基于體內ADME過程和網絡藥理學的中藥現代研究思路 

許海玉¹，黃璐琦¹，盧鵬^1，2，楊洪軍¹*

（1.中國中醫科學院中藥研究所

2.中國科學院自動化研究所）

中藥是復雜化學體系，中藥的療效是中藥的化學物質作用于人體，使機體的生理機能或生化反應發生變化的復雜過程。一般認為，中藥具有“多成分、多靶點、低親和力、低選擇性”作用特點，如何用現代語言闡釋中藥的藥效物質基礎和作用機制一直是研究的難點和關鍵點。近年來，網絡藥理學是通過網絡方法來分析藥物、靶點和疾病之間的相互關系，已經逐步取代了以往單一“基因-疾病-藥物”的傳統新藥研發思想。目前網絡藥理學已經成為新藥研發理論方法的一個研究熱點，并且受到中醫藥學者的高度關注，積極探索網絡藥理學的技術和方法應用到中藥研究。但是，筆者認為，中藥網絡藥理學必須結合中藥本身的特點，加強中藥體內ADME過程研究，明確中藥的入血成分及其達靶成分.然后通過網絡藥理學闡釋其藥理作用及其作用機制，從而用現代技術詮釋中藥的藥效物質基礎及其作用特點。

1 網絡藥理學的概況

在過去的10多年中.新藥研發的失敗率不斷增高，面臨困境，這不是技術問題，而是哲學問題，與疾病相關單靶點高選擇性藥物設計的主導思想是同時發生的。隨著現代生命科學技術的發展，人類對疾病的生物學本質認識不斷深化，西方醫藥界逐漸認識到多基因、多環境因素及其相互作用引起的復雜性疾病。2007年，Andrew L Hopkins提出了網絡藥理學，將成為新藥研發領域里新的發展方向。網絡藥理學是在系統生物學和多向藥理學快速發展的基礎上建立起來的，它是在生物網絡中各生物實體（疾病、表型、基因、靶標、藥物等）相互作用的基礎上，通過系統分析方法，觀察藥物對生物網絡的作用和影響，使藥物的研發更能針對疾病的實際情況，提高研發成功率。

網絡藥理學理解復雜的生物系統不僅僅需要實驗，同樣也需要計算方式的支撐。計算方法能夠使網絡藥理學在復雜生物相互作用網絡中獲取整體、機制性信息，并能夠發現新藥靶標以及特效藥的組合。盡管在網絡藥理學中的計算方法還處于實用建模和理論探索階段，但是它已經為制藥業面臨的關鍵科學問題提供了一個很好的基礎。網絡藥理學概念出現比較晚，但是其內涵已經在藥理學實際應用中出現，作者概括了藥物靶標識別、疾病關聯基因發現等方面的研究，總結其方法主要有5個類型的計算方法：網絡拓撲分析、靶標準則分析、分類分析、聚類分析和回歸模型分析。

網絡藥理學采用文本數據挖掘（text mining）、知識發現（knowledge discovery of database，KDD）網絡分析（network analysis）等技術探索生物實體之間潛在的未被發現的關系，如構建疾病靶標的二部圖網絡，其中節（頂）點（vertex）代表疾病或靶標，邊（edge）代表節點間的相互作用關系，即若2個節點以邊相連，則其具有某種特定的關系，反之，則認為無相互作用或潛在未被發現關系。這種靶標網絡體系具有評價疾病的發生發展狀態，藥物對疾病靶標網絡的干預與影響預測等功能。網絡藥理學多以生物學數據庫為處理對象，如在蛋白質相關的HPRD，BIND，DIP等；與遺傳、性狀及其基因相關的OMIM；藥物研發方面的DrugBank。網絡藥理學采用這些生物學數據庫，能夠從系統生物學角度，理解“疾病表型-基因-耙點-藥物”相互作用網絡的基礎上，通過計算分析方法，來觀察藥物對病理網絡的干預與影響，使研發的新藥更接近于疾病的實際情況。它對人類疾病的認識具有系統性、動態性以及相互作用等特點，藥物干預機體靶點，調節機體平衡，從而達到治療作用。

