(nèi)，然后獲取某一特定器官的裂解液，進(jìn)而通過磁性富集的方式富集體內(nèi)的磁性標(biāo)記藥物，并分析與藥物結(jié)合的潛在靶點蛋白，即在體狀態(tài)下直接開展靶點鑒定工作。

5 結(jié)語

目前針對中藥活性成分單體的分子靶點鑒定方法已經(jīng)十分成熟，但是如何鑒定中藥特別是中藥方劑等復(fù)雜成分體系的作用靶點的研究尚未廣泛開展，其中的關(guān)鍵瓶頸就在于如何將中藥復(fù)雜化學(xué)成分進(jìn)行芯片偶聯(lián)與固定，進(jìn)而開展后續(xù)的靶點鑒定。除了基于光偶聯(lián)技術(shù)外，目前還有一些其他方法處于嘗試階段，比如通過環(huán)氧活性基團(tuán)與含糖環(huán)化學(xué)分子進(jìn)行偶聯(lián)^[30]以及物理性吸附^[31]等手段。但是這些方法均未引起廣泛關(guān)注，因此有必要對此進(jìn)行深入探討，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)更多的針對中藥復(fù)雜化學(xué)成分體系的多靶點研究策略，這些嘗試將對今后中藥分子藥理機(jī)制研究具有十分重要的指導(dǎo)意義。

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[責(zé)任編輯 張寧寧]endprint