探讨中药药性与温度相关性瞬时受体电位的潜在联系＊

2020-12-28李睿萍孙万森铁晓玲

世界科学技术-中医药现代化 2020年8期

李睿萍，孙万森＊＊，铁晓玲，王竹，刘艳，郭蓉

（1. 西安交通大学第二附属医院西安 710004；2. 西安市儿童医院西安 710043）

中药药性理论是中药理论体系的基础理论与核心内容，主要研究中药的性质、性能及其在中医药理论指导下的运用规律。其作为联系中药学与中医学的桥梁，在中医辨证理论的指导下，共同指导中医的临床用药。中药药性的概念有广义和狭义之分。广义的药性包括性味归经、升降浮沉、配伍规律、妊娠禁忌和有毒无毒等，功能主治也是药性理论的重要组成部分[1]。狭义的药性主要包括中药的寒、热、温和凉四种性气，体现了药物对人体阴阳盛衰、寒热变化的作用方向。历代医家在长期的临床实践经验中，根据中药作用于机体所产生的效应及针对临床病证所发挥的实际疗效，通过反复应用某种中药，观察到其疗效的同时，逐渐认识到了其性质，并在此基础上不断的修正、完善及深化，创立了以“四性”为核心的中药药性理论体系[2]。

然而，中药寒热药性的本质是什么？用什么来界定中药之寒性与热性？怎样才能使中药药性的研究在不背离中医理论的前提下，充分运用新的研究技术来研究和表征中药药性？这些问题一直是中医学者所困惑和争论的焦点所在。因此，科学地诠释中药药性理论已成为中医理论发展及现代化的关键问题之一，对中药四性的研究也一直是中药现代化研究中难以突破的问题之一。

1 中药四性现代研究进展

近年来，诸多学者及医家围绕中药药性理论，从不同层面和角度开展了一系列有关中药药性（特别是寒热药性）的理论探讨和实验研究，主要集中在以下几个方面。

1.1 中药的化学成分与寒热药性相关的研究

研究证实主要的化学成分或活性成分是中药治疗作用的主要物质基础之一。对药性相同的中药所含化学成分的共性研究发现：温性及热性药大都含有挥发油类，有的热性药含剧毒类生物碱；寒凉药的主要成分有皂甙、蒽甙、生物碱类等。周正礼等[3]对知母、黄连、附子、肉桂等20种寒热中药的水溶性糖分别进行气相色谱-质谱（GC/MS）指纹图谱测定，并用Fisher方法建立判别函数，结果显示Fisher正确识别了20 种中药的寒热药性，认为水溶性糖为中药寒热药性的物质基础之一。

中药所含无机元素、微量元素、稀土元素对药性的影响。有关微量元素与寒热药性的研究认为，寒热药性主要与铁、锰两种元素的含量相关，温热药含锰量相对较高，而寒凉药则铁含量高于温热药[4]。盛良等[5]用化学反应中的电子得失和能量转移理论对中药药性进行了研究，其认为化学元素也具有寒热温凉四性，释放电子、吸收能量的元素就是寒，相应的接受电子、释放能量的元素就是热。

1.2 药理药效与中药药性之间的关联研究

通过药理学方法来研究寒热性中药对中枢神经系统、交感神经-肾上腺皮髓质系统、内分泌系统以及对基础能量代谢的影响，结合临床表现和血清、尿液中环磷酸腺苷、环磷酸鸟苷、环磷酸鸟苷与环磷酸腺苷的比值的变化等生理、生化指标，寻找可表征中药药性的生物学和化学信息评价指标。研究显示，寒凉性药能够抑制儿茶酚胺类合成，降低中枢神经系统的兴奋性，并且对肾上腺皮质功能、基础代谢均有一定的抑制作用，从而减弱呼吸、循环、代谢和肌肉的活动。而温热药则正好相反，其可以使肾上腺素能介质释放增多，提高中枢神经系统的兴奋性，其含有的激素及其类似物，能提高实验动物肝、肾、脑组织的耗氧量，促进糖原分解[6]。临床研究也发现，温热药作用于机体，催化儿茶酚胺生物合成的多巴胺β-羟化酶（dopamineβ-hydroxylase，Dβ-H）活性增加，致交感-肾上腺系统兴奋性增加，收缩压和舒张压、体温、心率、呼吸频率均有不同程度的升高或加快，血清及尿中儿茶酚胺（catechol amine，CAs）的含量增加。动物实验显示，典型寒性中药黄芩和热性药物高良姜可通过影响SD 大鼠血清乳糜微粒（CM）、低密度脂蛋白（LDL）、高密度脂蛋白（HDL）等脂类代谢，进而影响机体的能量代谢，为进一步研究寒热药物对代谢影响的差异奠定了基础[7]。

