基于“整体观”探讨中药的研究思维和方法＊

陆 茵，王爱云，韦忠红，余苏云，张伟伟

（1.南京中医药大学药学院江苏省中药药效与安全性评价重点实验室 南京 210023；2.南京中医药大学江苏省中医药防治肿瘤协同创新中心 南京 210023）

中医和西医长期以来的争论归根究底其实就是“整体论”与“还原论”之争。“还原论”关注微观、不断细分科学对象如细胞、分子、基因等。在研究路径上：认为只有通过认知构成生命的器官、分子及分子机制才能揭示生命体的全部属性，分割或者分解只是一种科学程式，我们能够通过部分来探究科学的本质。“整体论”关注宏观、交叉融合、整体的特性，认为整体具有部分没有的属性，部分只有在整体中才能得到正确理解和认识。对于一个整体，不能对将其分割后的部分进行认识和理解。“整体观”是中医学的基本特征，“天人合一”是中医药诊治疾病的基本思想，两者相互影响，相互体现。从“整体观”出发，对中药的研究思维和方法有了一些新的思考：

1 中药成分结构种类复杂多样、契合生物多靶是循天道而为

人体与自然界是密不可分的，人所处自然环境的变化动态的影响着人体本身，人受到环境改变的“胁迫”能动地适应并改造所处自然环境，维持着正常的生命活动。为了适应地球约24 小时的自转周期及四季交迭的节气变化，几乎所有生物都拥有一套自主的内在节律系统以及与之相辅的生物网络调控系统，这种机体自身整体性和内外环境统一性的思想即中医的整体观。其实天地万物均是循天道而为，是生物进化的结果。如人体结构机能为了适应环境变化而进化导致机体生物受体表现出杂泛性，形成对抗这一改变的复杂生物网络；同样，植物源中药为了应对微生物、昆虫等生物胁迫，在植物体内合成并分泌功能性小分子物质，从而构成生物防御系统；此外，为了抵御干旱、低氧、强紫外线、重金属等非生物胁迫，植物源中药产生大量结构多样的次生代谢产物，构成化学防御。因此，植物与人同处天地之间，以天地之气生，草木之阴阳偏盛与人之阴阳偏盛本属同类性质的事物，具有某种联系，才可相互影响，成为“和谐”的统一体。

中医药治病的原则是“调和阴阳，以平为期”，强调整体观念，采用辩证论治的方法，以方剂为载体通过药物的偏性调节机体阴阳的偏盛与偏衰，进行综合治疗。即用“人得天地之全性，草木得天地之偏性”来诠释中药的起效机制。例如，为了对抗外界的炎热和干旱，生长在炎热地带的芦荟、仙人掌等植物体内会产生具有清凉滋润特性的物质，可抑制人体新陈代谢、减缓脏腑的活动，减慢血液循环等，治疗人体机能亢进而引起的热证。又如高寒地带的雪莲、人参等植物体内往往会产生具有温热特性的物质，用以抵抗所处的寒冷环境，这类物质可用于人体机能衰退而引起虚寒证；而生长在极寒山阴处的附子则性味大辛，大热，有回阳救逆，补火助阳，散寒止痛的功效。

因此，从植物进化和环境生态的角度可以看出中药成分结构多样、作用复杂多效是循天道而为之。

2 成分结构复杂多样及生物受体的杂泛性决定了中药的作用方式是融合协同拮抗的整合调节作用

与西药相比，多数中药含有千百种以上的化合物，成分及结构类型多样复杂，且生物效应温和。正如约翰·M·巴里在所著《大流感》中提出的“生物系统并非逻辑的产物，而是由不断进化所致，但是进化却是一个不太讲究精准的过程。生命个体并不会从头开始逻辑上的最佳设计来迎合新环境，而只在已经存在的基础上进行一定幅度的调整”[1]。

调节机体的功能状态至平衡（调和）是中药的基本作用[2]。其中，对机体的“双向调节作用”是中药调和作用的重要体现。如相同剂量同一给药方式的桂枝汤可以将机体异常的功能状态调整趋于正常水平，如能使发热者体温降低、低体温者体温升高；通便秘者便、止腹泻者泻；调节（抑制或增强）免疫功能。桂枝汤的这一系列“双向调节作用”，姜廷良教授利用Wilder J W所提出的“初始值法则”（The Law of Initial Values）予以解释[3]，认为药物的作用与其所调节的反应系统的原始水平（初始值）有关，初始值愈高，对兴奋性刺激药物的敏感性愈低，对抑制性刺激药物的敏感性增强；反之，机体的初始值愈低，对兴奋性刺激药物的反应高，对抑制性刺激药物的反应弱。

