利用超分子组装理论探讨麻杏石甘汤抗病毒机制研究的新策略

陈瑞，陈志鹏

(南京中医药大学药学院，江苏 南京 210023)

中药汤剂是真溶液、胶体、混悬液和乳浊液的混合，在分子层次上则是包括单成分群在内的超分子体的混合物[1]。胶体、混悬液或沉淀都是化学成分相互组装的表象，属于超分子化学的研究范畴。超分子化学是研究2种以上的化学物种借助各种非共价力(如氢键、静电作用、电荷转移作用、分散作用、离子中介作用、疏水作用、堆垛作用等)通过自加工、自装配、自组合，形成复杂有序且有特定功能的分子结合体的一门科学，是化学与生物学、物理学等多门学科交叉构成的前沿科学。通过超分子自组装生成具有确定功能纳米尺寸的超分子体系，如分子层、薄膜、胶束、凝胶等，表现出与组成分子完全不同，更加复杂的化学、物理和生物学性质。中药成分复杂，超分子现象普遍存在，是中药物质基础的重要组成部分，并且不同的存在形式与药效的发挥有着密切的关系，超分子研究也成为拓展汤剂药理活性研究的一个新途径。

1 中药汤剂体系中超分子现象研究现状

1.1 汤剂中的超分子现象

汤剂是中药超分子现象最早的研究对象，目前已经从80余种汤剂中发现胶体颗粒的存在。蔡茜茜等通过凝胶过滤色谱对太子参汤剂中自组装颗粒进行了分离，发现粒径为131.4 nm的球形颗粒，该颗粒可被Caco-2细胞吸收，刺激小鼠脾细胞的增殖,促进免疫因子IL-10、IL-13、TNF-α及IFN-γ的分泌,说明自组装颗粒为太子参汤剂的重要功效成分[2]。Ke等通过体积排除色谱从麻杏石甘汤中分离了粒径为65.3～138.1 nm的胶体纳米粒，通过对5种细胞株的生存率影响评估其不同的生物活性[3]。房康等针对黄连解毒汤水煎自沉淀现象，采用CCK-8法评价其对CoCl2损伤的PC12细胞模型作用，结果发现与上清液相比，沉淀表现出更好的神经保护活性[4]。由此可见中药汤剂的物质基础不仅仅是活性成分(群)，更应当重视超分子的存在形式。

1.2 汤剂中超分子的存在形式

中药饮片的化学成分复杂，理化性质各异，临床实践中又经常配伍使用，导致中药复方汤剂的成分更加复杂，因此形成的超分子体也多种多样。例如：小分子活性成分之间相互作用形成组装体，如黄连解毒汤中小檗碱可与黄芩苷或汉黄芩苷形成不同结构的组装体[5]；中药中存在的鞣质、淀粉等非活性成分可能参与颗粒物的形成，有报道称麻杏石甘汤中99.7%的麻黄碱与95.5%的伪麻黄碱都被吸附在甘草蛋白形成的纳米粒表面[3]。这些研究说明中药汤剂中超分子现象普遍存在，但超分子形式千差万别，缺乏基于中药成分本身特性的规律性研究。

1.3 中药化学成分的自组装特性

最近有学者开展了以中药化学成分为代表的超分子组装研究。例如：在果糖诱导下姜黄素自组装为纳米尺寸的囊泡[6]，大黄酸可直接自组装为凝胶形成缓释制剂治疗神经炎[7]。而且，中药复方中的成分相互组装后会显著影响其生物活性，从而影响药性。雷海民教授课题组研究报道：①黄连解毒汤中小檗碱与黄芩苷会组装成纳米粒，其对金黄色葡萄球菌的抑制作用要明显优于小檗碱本身，而小檗碱与汉黄芩苷则组装成纳米纤维，其抗菌能力却远远不如小檗碱[5]；②黄连-肉桂药对中小檗碱与肉桂酸组装形成的纳米粒，对耐药性金黄色葡萄球菌的抑菌效果明显优于阿莫西林等西药[8]；③黄连-大黄药对中小檗碱与大黄酸组装形成的纳米颗粒，体外抑菌实验表明最低杀菌浓度仅为0.1 μmol/mL，远低于小檗碱和大黄酸本身[9]。这些结果说明不仅中药成分之间会相互组装，而且组装后的形态是影响药效的关键因素。