1.3 中药四性的热动力学研究

中医药热力学观（Thermodynamics of traditional Chinese medicine）认为，生命体系是一个复杂的热力学系统，一切生命活动都包含有信息流、能量流、信息流的转换和代谢，生命体系的这种能量代谢和转化符合热力学的基本定律。寒、热、温、凉既是中药作用性质和功效的高度概括，又客观的反映了物质的热物理、热化学和热生物学属性。中药四性在某种程度上，是生物体对药物热物理属性的一种生理或病理表现。另一方面，不同药性的药物包含了不同形式或量值的能量，经过机体代谢或转换后发生能量的传递而以寒热形式表现出来[8]。

中药在治疗疾病时，药物与生物体之间的相互作用，无论是物理的或化学的反应，其能量的传递和热变化也都遵循热力学定律，通过生物热谱图、最大热输出功率（Pm）、热焓变化（ΔH）、生长速率常数（K）等热动力学参数定性定量的刻画了中药药性的差异。研究表明，温热药能使生物体指数生长期的生长速率常数增加，传代时间缩短，Pm 增加较显著；反之，寒凉药能使生物体指数生长期的生长速率常数相对减小，传代时间延长，Pm 增加较少[9]。基于热力学表达的中药药性评价体系，从整体和宏观角度阐明了中药寒热药性的生物热力学规律，摸索了可以评价寒热药性的客观方法。

1.4 其他

药物的主要物质成分与中药四性之间关系的研究；主要活性成分分子量、骨架特征与四性之间关系的研究及基于系统生物学及物质组分的四性研究，中药“药性-药效-物质三元论”假说、“组群中药四性组合性效谱”假说，等等，均从不同角度阐释了中药药性研究的方法和思路。

2 新的设想

毋庸置疑，中医药防治疾病的“理法方药”植根于其主要物质成分，其所包含的化学成分或活性物质通过多环节、多靶点和多种途径发挥效应，这是经过药理实验和现代技术、分析方法证实了的，是中药发挥作用的途径之一。然而，中药药性的研究必须要与中医理论相结合。也就是说，以临床病证为前提，以中医“辨证用药”为基本原则，去探究中药改善“证”的生物学机制，进而证明某药的寒热药性，而不应局限于单纯化学成分或活性物质的范畴。

内环境，是细胞生活的直接液体环境，机体的一切功能活动都是以内环境稳定为基础的。中医或西医治病，都是通过使内环境恢复或维持稳态来实现的。那么，中药在“诸多活性成分”发挥作用的同时，其“寒热”药性是否可通过“寒者热之，热者寒之”来平衡内环境，实现“辨证论治”和“理法方药”的和谐统一？以经典的寒热中药作用于机体时，从机体的药效反应角度入手，是否能够找到反映中药药性之核心“寒热”特性的标准基因群、蛋白群或者代谢组群，以进一步揭示寒热药性的本质所在。

3 瞬时受体电位通道与温度感受

3.1 瞬时受体电位通道

瞬时受体电位通道（Transient receptor potential channels,TRP channels）是位于细胞膜上的一类阳离子通道。早在1969 年，Cosens 等[10]研究果蝇光感受细胞的信号传导过程中发现：持续性光照刺激时，野生果蝇的光感受细胞产生以Ca2+内流为基础的持续性感受器电位，而在一只发生了视网膜光感受器相关基因突变的果蝇体内却记录到与正常持续电位不同的“瞬时感受器电位（TRP）”，与此相关的蛋白即被命名为TRP蛋白。此后，研究发现许多与果蝇TRP 蛋白序列和结构近似的通道，即TRP超家族。

