中药质量标志物与“网通虹势”代谢规律

杨岩涛+李森+刘金玲+周晋+周逸群+陈乃宏+贺福元

[摘要] 中药复方疗效是建立在单味中药基础上按中医药基础理论依法遣药组方治病的结果，其作用体现多成分、多靶点、综合效应的特点，其物质基础研究不易，质量标准难以建立，质量标志物难确定，无法严格监控中药加工全过程中的质量，且中药标志物的确定对中药药效物质研究、中药材鉴别及中药制药工程等影响深远；中药与生物体的“网通虹势”代谢规律将中药多成分的零散作用规律视为同母核群体的整体作用，可沟通微观单成分个体与宏观成分群整体，揭示中药在生物体内代谢物质、信息交流基本规律，进而揭示中药复方对人体的作用规律。通过系统分析中药质量标志物对中药开发的指导作用及其与“网通虹势”代谢规律的关系，尝试为中药质量标志物的确定提供思路。

[关键词] 中药质量标志物；网通虹势；药效物质；质量

[Abstract] The effect of Chinese medicine （CM） compound prescription is the combined action results of single herbs based on the basic theory of Chinese medicine， and its function embodies the characteristics of multi components， multi targets and comprehensive effects. It is difficult to study the therapeutic material， establish quality standards or determine Q-marker， so we can′t strictly monitor the quality of the whole process of CM. The identification of Q-marker has a profound influence on the whole process of the pharmaceutical engineering of CM. The scattered effect of CM multi-components is regarded as the integral action of the parent nucleus group by the metabolic rule of co-network compatibility and rainbow potential （CCRP）. The rule can be used to communicate the individual components and macro components， to reveal the metabolism of CM in organism body and basic law of information exchange， thus revealing the action law of CM on human body. Through the systematic analysis of the Q-marker′s guidance to the development of CM and its relationship with the metabolic rule of CCRP， we try to provide some ideas for the identification of Q-marker.

[Key words] Q-marker； co-network compatibility and rainbow potential； therapeutic material； quality

中药复方不仅是中医治病的物质基础，更是中医药基本理论的物质载体，中药复方的作用机制亦是实现中医药现代化的关键问题之一，中药复方疗效是建立在单味中药基础上按中医药基础理论依法遣药组方治病的结果，亦是单味中药有效成分群相互配伍，多靶点、多层次综合作用的结果，因此要阐明中药复方作用机制，首先就要回答中药多成分进入体内的代谢规律问题，阐明复方成分在体内吸收、分布、代谢、排泄诸环节的药效动力学与药物动力学规律；也就是要回答中药多成分在体内的代谢产物，这些代謝产物与原成分综合构成了中药复方的物质基础，因此，只有全面考虑复方成分及其体内代谢产物才能寻找到全面准确代表中药质量的代表性物质。中药成分不是在化学实验室雕凿而是大自然鬼斧神工的产物，是由植物体的酶系统尤其是CYP450系主导而生[1]，其成分体现原植物遗传信息，体现遗传多样性，而人体同植物一样具有一套生物界遗传信息与氨基酸编码系统，故中药复方成分群进入人体，被人体的代谢酶系特别是CYP450酶系代谢，并与原植物代谢酶相似的人体内受体靶点产生诱导、抑制和不可逆等反应，按“质量作用定律”人体必然向与中药药性相同的方向移动，达到中医“热者寒治、寒者热治、虚者补之、实者泻之”的反治互补作用。前期本课题组已结合一系列中药代谢现象所提示的中药成分代谢规律与化学药品有很大不同，再结合中药原植物成分的代谢合成、成分种类、同母群生等特征，提出了中药成分群体内代谢过程可能存在“网通虹势”规律。

1 中药质量标志物的提出与应用

中药多复方用药，且单味药材中亦含有多种成分，因此，中药材及中药产品（饮片、提取物、汤剂及其他中成药制剂）的物质基础难以简单阐明，质量控制过程中指标成分难以确定，难以明确哪些成分可以较好的对中药进行表征，针对于此，刘昌孝院士等[2]提出了“中药质量标志物（Q-marker）”的新概念。该概念的提出及研究着眼于中药生产全过程的物质基础的特有、差异、动态变化和质量的传递性、溯源性，以建立中药全程质量控制及质量溯源体系，进而推动中药标准化研究工作。该概念的提出对促进中药质量标准的建立和监控具有重要指导意义。