由上可知，中药的作用优势在于各单一药效的整合调节。构成中药的活性成分群按照一定要求配伍组合，通过多靶点、多途径融拮抗、协同于一体发挥整合药效表征。

2.1 中药的作用方式可能表现

2.1.1 单成分多靶调控多环节是中药的重要作用方式之一

中药的单一活性成分成分可以作用于调控机体相关生理病理过程中的多个环节下，从而发挥整合调控作用。如姜黄、郁金等中药中的重要药效成分—姜黄素，可靶向转录激活因子3（Signal Transducer and Activator of Transcription，STAT3）[4]、细胞淋巴瘤基因-2（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）[5]、基 质 交 感 分 子1（Stromal interaction molecule 1，STIM1）[6]等多个靶标协同促进肿瘤细胞凋亡；又如紫杉醇既可作用于微管蛋白（Tubulin），亦 可 作 用 于 拓 扑 异 构 酶I（Type I Topoisomerase，Top1），从不同环节协同发挥抗肿瘤作用[7]。2015 年Jigang Wang 等[8]筛选出青蒿素可直接作用的124 种靶蛋白，其中有33 种蛋白是可能的抗疟靶标，青蒿素可与这些靶蛋白直接结合，参与寄生虫的多种生物过程，包括羧酸代谢过程、细胞生物胺代谢过程、核苷代谢过程和核糖核苷生物合成过程等，全面阐述了青蒿素对于不同时期的疟原虫都具有杀伤作用的机制。

这种“一药多靶”的现象又称作药物的杂泛性（Drug promiscuity）[9]。单一成分的化合物可与多个靶标发生相互作用而引起相同或不同药理作用。药物杂泛性的根源是靶蛋白的杂泛性，蛋白杂泛性是指一种蛋白能够结合多种配体的性质[10]。这种由于杂泛性所产生的作用或许是对中药多效的一种重要解释，并为结构不同的中药有效成分作用于不同靶标协同起效提供了可能。

2.1.2 多成分协同增效是中药重要的作用方式

虽然单成分多靶起效是中药的重要作用方式之一，但中药的成分并不单一。“多成分多靶点”是学术界对中药起效机制的一种共识。中药单一成分效弱，需要多个成分协同起效。诸多研究证实了中药是通过多种主要成分作用于多个环节的不同靶点而产生起效的。并提出中药的化学组分（药效物质）与生物体（人体）内的细胞、离子通道、酶、受体、基因等分子组成的生物分子“网络”相互作用，从而体现了中药多靶点协同、拮抗、整合、调节的作用特点。以四物汤为例，四物汤中的各味中药所含成分往往多达几十种、上百种，甚至几千种，起疗效的物质基础可以包括小分子化合物（挥发油、生物碱、黄酮类、皂苷类）及生物大分子（肽、蛋白、糖肽及多糖等）。四物汤的补血、调经作用是其最终效应，其内在机制是方中的活性物质群通过多靶点、多途径、多因微效经整合发挥作用的结果（图1）。

图1 四物汤多靶点、多环节整合调节作用示意图

然而，我们发现中药中还存在进入体内不代谢、生物利用度低以及血药浓度低的中药所含有效成分的量均远低于单一活性成分起效所需的必要血药浓度或靶药浓度（如黄连中的黄连素[11]、姜黄中的姜黄素[12]、红花中的羟基红花黄色素[13]，赤芍中的没食子酸丙酯[14]），且大多数有效成分代谢动力学特征不理想，进入特定组织或细胞的有效成分浓度低；与西药的靶向制剂相比，这些有效成分与受体的亲和力较弱等[1,15]。那么，中药的微量弱效的活性成分是如何起效的呢？上述单一成分多靶、或者多成分多靶还无法解释其作用机制吗？这说明一定还存在其他更为重要的作用方式。

