中國醫學論文網絡藥理學原理及在中醫藥中的作

　　關鍵詞：中國醫學論文,藥理學原理,中醫論文發表

　　中醫藥是中國優秀傳統文化的瑰寶，是數千年實踐經驗的集結，經過歷代醫家不斷的發展創新，取優棄粕，逐漸形成了系統的中醫藥理論及獨特的學術體系，在人類防病治病、維護健康中作出了巨大的貢獻，而“整體觀”、“辨證論治”和“個體診治”即是其精髓所在。隨著單靶點高選擇性的化學藥物在臨床應用上的毒副作用大、對復雜疾病的治療效果差等缺點，公眾“回歸自然”的呼聲越來越高，國際社會逐漸形成一股中醫藥熱[1?3]。但是由于中醫獨特的哲學思想與理論體系，很難被各國醫生及患者理解與接受。中藥及其復方具有多成分、多途徑、多靶點協同作用的特點，這種復雜性使得中藥藥效物質基礎不明確、作用機制不清楚、中藥和中藥材質量難以控制、缺乏科學合理有效的藥效和安全性評價體系，從整體到組織器官、細胞和分子水平都很難進行全面系統地研究[4]。這些大大限制了我國中醫藥的現代化和國際化的進程。但是近10年來，隨著現代基因組學、蛋白質組學、代謝組學等“組學”理論的發展，系統生物學視角的引入以及生物信息學的應用[5，6]，網絡藥理學(networkpharmacology)概念應運而生，它是在系統生物學與計算機技術高速發展的基礎上發展起來的，基于“疾病?基因?靶點?藥物”相互作用網絡的基礎上，通過網絡分析，系統綜合地觀察藥物對疾病網絡的干預與影響，揭示多分子藥物協同作用于人體的奧秘[7]，這與中醫學從整體的角度去診治疾病的理論，中藥及其復方的多成分、多途徑、多靶點協同作用的原理殊途同歸，無疑為跨越中西醫間的鴻溝架起了橋梁，為中醫藥的現代化和國際化指明了方向。

　　1、中醫藥現代化面臨的機遇與挑戰

　　生物醫學發展至今，各項理論和技術日新月異，傳統的中醫藥必須加緊現代化的步伐，與時俱進，才能有更廣闊的發展空間。從以下幾方面闡述現階段中醫藥現代化面臨的機遇和挑戰。

　　1.1人類疾病譜發生了變化隨著人類物質文明的高度發展，生活方式的改變，以及老齡化進程的加劇，以腫瘤、心血管疾病和糖尿病等為代表的慢性病已替代感染性疾病成為影響人類健康的重要因素。這類復雜性疾病是多基因、多步驟作用的結果。對這些疾病的治療，單靶點高選擇性藥物顯示出了治療效果差、副作用大等弊端。而在診斷上注重整體的和功能的動態變化，治療上強調辨證論治，力求從整體水平上調控機體，從而治療局部性病變和恢復整體功能平衡的傳統中醫藥學顯示出了良好的治療效果[8]。

　　1.2新藥研發陷入困境自從PaulEhrlich在20世紀初提出“化合物受體存在”的學說后，期望設計能與疾病發生發展過程中的關鍵靶標高度特異結合的“魔術子彈”(magicbullet)，成為現代藥物發現的核心問題[9]。在過去的30年中“一藥，一靶，一病”還原論方法加速了藥物發現的步伐，取得了突出的成果。然而，其效率低、速度慢以及成功率低的缺點也逐漸的顯露出來，特別是研發費用大而產出率低，二者之間不成比例。許多候選化合物難以全面、系統地反映藥物與疾病的相關性，往往在臨床前期和臨床試驗中，因低效或無效、藥物動力學較差、急性或亞慢性毒副作用等問題而被迫退出研發[10]。新藥研發正面臨著巨大困難，單靶點高選擇性的新藥研發思想到了“瓶頸期”，顯示出了其發展的局限性。系統生物學的研究揭示了藥物發揮作用的網絡特點，表明與單靶點藥物相比，多靶點藥物可能會有更好的臨床療效和較小的毒副作用。而中藥及其復方發揮療效具有整體性、多成分和多靶點協同作用的特點[11]，勢必是未來國際上新藥研發的方向。