2 中藥網絡藥理學的概念及其特點

傳統中藥強調“藥有個性之特長，方有合群之妙用”的組合應用形式，重視“君臣佐使，七情合和”的組合效果，中醫藥被認為是古老又經典的系統生物學，開展中藥網絡藥理學的研究能夠明確中藥的藥效物質基礎和作用機制，提高中藥的研究水平。中藥網絡藥理學既需要借鑒網絡藥理學的技術和手段，又需要結合中藥本身的特點。

相比較西藥而言，中藥具有2個特點：一是中藥具有針對證候進行治療的特點。但是，網絡藥理學是西方學者提出來的，它是以現代醫藥學數據庫為基礎，通過網絡方法進行構建的。所以進行中醫藥與現代醫學進行嫁接是中藥網絡藥理學的一個橋梁，病癥結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。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，中藥大多數是口服制劑，必須經過吸收、分布、代謝、排泄過程，即ADME過程，到達靶標器官、靶組織而發揮作用。有些化學成分在體外藥理活性必經強，但是由于生物利用度很低，在體內很難達到有效治療濃度，有些成分經過腸內菌或者肝臟代謝以代謝產物發揮作用。所以，網絡藥理學必須與體內ADME過程相結合，才能更好提高中藥的研究水平和切合中藥的實際情況。

3 基于體內ADME過程和網絡藥理學的中藥現代研究思路

中藥在中國以及亞洲地區被廣泛應用，也引起世界廣泛關注。但是，中藥研究仍然面臨許多困境和問題，其中2個問題最關鍵：一是藥效物質基礎不明確，二是藥理作用及其作用機制不清楚。兩者之間相輔相成，相互促進，只有明確藥效物質基礎，才能更好的闡釋其藥理作用及其作用機制，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聯；二是該成分在體內具有適宜的藥代動力學特征。網絡藥理學與體內ADME過程相結合對開展中藥藥效物質基礎及其作用機制是一條確實可行的途徑，其研究思路見圖1。

圖1 基于體內ADME過程和網絡藥理學的中藥現代研究思路

中醫藥最常用的用藥形式是方劑，由君、臣、佐、使組成，是十分復雜的化學體系，通過化學分離、分析的方法研究中藥方劑的化學成分，包括定性、定量分析等，建立方劑的化學成分信息庫。20世紀90年代，我國學者王喜軍教授認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”的研究方法，關注中藥在體內的移行成分，并迅速得到了廣大學者的廣泛認可。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物隨時間和空間（各個組織）的動態變化情況，藥物及其代謝產物各種代謝途徑、方式的信息和藥代動力學的各種參數等，研究方劑的體內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物）以及到達靶器官、靶組織或者靶蛋白的成分，即達靶成分。但是，如果這些成分沒有合適的藥代動力學特征，例如生物利用度很低，沒有達到最低有效濃度，或者消除太快，很快被排泄，對于這些成分很難被認為是有效成分。所以必須進行藥代動力學的特征分析，獲得具有適宜的藥代動力學特征的入血成分和達靶成分（包括原型成分及其代謝產物）即藥代標示物（PK-marker，PK-M）。然后，對以生物學醫學數據庫為處理對象，通過文本數據挖掘、知識發現、網絡分析等技術構建與疾病/證候的相關的網絡靶標。再次，對藥代標示物進行計算機靶標的虛擬篩選，與方劑治療病癥/疾病的網絡靶標進行分子對接，評價藥代標示物對靶標蛋白的作用位點及其作用力，從而預測方劑對疾病粑標網絡的干預與影響等功能，有效闡釋方劑的藥效物質基礎及其作用機制。