3 生物靶标之间的协同作用在中药起效的机制中发挥核心作用

我们从中药黄连的研究得到启示：中药黄连中的小檗碱（Berberine，BBR）具有显著的抑菌作用，2000年PNAS[16]上的文章数据表明，单独使用BBR其最低起效浓度为1 μg⋅mL-1，且其浓度要达到100 μg⋅ml-1时才会产生比较好的抑菌效果；单独使用5′-甲基大风子品（5'-methoxyhydnocarpin，5′-MHC）没有抑菌效果。但在有5′-MHC存在的情况下，小檗碱的抗菌浓度显著下降，最低有效浓度变成了0.1 μg·mL-1，而且此时小檗碱在不到1 μg·mL-1的浓度下就可以达到显著的抗菌效果。基于BBR 和5′-MHC 同时存在的情况下，药物起效浓度显著下降、药效急速倍增的特点，作者推测小檗碱和5′-MHC的两个作用靶点之间产生生物协同从而使得中药的效应倍增500 倍以上。中药成分复杂，作用靶点广泛，在这些复杂的作用靶点中，或许就存在着一系列生物遗传协同靶点，从而使中药中的一些成分在微量弱效的情况下也可以发挥较好的治疗效果[17]。

Bryant HE 和Farmer H 课题组证实了生物靶标之间存在遗传协同效应倍增作用，研究发现多种模式生物中存在“遗传协同致死”（Synthetic Lethality）这一基因层面的相互作用而产生的特定生物现象。主要生物学表现为单一基因敲除对原型生物的影响很小，而同步敲除2个基因可大大增加其致死或致癌的可能性[17-19]。值得注意的是，“遗传协同致死”不是两个基因之间孤立的相互作用关系，而是这两个基因所在的基因组背景下，在功能上的互作关系。2009 年Peter C.Fong 发表在New England Journal of Medicine 上的文章提供了肿瘤发生发展过程中存在遗传学“协同致死”现象的最早临床证据[20,21]。2017 年，Tim Wang 等进一步利用基因组CRISPR 筛选技术，成功绘制出急性髓系白血病上癌基因Ras的遗传协同致死互作基因网络[22]。这种“共犯关系”的确定揭示了已知的互作基因群体，也发现了一些基因之间以前不知道的或未被研究过的新联系[23]。以生物网络靶标之间的协同关系为基础研究中药微量弱效成分之间的协同倍增效应，这或许可以进一步探索中药多成分之间，除了存在多成分单靶点的叠加和多成分各个靶点的协同以外，是否还存在某种更为重要的靶点与靶点之间协同作用机制，从而使得低亲和力、微量中药多成分组合的效应级数倍增呢？[15]

4 从调节肠道菌群稳态角度探讨中药的作用模式为中药的机制研究带来新的契机

人体内的肠道菌群是一个复杂的微生态系统。研究表明，肠道菌群紊乱与多种疾病的发生密切相关，涉及消化系统疾病、内分泌系统疾病、精神系统疾病、自身免疫性疾病以及一些感染性疾病[24-29]。因而，那些体内生物利用度低中药活性成分，其发挥疗效作用的方式或许不应着眼于是否入血，血药浓度是否达到起效的阈浓度？

许多生物利用度低的药物成分在肠道富集，与肠道内的微生物群产生相互作用而发挥药效。如二甲双胍，其源自草药山羊豆中的山羊豆碱[31]，此前研究认为其主要通过抑制肝糖原输出发挥降血糖作用。然而，肠内二甲双胍浓度是其血药浓度的30-300倍[32]，研究指出二甲双胍可调节乳酸菌，影响肠道吸收葡萄糖的重要转运蛋白钠葡萄糖共转运载体（Sodium-glucose Cotransporter 1，SGLT-1），从而控制血糖水平[33]。又如Zhang X 等[34]发现口服小檗碱能增加产短链脂肪酸（Short-chain Fatty Acids，SCFAs）菌群的相对丰度，增加肠道中SCFAs 的量，发挥抑制肥胖和改善胰岛素抵抗作用；此外，Zhang Z 等[35]发现姜黄素能逆转卵巢切除所致的肠道菌群紊乱。最新的研究报道发现姜来源的类外泌体颗粒主要分布在肠道中，其类外泌体中的miRNA 可以影响乳酸杆菌基因的表达，并可以使肠道产生更多的芳烃受体配体，而芳烃受体在维持肠道的屏障功能减轻结肠炎过程中发挥重要作用[36]。