　　1.3中醫藥現代化研究現狀肖培根院士2005年發表了“21世紀中藥研究的進展方向”文章，指出中藥的現代化是指將傳統中藥的特色優勢與最新的現代化科學技術密切結合，明確中藥及其復方在體內作用的物質基礎及藥理作用機制，使藥材質量達到穩定可控，能夠開發出具有中醫藥特色的治療復雜疾病的新藥[12]。目前科研人員常采用活性追蹤分離法從中藥中篩選活性化合物，但往往分離到的物質越純，其藥效活性越弱，難以追蹤到藥效物質。在整體觀和辨證論治理論的指導下，中藥及其復方發揮療效通常取決于其中的有效成分群的綜合作用[13]，但是由于中醫理論現代化的研究滯后，以及中藥作用整體性、中藥成分復雜性和作用機制的多途徑、多靶點，使得中藥有效成分群難以識別，中藥藥效物質基礎不明確、作用機制不清楚，中醫理論指導下的新藥發現與設計進展緩慢，甚至趨于空白，成為制約中藥現代化、國際化和產業化進程的瓶頸。因此尋找符合中醫理法方藥理論，遵循中藥復雜體系、多途徑、多靶點的作用特點，建立與之相關的研究方法和關鍵技術，必將是科學研究中醫、合理應用中藥、復方推陳出新的關鍵科學問題。

　　2、網絡藥理學中醫藥現代化是形式所迫、大勢所趨，尋找適合中醫藥體系研究的模式和方法是中醫藥現代化發展的關鍵。現階段興起的網絡藥理學對于中醫藥現代化研究來說是一個很好的契機。

　　2.1網絡藥理學概念的形成一直以來，新藥研發所遵循的基本原則是“對靶點的高選擇性”，認為藥物對靶點的選擇性越高，效果就越好，而副作用就越少。然而近幾年這一基本思路受到越來越大的挑戰。近20年來新藥開發的成功率越來越低，而臨床淘汰率卻越來越高，究其原因可能并不僅僅是技術、環境和投入的問題，更重要的可能是新藥開發的策略所致，即“一個基因，一種疾病，一個藥物”的原則在像癌癥這樣的多基因疾病領域的藥物開發中可能并不適用。系統生物學和生物途徑及相互作用網絡分析表明，生物系統的穩定性源于生物系統的網絡結構具有魯棒性(robustness)特征。這一網絡里的某一節點(蛋白)的改變并不總是能使表型發生很大的變化，這種表型的穩定性可以理解為與基因冗余功能和信號通路的代償有關。多數情況下，疾病發生的分子機制就是細胞內的調控網絡異常所致，所以對網絡內某個成員的高選擇性的藥物并不能使控制疾病的網絡癱瘓。現階段對疾病分子機制的認識與傳統的中醫證候理念不謀而合。數十年的中醫證候現代研究表明:證候是由許多因素組成的復雜系統，難以用單一的生理生化指標來表達。中醫證候與生物網絡的調節機制具有關聯性。隨著對生物網絡認識的逐步深入，新藥研發有了新的策略:多靶點藥物的開發。如何尋找高效的多靶點藥物，發揮藥物最大的臨床療效，將副反應和毒性降到最低?在這個過程中產生了一種更具體、更有操作性的概念—網絡藥理學。網絡藥理學的概念由AndrewLHopkins于2007年首次在NatureBiotechnology上撰文明確，2008年在NatureChemicalBiology進一步發表了“網絡藥理學:藥物研發中的下一個研究范式”的綜述文章。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提出的藥物設計新方法和新策略，內容涵蓋各種組學、系統生物學、基因的連接性和冗余度以及基因的多效性、計算生物學和網絡生物學分析等。它在基于“疾病?基因?靶點?藥物”相互作用網絡的基礎上，通過分析基因網絡庫、蛋白網絡庫、疾病網絡庫、藥物網絡庫等現有數據庫的信息資料，結合從實驗中獲得的譜圖數據，利用專業網絡分析軟件及算法，系統的、整體的揭示疾病?疾病、疾病表型?靶點蛋白、靶點蛋白?藥物、藥物?藥物之間關聯的奧秘，從網絡的層面觀察藥物對疾病的干預與影響，揭示復雜藥物協同作用于人體的奧秘，從而找出高效低毒的多靶點新藥。中醫理論具有系統觀與整體論的思想，雖然與網絡藥理學的理念不可簡單地相提并論，但它們有一點是共同的，也是非常重要的，即十分注重在整體條件下開展研究，同時十分注重在致病因素或者藥物干預下機體及網絡系統的整體反應，而不僅僅是觀察某些局部的病灶或表型改變。同時，中藥復方是中醫防病治病的主要形式，具有多成分、多靶點、多途徑的特征，而這些特點正是網絡藥理學所要重點研究和期望達到的。