1.1 Q-marker与中药药效物质基础研究 目前中药复方物质基础虽尚未完整阐明，但已取得较大成果，出现了如霰弹理论、药物能量理论、疾病浓缩效应、功能组分、广义成分论、体内直接物质基础及超分子化学的作用 [3-6]等一系列理论和假说，从多角度、多层次阐述了中药复方的物质基础和作用机制，促进了中药复方药效物质基础研究的发展。本课题组在前期研究中亦发现中药成分代谢规律与化学药品有很大不同，中药成分群体内代谢过程可能存在“网通虹势”规律[7]，这与中药Q-marker的概念有极大契合，原成分、代谢成分、成分之间的结合体均有可能是关系到中药质量标志的重要组成，单纯的成分-药效研究难免走入“唯成分论”的误区，而唯成分论必将脱离中医辨证论治、治则、治法、配伍规律等中医药核心内容，首先，单味中药即可视为一个小复方，若干味中药组成的复方可视为一个复杂的系统、成分众多，不同种类的成分可能对应不同的药理效应，且成分之间存在复杂的交互作用。因此，选择何种成分或药理效应为指标才能代表整方就显得尤为关键[8]。其次，复方中药间的相互作用如七情、方药中的君臣佐使关系、组方配伍的多因素性可影响中药所包含成分在体内的药代动力学过程，进而影响到中药药效物质的确定，而Q-marker的定义也明确指出：必须在中医理论指导下，体现组方配伍原则（如以君药为主，臣、佐、使药兼顾的原则）。再次，存在多峰现象（即血药浓度-时间曲线图上出现2个或多个血药浓度峰），单体药物多峰现象的出现可能是因为肠肝循环，多部位吸收，或其他再循环过程如胃肠循环、肠肠循环等[9]。

中药复方化学成分的复杂性和多样性、中药配伍的变异性和机体状态的不可预测性，给中药复方药代动力学研究带来许多问题，而中医药现代化的关键问题之一就是中药药效物质基础的研究，也是中药作用本质的核心基础，单成分药物的“成分-药效”的研究模式实难适合于中药多成分药物的物质基础研究，难以准确阐明中药复方的整体效应。张铁军等[10]通过对延胡索化学物质组辨识明确了其化学物质基础，进一步通过药效、药性及药动学研究及其物质基础的相关性分析，明确了其主要药效物质并综合研究结果，确定延胡索乙素、延胡索甲素、黄连碱、巴马汀、去氢延胡索甲素、D-四氢药根碱及原阿片碱7个生物碱为其质量标志物。因此，对于中药的物质基础研究必须在中医基础理论的指导下，从中药的基本属性、理论的基本概念、术语出发，着眼于中药复方的整体效应，并与中医辨证论治、治则、治法、“七情和合”等配伍规律、药性理论等中医药理论的核心内容相关联，结合传统的中药配伍规律，全方位综合考量，建立中药药效物质基础、作用机制及质量标志物（Q-marker）的研究策略和研究模式[11]，应明确中药质量绝非简单的可由某单一成分来表征，而应该是包含有中药原成分、代谢产物，甚至包含有成方制剂中成分-成分、成分-辅料之间的结合和交互影响，而这一交互影响可能来自于分子化学的作用，也可能来自于超分子化学的作用。

1.2 Q-marker与中药材鉴别 Q-marker的定义中指出：Q-marker具有生物学效应的特异性和来源的溯源性，中药质量的源头是中药材，道地药材是中医药伟大宝库的重要物质基础，然而自古以来中药的多源性即一直存在，多源中药的基源多是同科同属近缘植物，但也有同科不同属或不同科的，其近缘性基源的关系决定了它们的主要化学成分的近似性，进而为它们作为同一中药应用奠定了物质基础。但多源中药各品种所含有的化学成分构成基本不可能完全相同，但在临床实践中长期作为同一药物应用，并无差异，因此，对于Q-marker的确定，决不能简单的归结为某一或某些化学成分，而应将之置于一个整体进行全面的考虑。