迄今为止，已发现近30种哺乳动物TRP通道的亚型，分属于TRPV（Vanilloid）、TRPM（Melastatin）、TRPC（Canonical）、TRPA（Ankyrin transmembrane protein）、TRPP（Polycystin）和 muclopins TRPN（NomPC-like）6个亚家族。尽管分属于不同的亚家族，但都有着共同的基本结构。其中均具有6 次跨膜α 螺旋结构域（TM）、N 末端和C 末端位于胞内，S5 与S6 之间的通道内嵌构成阳离子通过孔道，且大多数成员在N 末端有数个锚蛋白样重复结构（ankyrin repeat）和一个富含脯氨酸区域（图2-1），C 末端形成多个结构域[11]。TRP 通道为钙库操纵性钙离子内流（Store-operated Ca2+entry，SOCE）通道，激活时主要引起Ca2+内流，所以其既是神经元和肌纤维等兴奋性细胞的电压门控通道（Voltage-gated channel，VGCC），又是体内非兴奋性细胞如上皮、内皮、肿瘤细胞等的非电压门控通道（nVGCC）。众所周知，细胞内钙离子浓度的改变在肌肉收缩、神经递质或调质的释放、细胞的分化增殖、基因转录等诸多细胞功能和细胞死亡中均发挥着重要作用。除中枢神经系统外，TRPs还分布于外周神经系统、皮肤、心血管系统、呼吸系统、胃肠道系统、泌尿生殖系统以及内分泌和免疫系统等，通过感受细胞内外环境的各种刺激，如参与温度觉、痛觉、机械感觉、味觉等的发生、传递，维持细胞内外的离子稳定等众多生命活动，在调节肌肉收缩、递质释放、细胞增殖分化、基因转录、细胞凋亡及细胞死亡等方面发挥重要作用[12]。随着研究的进展，TRP 蛋白在疾病，尤其肿瘤的发生发展及早期诊断中的重要性受到越来越多的关注和重视[13]。

3.2 温度感受相关性瞬时受体电位

目前，已证实TRP 家族中与温度感受相关瞬时受体电位的有：TRPV1、TRPV2、TRPV3、TRPV4、TRPM8和TRPA1。

3.2.1 TRPM8

TRPM8 即薄荷醇受体，是一种在室温即可对薄荷醇反应的TRP 蛋白超家族之一，其还可以被冷物质模拟剂冰片和8-28℃的冷环境所激活，因此，也称之为冷-薄荷醇受体[14]。对剔除TRPM8 基因的小鼠所做的一项研究表明，没有这种受体的小鼠无论在细胞层次、在完整的神经纤维上，还是在完整动物行为实验中都表现出对寒冷环境感知能力的显著缺陷[15]，进一步证实了这种受体在感受周围寒冷感觉中的重要性。脊髓注射冰片后可明显增加小鼠对慢性疼痛的忍受能力，说明可通过冷药物处理来减轻病理因素引起的疼痛感[16]。

3.2.2 TRPA1

Bautista等[15]的研究发现，TRPM8缺陷小鼠在10℃以下的环境中，尽管反应能力低下，但仍有明显的躲避行为，还发现瞬时受体电位家族的另一成员TRPA1也参与了冷感受，不同的是TRPM8 主要介导的是在22-27℃温度范围内的非损伤性冷感受，而TRPA1 主要参与18℃以下的损伤性冷感受[17]。然而，最新动物实验显示，TRPA1 在参与体内急性伤害性冷刺激和对冷物质模拟剂的感受中并非必需[18]。

3.2.3 TRPV1

TRPV1，即瞬时受体电位香草酸亚型1（Transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1），是辣椒素（Capsaicin）在体内的特异性受体，因此，又称辣椒素受体（Capsaicin teceptor）或香草酸受体 1（Vanilloid receptor subtype 1，VR1），大量表达于脊髓背根神经节（Dorasl root ganglion，DRG）和三叉神经节的小型神经元中，在肺、支气管、肾、肝、胃肠道、肥大细胞和皮肤的角质细胞等非神经组织也有分布。辣椒素[19]、＞42℃的热度、氢离子和酸性（pH＜5.9）环境都能使其激活，引起灼热或疼痛感觉，且pH 值降低可减小VR1 热激活的温度阈值[20]，因此，有人认为，TRPV1是化学、物理性刺激的分子综合体。亦有实验不支持上述假说。Nasy 等用电生理和离子流测定的方法，比较了辣椒素和伤害性热刺激下大鼠初级感觉神经元的细胞膜反应，证实被辣椒素或热刺激激活的离子通道虽然有许多共性，但也有重要的不同之处—辣椒素激活通道后的Ca2+通透性高于热激活通道引起的Ca2+内流，通道对辣椒素或热刺激的反应是单敏性的，只有少数离子通道是双重敏感的；在整个细胞层次上，每个细胞对热和辣椒素均有反应，可能是引起辣椒素和热刺激作用过程的分子机制有所不同，其可能的作用机制还未见具体报道。动物实验显示，敲除VR1 基因的小鼠对皮下注射辣椒素、喝辣椒水均无疼痛抗拒行为，也几乎不表现出温度过敏反应，而反复或重复辣椒素或热刺激却可使该通道脱敏或去功能化。