随着肠道菌群与疾病之间关联研究的深入，我们有理由相信从调节肠道生态平衡的角度，探讨中药整体调控机制应该是一个非常有意义的切入点，或能为中药研究带来新的突破口和新机制。

5 中药通过情志发挥调节作用的方式也不容忽视

天人合一是中医药诊治疾病的基本思想，中医的“整体观”把“天、地、人”统一起来进行分析认识，并强调人所处社会背景、人文环境、精神状态与人体生命质量的协调性和统一性，是上升至哲学的高度来阐释人、人体的生理病理以及疾病的发展规律的。从达尔文（情绪也是一种进化的产物）到当代作家，情绪被赋予不同的定义和分类来解释健康或者疾病过程，情绪是人类响应内部或外部刺激的一种本能反应。压力会影响到人的精神状态，不良的情绪体验会经由脑肠轴、脑肠肽影响到人的胃肠道功能，甚至诱导一些胃肠道疾病的发生，如功能性消化不良、肠易激综合症、功能性便秘和腹泻、吞气症等[37]。反之，长期反复的胃肠道疾病引起躯体的不适，也可以造成人精神状态的异常。故而，肠道被认为是行为动机和情绪状态的重要调节器[38]，患有慢性胃肠道疾病的大部分患者或多或少伴有焦虑或抑郁的状态。其中，肠道微生物在肠道和中枢神经系统的双向通信过程中扮演着重要角色[39,40]。以上情绪与胃肠道的相互影响体现了中医临床的“肝木克土”、“土壅木郁”病因病机理论。

在人的肠道具有肠肌间神经丛构成独立的神经系统，所分泌的神经递质同时存在于大脑皮层-神经系统内。这种神经递质是一种肽类激素，故也叫做“脑肠肽”，具有神经递质和内分泌激素的双重身份，参与人体的免疫调节[41]。构成神经内分泌免疫网络系统—“脑肠轴”。人体的丰富的肠神经易受到情绪的影响，在脑-肠的协调作用下，调控着人体神经-精神心理-胃肠道功能的正常工作。如若一方运作失常，可诱导另一方的功能异常[42]。梁瑞峰等[43]研究发现防风具有增强痛泻要方抑制腹泻型肠易激综合征（D-IBS）的内脏高敏感性和调节脑肠轴不同靶点中的脑肠肽的效应，痛泻药方全方或倍用防风后能降低D-IBS 大鼠肠道高敏感性，其机制可能与参与调节脑肠轴不同靶点5-HT，SP，CRH等脑肠肽的含量及表达有关。陆敏等[44]研究发现，肠康方能显著升高肠易激综合征（IBS）大鼠肠粘膜和脑组织SERT 表达水平，是通过调控IBS 内脏高敏感模型大鼠脑-肠轴中5-羟色胺转运体（Serotonin Transporter，SERT）表达来治疗IBS 的。关于中药通过情志发挥调节作用的研究还比较粗浅，有待今后进一步深入探讨。

基于以上讨论，作者建议应该从“整体观”“系统观”出发构建“局部”与“整体”相结合的整合调节作用研究体系，并在中医药理论的指导下研究中药发挥作用的机制和方式或许是今后中医药现代化努力发展的方向。在过去的二十年，中医药现代化研究有了重要进展，但也遇到了一些瓶颈问题，基于还原论建立的评价体系和方法存在局限性：体外细胞分子水平的中药的活性成分筛选，缺少药物体内代谢的过程，且不能反映药物对机体的内环境和神经体液的调控作用；遗传生物学的手段研究单一化学成分对某条信号分子通路的调节作用不能反映中药多成分并存多成分共同或协同发挥作用的特点；利用单一致病因子造模方法制备的人类疾病动物模型缺乏中医辨证论治的特色，与中药的临床应用脱节；当前药理活性指导下的成分分离或者先成分分离再药理活性筛选的研究思路和方法，隔离了中药成分之间协同作战的作用。

因此，未来的中医药研究，我们不必拘泥于固有的研究思维模式，另辟蹊径或许可为中药新机制、新理论的研究开辟一条新路!