目前，中药鉴别极大程度的借鉴了现代技术和仪器的发展，如陈士林[12]构建的以ITS2（internaltranscribed spacer，ITS2）为主体序列，pabA-trnH为辅助序列的植物类中药鉴定体系和以COⅠ（cytochrome C oxidase subunit Ⅰ）为主，ITS2 为辅的动物类中药鉴定体系已被2015年版《中国药典》收载，但古人留下的中药材鉴别时的感官经验仍然是进行中药材质量确定时的重要方法和手段，传统的中药经验鉴别主要根据药材的外观性状（形、色、气、味） 直接利用感官，即看、摸、闻、尝等方法，必要时加用水试与火试法来达到鉴别的目的。20世纪90年代生药学家谢宗万先生[13]提出“辨状论质”理论，即根据中药外观性状所表现出来的特征，判断中药的真伪优劣，是中药经验鉴别的精髓，其实质是中药的外观性状与内在质量具有相关性。中药外观性状不仅是药材的外形特点，也是药材内部组织结构及其所含化学成分的外在表现[14]。种质资源的遗传多样性即种内所有生物个体全部基因和染色体变异的总和，而其遗传多样性是影响中药材质量的根本内在机制，生物个体的基因突变产生各种代谢酶基因，而多数由代谢酶产生的次生代谢产物是该中药材的有效成分。种质资源决定了中药材的形态结构、生长发育、生理代谢和多层次的变异将直接影响中药材质量。因此，在确定Q-marker时，也应该将中药材的外观特征纳入考量范围。中药鉴定方法尽管历经千年，并解决了不少第一线质量把关的问题，但反映社会发展和环境改变的鉴定指标尚未建立起来。中药鉴定面临众多新出现的课题，如栽培和野生药材的鉴定、近缘品种与栽培杂交种的鉴定、中药饮片的鉴定等[15]，而这些问题也将随着Q-marker理论的完善和发展得以解决。

1.3 Q-marker与中药制药工程 刘昌孝院士指出：中药Q-marker 概念的提出是针对中药有效成分的次生代谢物来源的生物学属性、制造过程有效物质传递和从药材-中间产品-成药的全程质量控制及质量溯源及中医药理论（如药性的物质基础）、中药配伍理论（如君-臣-佐-使）等中医药理论体系特点，整合多学科知识，提出核心质量概念，以此统领中药质量研究，进一步密切中药有效性-物质基础-质量控制标志性成分的关联度，以有利于建立中药全程质量控制及质量溯源体系。因此，中药Q-marker除与中药资源、中药饮片的炮制加工有关以外，与中药复方配伍、制剂处方设计及制剂加工等中药制药全过程也密切相关，在进行中药Q-marker研究时，决不能忽视在采收、储存、运输、炮制加工、提取、制劑等全过程中化学成分的迁移与变化。GMP制度的建立即为扭转药品生产质量管理从事后把向事前控制转变，从管结果向管过程转变，对于中药制药领域，更加不能忽视在中药制药生产过程中，成分随着加工过程进行而可能发生的一系列变化。并且来源于大自然的中药材，其化学物质的一致性较低，同一批购进的中药材，不同批次进行提取，所获得的提取物物质组成不一定完全一样，同样在投料、组方一致的情形下按确定的工艺流程进行药品生产，也不能保证获得的成品药化学组成完全一致，也就是说中药制药过程存在批间质量不稳定的情况，但药效却不见得有异，因此单纯的以化学成分作中药制药过程中的Q-marker是不够的，而必须建立全面的合理的质量一致性评价方法，实际上，单纯依赖检验，质量合格并不能代表质量可靠，如在2015年爆发的因企业擅自改变银杏叶提取物生产工艺所引发行业轩然大波的“银杏叶事件”，涉及购买问题银杏叶提取物的制剂生产企业达40余家，其中也不乏大型制药企业，国家食品药品监督管理总局为此开展了银杏叶药品和保健食品专项治理行动，旨在彻底净化银杏叶药品市场，严厉打击各种违法、违规行为，维护公众用药安全[16]。该事件的源头就是某企业采用稀盐酸作为溶剂替代乙醇，更容易将银杏叶中的杂质成份银杏酸清除出来，更容易达到国家标准中对银杏酸的含量要求。但该事件从另一个侧面进一步反映了中药Q-marker决不能简单的依赖某些成分或某个成分，如不从根本上解决中药Q-marker的确定，类似于这种擅自改变工艺以获得更大利益的不良事件就难以杜绝。也启示人们对于药品质量的监管要建立从成份含量管理到方法控制的全过程监管。换句话说仅依靠提高标准、改进检验方法并不能确保药品质量。刘昌孝院士指出：中药Q-marker是存在于中药材、饮片、提取物、单方或复方制剂中与功效有关的物质，但该物质不能被简单的理解为化学成分，而应该是全面的反应重要功效的特征综合。针对于此，程翼宇教授[17]提出：中药制药过程管理应将原料质控、过程控制、过程管理、药品检验、临床安全性监测等系统“五体合一”，并将过程检测、GMP 等数据库信息融合，组网建立制造全流程信息链，消除“信息孤岛”，解决信息碎片化所带来的过程管控失措问题，为全面掌控生产制造过程提供强大的信息保障，方可攻克中药制药过程无法有效管控的难关。