　　2.2網絡藥理學發展的關鍵應用網絡藥理學指導新藥研發最關鍵的一步就是分析疾病網絡，鑒定疾病網絡中的關鍵節點。目前有3種互補的方法可以尋找調控網絡中的關鍵節點:系統篩選、知識挖掘和網絡分析。系統篩選指應用細胞篩選模型進行化合物組合、化合物與基因組合等的篩選方法。單獨的化合物可能只針對某一節點，而兩種(或以上)的組合能產生協同作用，可能針對的就是整個網絡。化合物與基因組合也是方法之一，首先使某個基因表達沉默，在此條件下再加入一種化合物，這樣聯合作用的結果對病變細胞會產生單一手段達不到的作用，例如對病變細胞的協同致死性。實際上，這種篩選方法在尋找關鍵節點的同時也找到了干預節點的多靶點藥物組合，效果很好，然而工作量很大。知識挖掘和網絡分析是首先應用計算機進行計算篩選以尋找最有可能的節點，之后再進行實驗驗證。知識挖掘是用提取數據、挖掘文本等方法對文獻數據庫、疾病數據庫、基因數據庫等進行關聯，并從中提取出疾病網絡(基因作用網絡、蛋白作用網絡)。當然這只是一種初步分析，提取的網絡還需要實驗驗證。中醫藥發展至今，積累了大量的數據和信息，現階段已有各種中醫藥數據庫搜索系統，從這些已有的數據中挖掘關鍵信息、重要信息，發現中醫藥證候方劑的復雜網絡特征及現代醫學本質是一項重要的研究內容。國內學者通過開發多種算法，探尋方劑復雜化學體系和機體復雜生物系統的關聯性，并取得了較大進展[19]。網絡分析即拓撲分析，也就是分析相互作用的網絡，從中找出關鍵節點。例如某一節點的分支越多，某節點與其他節點的路徑越短，那么這一節點可能就越關鍵[6]。常用的網絡拓撲特征有度(degree)、聚類系數(clusteringcoefficient)、最短距離(shortestpath)、介數(betweenness)等[20]。中醫藥從證候到方劑均體現了復雜網絡的特質。中醫辨證論治的原則是藥證相應，在處方用藥中存在君藥對主證，臣藥和佐藥對兼證的關系;主證、君藥類似于網絡的少數關鍵的集散節點，治則治法是這種復雜網絡關系的抽象概括，用現代生物信息方法對中醫藥復雜體系的網絡分析，有助于探索中醫證候—治法—中藥的關聯[21]。

　　3、網絡藥理學與中醫藥現代化的結合及應用

　　中醫治療以整體觀、辨證論治為指導原則，具有“君、臣、佐、使”配伍原則的中藥復方則為臨床防病、治病的主要形式[22]。網絡藥理學本著整體性和動態性的特點，倡導多靶點、多途徑的給藥原則。因此，在中醫藥現代化進程中，一些中醫藥研究者借鑒網絡藥理學的研究思路，探索中醫藥“病證方”的本質屬性，揭示中藥及其復方多途徑、多靶點、多成分的綜合整體效應[23?26]，并取得了良好的階段性成果。