3.2.4 TRPV2

Caterina 等发现了一种辣椒素非敏感的伤害性热感受器TRPV2，与TRPV1 有49%的同源性，主要分布于感受伤害性热和机械刺激的有髓Aδ 纤维及少量C神经纤维。大于52℃的伤害性热刺激才能将转染了TRPV2 的人胚肾细胞（human embryonic kidney cells，HEK）激活，诱发Ca2+内流[21]，其对辣椒素、H+和50℃以下的热刺激均不起反应。在脑和多种非神经组织中也发现有TRPV2 的表达，提示其可能参与多种功能[22]。

3.2.5 TRPV3

TRPV3 在人类主要表达于中枢神经系统和感觉神经元，在皮肤、舌、背根神经节、三叉神经节、脊髓和大脑也有一定表达。TRPV3 只对温度敏感，辣椒素、低pH、低渗透压均不能使其激活，其热激活温度范围为34℃～38℃。当刺激温度从室温升至45℃时，给予该温度范围内的变化刺激，随温度的升高激发的电流会逐渐增大[23]。对皮肤角质形成细胞中TRPV3 的功能研究中观察到，野生型小鼠给予温热刺激时角质细胞可产生三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP），而TRPV3 基因缺陷的小鼠则缺失此种反应，提示ATP 可能作为信息分子在TRPV3 介导的热传导中发挥作用[24]。

3.2.6 TRPV4

目前，对 TRPV4（transient receptor potential vanilloid 4）的研究已较为深入和广泛，TRPV4 由871个氨基酸序列构成，在其N 末端至少有3 个锚蛋白重复序列。Guler 等[25]用 TRPV4cDNA 转染 HEK293 细胞发现其可以感受27℃以上的温和热刺激，温度的变化可以直接激活该通道，产生较强的Ca2+内流。TRPV4在组织、器官中广泛表达，包括肺、脾、肾、肝脏、睾丸、脂肪组织、耳蜗、皮肤、肌肉、血管内皮等，Inoue 等[26]应用原位杂交和实时定量RT-PCR 技术发现，TRPV4、TRPV5 和TRPM5mRNA 在小鼠肾脏和肺组织中的表达最为丰富。TRPV4 在温度感受方面的有关研究表明，温度升高将激活血管内皮细胞的TRPV4 通道，引起Ca2+内流进而导致局部血管舒张；相反地，温度降低则导致血管收缩，因为通过TRPV4 的调节，细胞Ca2+的内流减少[27]，这提示TRPV4 可能参与了局部血管对温度的反应。此外，对急性热应激大鼠模型的研究结果提示：TRPV4 作为一种感受温热刺激的通道蛋白，在可感知的温度范围内，其表达量随温度的升高而增加，其表达量在24℃的常温下无明显变化，而42℃时表达下降[28]。

4 中药药性与温度相关性瞬时受体电位

4.1 寒热中药的药效特点与瞬时受体电位存在的广泛性一致

寒热中药作用机体都可发挥一定的药效作用。哺乳动物的大多数组织和器官中也都有TRP 通道分布，TRP 通道不仅表达于大脑、脊髓及外周神经系统，在心脏、肝脏、脾、肺、肾脏、前列腺、肠、睾丸、卵巢、子宫、胎盘及血管等非神经组织中也有分布；表达TRP的细胞既有感觉神经元等神经细胞，也包括血管内皮细胞、上皮细胞、平滑肌细胞等非神经细胞[29-32]。这种寒热药物对机体的广泛作用特点可能与TRP 通道家族分布的广泛性保持某种一致性。

4.2 药性理论与瞬时受体电位通道的调控因子一致

药物成分作用于机体所产生的寒热变化与薄荷醇、辣椒素等化学物质作用于机体产生的“通感”作用方向一致，TRP 的物理和化学刺激因子囊括了中药药性所强调的“四气五味”。这些均为寒热证的机理研究及药性研究提供了条件和平台。

4.3 寒热药效的生理生化效应与瞬时受体电位通道在信号转导中的作用相关

TRP 通道在感受外界冷热刺激或者化学物质作用之后，能够选择性产生相应的生理生化反应，即激活后可引起Ca2+内流，进而调节细胞内Ca2+浓度，传递胞外信号等。众所周知，Ca2+是一种非常重要的细胞内第二信使，广泛参与细胞内外的信号转导过程，其在酶的合成、激素分泌、细胞周期调控、细胞凋亡、神经传递及肌肉收缩等多种生化和生理过程中发挥着重要作用[12]，而这些作用与药效的产生有着直接或间接的关系。