事实上，就笔者的理解，中药Q-marker是一个涵盖很广的概念，对应于中药的不同阶段，采用不同的表达方式来表达似乎更为恰当，如在中药资源领域，Q-marker应纳入中药材外观性状；炮制加工的过程中，除成分检测以外，原药材质量、炮制方法、炮制火候等应属于Q-marker的范畴；而在中药制药领域，则应纳入原料、过程的管理和控制，同时亦需要兼顾临床安全性检测等方面的考量。

2 “网通虹势”网络代谢规律与中药质量标志物

中药代谢的“网通虹势”规律系贺福元[7，18]提出，该学说认为：人体内存在于自然界可沟通的代谢酶网络系统，中药各成分在同一网络体系相互连通、交流、传递，单一成分可代谢转变为多种代谢产物，原成分及代谢成分呈相似的动力学模型，中药同一母核多衍生物成分在体内产生相似的代谢产物与药效，同一母核的有效成分衍生物群在人体内可以相互抑制、加速及转化，其代谢网络相容相通，即“网通”；体内各成分代谢量变受各成分体内代谢酶的势（数量、浓度和代谢平衡常数）决定，如同虹吸原理，尽管水从不同入水口进入水网，但整个水位一致，中药多成分进入体内后，就相当于向整个水网的多个入水口加入不同物质，有比水轻的，也有比水重的，整个入口处的水位可以不一样，但各入口处所潜在的势能（或入口处至网中心的压力） 是相等的，因此中药多成分的量变按“虹势”规律，由总室模型有规律进行变化，即“虹势”。

2.1 “网通虹势”与中药药效物质研究 中药为多成分体系，药物成分进入体内产生代谢产物，药效的产生由原成分和/或代谢产物决定。因此中药药效物质研究决不能忽视体内代谢产物的作用，而单成分药物在体内的代谢过程较为清楚，而中药多成分集合体在体内代谢的网络动力学过程研究是中药药效物质研究的中药组成部分。中药成分系原植物次生代谢的产物，而人类也是自然界的生物体，也遵循自然界生物体代谢的基本规律，因此，对中药药效物质的研究，也应将中药在体内的代谢过程纳入研究的过程，亦即中药成分在体内的代谢产物也是中药药效物质的中药组成部分。自然界的生物体之间存在相通的巨大代谢酶与效应网络系统[19]，这一网络系统由系列酶系主导，原成分进入人体后，易被与原植物成分相似代谢途径酶系代谢和产生反治互补的生物效应，最终促进人体生物代谢向与中药药性相似的方向平衡移动。单一成分可以代谢转变为多种代谢产物，多成分在体内代谢也相互调控。黄连的药根碱、黄连碱、巴马汀等成分都是以小檗碱型为母核的衍生物；口服药根碱，从尿液进行了HPLC-MS测定，共检测到7种Ⅰ相代谢产物，为原药的脱氢、脱甲基、羟基化代谢物；还有11种Ⅱ相代谢产物，如甲基化合物和葡糖醛酸化合物[20]，人口服小檗碱，从其尿液分离并鉴定了Ⅰ相7个代谢产物[21]，这些代谢产物的结构母核与原药材的成分群母核也为小檗碱型。这些研究表明中药同一母核多衍生物成分在体内产生相似的代谢产物与药效。不同母核的代谢网络相差较大，传递较远，药效也相差较大，故转化和调控周期较长，中药复方各药材药性、药效可通过配伍调控。