4 中藥ADME研究內容介紹

4.1 計算ADME高通量篩選

中藥是一個十分復雜化學體系，基于體內過程發現中藥的有效成分群是一條確實可行的途徑，通過計算的方法進行虛擬篩選，進行有效成分群辨識是一個簡單快捷的方法之一。藥物的藥代動力學性質是與其理化性質密切相關的，Lipinski等早在1997年根據化合物的結構及理化性質總結預測藥物口服吸收的“五倍律”定律。Ekins等曾在220屆美國化學年會的報告中總結了當前應用計算機構建的預測化合物ADME性質的一些模型，其中包括Stephen Johnson應用回歸樹和神經網絡方法構建的預測藥物血清蛋白結合的模型，William Egan應用統計模式識別方法預測藥物的被動小腸吸收，Bernd Beck用半經驗定量方法構建的預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構來預測。從化合物的分子場中相互作用的能量計算出化合物的性質，并將此方法應用于根據化合物的三維（3D）結構計算預測其理化性質及藥代動力學性質是一種全新的方法。VolSurf軟件就是將從化合物的3D結構圖中提取的相關信息，轉換成幾個容易理解和解釋的描述符（參數），用這些描述符來構建一個用化合物的3D結構解釋其生物學行為的多變量預測模型。通過計算進行中藥的ADME虛擬高通量篩選，為中藥藥物代謝物組學研究提供預測，使之研究更有針對性和目的性。

4.2 體內過程的試驗研究

4.2.1 血清和組織藥物化學

日本學者田代真一基于“人體胃腸道中寄生菌群能夠通過水解苷類物質獲得能量來源，中藥產生生物活性的成分可能是中藥經過菌群代謝之后的產物”的想法，提出了“血清藥物化學”的概念。我國學者對“中藥血清藥物化學”進行系統研究。中藥血清藥物化學正是通過研究中藥或復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療效的相關性，同時對闡明中藥及復方的作用機制、生物轉化和代謝等過程，以及對藥理、毒理的進一步研究有一定的輔助作用。王喜軍等對茵陳蒿展開研究，發現其給藥血清中主要藥源性物質6，7-二甲氧基香豆素，并通過藥效學試驗發現其具有利膽、抗炎、利尿、降血脂等藥效，從而證明其是茵陳蒿的有效成分。中藥組織藥物化學研究，分析達到靶器官的移行成分，并對了解藥物濃度高、蓄積時間長的組織和器官，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絡靶標進行分子對接，有利于從網絡藥理學角度，系統的闡釋中藥的藥效物質基礎和作用機制。

4.2.2 多成分的藥代動力學研究

中藥藥代動力學起步較晚，多成分藥代動力學研究一直是中藥研究的難點問題之一。靶標分析是中藥藥物代謝物組學研究的常用方法，尤其是對在中藥中大量存在、具有合適的藥代動力學特征以及具有與藥效相關的藥理活性的化學成分，即對藥代標示物進行藥代動力學研究，對用它們表征復方制劑在體內吸收、分布、代謝、排泄的動態變化規律及其體內時量關系、時效關系，并用數學模型提供藥代動力學參數。同時整合藥代動力學是中藥藥代動力學研究方向，整合機制研究是難點，筆者認為以“組效關系”為核心開展整合機制研究將會突破這個難點。通過這些研究，可為藥物的初步篩選、劑型設計、質量評估及給藥方案的制訂提供依據，可合理地指導臨床用藥.同時藥動學研究對復方的組方、藥物作用機制及藥物相互作用等也可提供基礎和依據。

5 展望

網絡藥理學為中醫藥研究指明了方向，中藥網絡藥理學研究需要借鑒網絡藥理學的技術和手段，又需要注重中藥本身的特點，證候網絡靶標與中藥化學成分的體內過程將成為關鍵點。中藥藥物代謝組學與網絡藥理學結合進行中藥研究，有利于明確被吸收入血和到達靶標成分（包括原型成分和代謝產物），有利于辨識中藥的有效成分和闡釋中藥的作用機制，闡釋中藥的“組效關系”及其方劑配伍規律，有助于中藥新藥設計及其研究開發，有利于為組分中藥的研究發展提供理論依據，為中藥現代化研究發展指明了方向，有利于采用網絡藥理學進行中藥候選藥物研發成藥性的早期預測，進行早期成藥性評價，提高藥物研發的成功率，減少研發的風險和成本。