　　3.1網絡藥理學與中醫證候生物學基礎研究中醫學的基本特點在于整體觀和辯證論治，以病證結合、方證相應，即“病證方”結合的診療模式為特色。證候是中醫學整體觀、辨證論治、復方干預這一特色診療體系的核心內容。辨證論治與對“癥”治療的區別在于前者治療時針對體現整體變化的“證”，后者則針對癥狀，頭痛醫頭，腳痛醫腳。在認識層次上后者較淺，屬于感性認識;前者較深，有從感性認識上升到理性認識的飛躍，是深入到事物內部規律的認識階段。闡明證候的生物學基礎是中醫藥現代化的關鍵之一。數十年的證候現代研究表明:證候是由許多因素組成的復雜系統，難以用單一的生理、生化指標來表達。因此，隨著研究深度和復雜性的增加，需開辟一條適合于從復雜系統中發掘中醫證候特征的途徑[27]。網絡藥理學融合“疾病?表型?基因?藥物”的信息，從系統的、網絡的角度理解疾病表型與生命大分子的關系，其對“疾病表型?生物分子”網絡構建的思路能用于指導中醫藥證候生物學基礎的研究[28]。國內一些研究者利用網絡藥理學的方法，從生物分子網絡角度針對證候的生物學基礎展開研究，形成了適用于闡釋病證方系統內涵的“表型網絡?生物分子網絡?藥物網絡”研究構架，并進一步提出了“證候生物分子網絡標志”的構想，并構建了基于神經?內分泌?免疫(NEI)的寒證、熱證生物分子網絡，通過網絡功能分析，發現寒證生物分子網絡以激素的功能模塊為主，熱證的生物分子網絡以細胞因子的功能模塊為主，神經遞質功能模塊共同分布于兩個網絡。同時，通過網絡拓撲結構分析，發現寒熱證生物分子網絡具有無標度(scale-free)性質，即網絡的功能實現主要依賴于一些關鍵節點，這些關鍵節點可視作寒證、熱證的生物分子網絡標志。最后，他們還分析了證候分子網絡標志應用于證候客觀化與個體化診療、中醫藥臨床效果評價、方劑與中藥藥性等研究領域的可能性，為證候生物學基礎研究提供了一種新思路[29?31]。

　　3.2網絡藥理學與中藥藥效物質基礎的研究中藥藥效物質是指中藥及復方中發揮藥理作用的化學成分體系，是中藥質量控制的基礎，也是中藥現代化的核心。中藥藥效物質基礎難以歸結為某一特定的有效化學成分，其作用機制也并非作用于某一特異性靶點，而是多成分通過多靶點、多環節整體調節作用的結果。成分間、靶點間、環節間客觀存在著密切聯系、相互協同與制約的復雜網絡。在網絡藥理學中，基于藥物與藥物之間在結構、功效等方面的相似性，可以構建藥物?藥物網絡，對藥物進行功效預測及對功效進行化學成分的預測。網絡藥理學的這種方法也能應用到中藥有效成分的功效預測及藥效物質化學組分分析。基于中藥藥效物質的網絡屬性，李梢等[28]利用網絡靶標的方法，從方劑中預測有效成分或組合。以腫瘤血管新生的干預為例，他們利用互信息熵等信息從3685首絡病方劑中提取了中藥核心配伍網絡，并從網絡中預測出多種成分的抗血管新生作用，并進一步證實這些成分均能有效作用于腫瘤血管新生的分子網絡。王耘等[32]整合已有的中藥藥效物質，并利用細胞信號通路數據庫、代謝網絡數據庫和基因調控網絡數據庫等構建了中藥功效分子網絡，該復雜網絡從分子層次上揭示中藥藥效物質基礎，網絡節點表示中藥化學成分和機體內源性成分，網絡的邊表示基于生物化學反應的各成分間相互作用關系。這些研究從網絡的角度預測、理解和闡明中藥的藥效物質，對于中藥藥效物質基礎的深入研究給予了很好的借鑒和啟示。