所谓质量是指能够反映实体满足明确或隐含需要的能力的特性总和，而中药组方配伍规律的多样性使一味中药可以用于多种病证，因此，对于中药质量的特征亦即其药效物质难以通过某成分或某效应简单代替，在确定中药Q-marker时，必不能忽视其体内代谢过程，而应注重中药Q-marker的溯源性。将中药资源、中药炮制、中药制剂过程等作为一个整体进行研究，同时不能忽视中药成分体内代谢“网通性”规律与中药Q-marker的关系，从而保证中药药效物质研究和Q-marker确定的准确性和代表性。

2.2 “网通虹势”与中药材质量稳定性 前已述及，中药Q-marker与中药材鉴别的关系密切，而网通虹势规律亦与中药材质量稳定性息息相关。在前期研究中发现指纹图谱的邻近的特征指纹峰（代谢衍生物）的药物动力学数学模型较相似，而远离的特征指纹峰成分的动力学数学模型相差较大；中药有效成分群的平均药效强度、药效时间与药效时间方差在一定时间是一固定常数。唐宇等[22]根据据遗传多态性、生物物理学燃烧焓原理，结合指纹图谱的信息熵，对不同产地的大黄进行了研究，其研究发现：不同产地大黄的的指纹图谱有较大差异，浸出物指纹图谱也波动较大，成分种类与构成差别明显，存在明显的植物遗传多态、成分多样性，不同产地药材代谢产生的成分种类不同，反映出了中药材的“道地性”；但不同产地大黄的醇浸出物有稳定的燃烧焓、信息熵及生物熵，提示中药同母核群生成分在代谢时尽管单个成分的含量可以变化，但成分整体有相似的代谢网络动力学规律，当代谢途径、方式、方法、始终端确定后，单位整体的生物能（化学势）变化是稳定的，故在网络代谢中的焓变是稳定的，所产生的药效也有规律可循，多成分之间代谢体现“虹势性”。最终得出了“虹势性”控制宏观的中药材代谢作用方向，“道地性”调节在宏观作用下的精确作用，中药质量是微观各单成分质量与宏观各成分组合模式质量统一的结论。杜玉然等[23]对全国13个不同产地红花的研究亦证明了这一结果，因此中药材质量稳定性与中药成分间的“虹势性”关系密切。

因此，在进行中药Q-marker确定时，应综合考虑中药材“道地性”与“虹势性”的有机统一，保证中药Q-marker兼顾中药材质量稳定性，以确保中药Q-marker能全面反映中药质量。

3 讨论

中药复方多成分体系的作用体现多成分、多靶点、综合效应的特点，其物质基础研究不易，质量标准难以建立，质量标志物难确定，造成无法严格监控中药加工全过程中的质量，难以确定中药有效性-物质基础-质量控制标志性成分之间的关联，进而使中药形成及生产质量不稳定，给中药现代化造成了巨大的困擾，因此，Q-marker的确定系异常重要的工作，而研究中药与生物体的“网通虹势”代谢规律，能化繁为简，可将中药多成分的零散作用规律视为同母核群体的整体作用，阐明单成分代谢与多成分代谢差异与作用异同问题，沟通微观单成分个体与宏观成分群整体，揭示中药在生物体内代谢物质、信息交流基本规律，可为揭示中药复方对人体的作用规律，确定中药Q-marker奠定基础。

在中药复方体内外代谢网络动力学研究基础上，利用适应中药复方多成分体系的药物动力学数学模型探讨中药复方与人体作用的“网通虹势”规律，分析中药复方成分及代谢产物在体内作用规律，可吻合其多成分、多靶点、综合作用的特点，通过网络动力学参数的求算，阐明中药复方作用过程中的关键指标性成分，可将中药网络代谢与系统生物学的代谢组学结合，研究有效成分群”网通虹势”代谢规律，揭示中药代谢网络动力组学规律，揭示生物体之间的网络代谢普遍规律，揭示中药作用的物质基础：有效成分及代谢物种类、构成比及动力学规律，将对阐明中药复方物质基础，确定中药Q-marker，进而分析药材种植、采收、炮制、贮藏、运输、制药过程等对中药质量的影响奠定基础，也将大大推动中药产业现代化的进程。

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[责任编辑 孔晶晶]