1.4 麻杏石甘汤中的超分子现象

麻杏石甘汤是经典的中药汤剂，出自汉代张仲景的《伤寒论》，具有辛凉宣泄，清肺平喘之功效。该方由麻黄、石膏、杏仁、甘草4味药材组成，因其配伍精当，疗效卓著，为历代医家所喜用。麻杏石甘汤虽然只有4味药材，但煎煮过程产生胶体与沉淀现象显著。其主要成分有：麻黄碱(来自麻黄)、苦杏仁苷(来自苦杏仁)、甘草酸(来自甘草)等。从化学结构上看，这3种成分容易发生相互作用：麻黄碱(生物碱)与甘草酸(有机酸)会发生酸碱中和反应；苷类物质(苦杏仁苷)与生物碱(麻黄碱)会发生络合[10]；此外，石膏为硫酸盐类矿物，主要含有Ca2+以及少量的Cu2+、Fe2+、Mn2+、Zn2+，这些金属离子会和甘草酸的羧基发生配位形成不同稳定程度的络合物[11]，说明麻杏石甘汤中形成的组装体有多种的可能与机制。有关麻杏石甘汤物质基础的研究发现[12]：单味甘草水煎液的甘草酸含量最高，共煎药液中甘草酸含量最低。是否由于甘草酸和麻黄碱形成复合物，甘草酸和石膏中金属离子形成络合物导致甘草酸含量降低，有待进一步证实。同时在药效学实验中，提取物纯度越高的组方，药理效果反而不是很好。这就提示该方的药效可能是多种成分共同作用的结果,那么是否以超分子形式发挥多成分共作用原理也需要进一步证实。

2 麻杏石甘汤的抗病毒性能

2.1 麻杏石甘汤抗病毒的临床应用

近代医家常用麻杏石甘汤治疗小儿肺炎、麻疹性肺炎等病毒性肺炎[13]。临床观察中，用加味麻杏石甘汤治疗84例小儿支原体肺炎患者，结果显示治愈率+显效率(76.19%)明显高于纯西药对照组(54.76%)[14]。汪受传教授在麻杏石甘汤基础上开发的清肺口服液(又名金欣口服液)，经过多年临床实践被证明是治疗小儿病毒性肺炎的有效方剂[15]。在2019年底暴发的新冠肺炎疫情中，麻杏石甘汤最早列入国家卫生健康委员会发布的诊疗方案，并被重点推荐为中医药介入治疗药方[16]。截至2020年3月13日，由麻杏石甘汤等四个经典名方组成的清肺排毒方对10个省份共1 261例新冠肺炎患者总有效率达到97%，无一例患者由轻转重[17]。经方专家黄煌教授曾谈到“想当年非典型肺炎肆虐之时，麻杏石甘汤应该可以横刀立马出阵迎战，但很多医生不信任它。从西医的角度看，方中无一味有抗菌药，怎么能治疗肺炎呢？用经方是不讲道理的，只看看当下的病人是何等样的反应，所谓方证相应，这是古人的智慧。”[18]可见，麻杏石甘汤在治疗病毒性肺炎方面功效卓著，但其机制还不明确。

2.2 麻杏石甘汤的抗病毒机制研究

麻黄具有解表作用，可以宣肺气而散表邪；石膏是辛寒之品，入肺经，用以清泄肺热；杏仁降气止咳平喘；甘草既益气和中，又调和诸药。四味药虽然简单，但配伍精当。中医治疗疾病的机制是“扶正祛邪”，病毒性肺炎是属于邪热壅肺证，由外邪入侵引起，表现为高热。查阅近几年文献，报道的麻杏石甘汤抗病毒性肺炎的可能机制有：①抑制病毒复制相关的信号通路(祛邪)。Chen等证明麻杏石甘汤能明显抑制呼吸道合胞病毒复制，阻断TLR3-IR3-IFN-β信号通路和SOCS1的表达，安全有效地治疗病毒性肺炎[19]。邹莉等发现麻杏石甘汤可能通过调节流感病毒感染肺组织的MCP-1蛋白表达水平而实现抗流感病毒作用[20]。②调节机体的免疫功能(扶正)。李玲等建立A型流感病毒小鼠肺适应株动物感染模型，表明麻杏石甘汤通过影响免疫器官质量指数和IL-2、TNF-β蛋白表达水平调节免疫网络的功能[21]。张世鹰等发现麻杏石甘汤对于流感病毒刺激的巨噬细胞RAW264.7的IFN-α和IFN-β分泌水平与蛋白表达水平有明显的调控作用，从而发挥抗流感病毒的作用[22]。这与中医“扶正祛邪”的治则相吻合。可以看出，虽然有关麻杏石甘汤的药理学研究已取得一些进展，但还集中在汤剂的整体药效学，针对抗病毒的关键功效物质并未发现，因此相关抗病毒机制也并未明确。

3 利用超分子组装理论探讨麻杏石甘汤抗病毒机制的设想与策略

3.1 超分子组装理论探讨麻杏石甘汤抗病毒机制的设想

在2020年新冠疫情的防治工作中，中医药所发挥的重要作用得到了社会各界的广泛认可，特别是经典名方麻杏石甘汤的优势凸显，但其抗击病毒的物质基础和机制研究却没有得到普遍的认可。受启于超分子现象为汤剂带来特殊药理活性的研究基础，基于麻杏石甘汤具有显著超分子现象的事实，我们提出了“超分子效应可能是麻杏石甘汤抗病毒的关键因素”这一设想。一方面麻杏石甘汤在煎煮过程中生成的胶体或沉淀可能是具有直接抗病毒作用的功效物质，杜茜等通过MTT法比较了经0.45 μm滤膜过滤前后麻杏石甘汤的体外抗病毒活性变化，结果表明膜过滤后抗病毒活性大大降低，主要是由于膜过滤去除了大量粒径较大的聚集物，证明麻杏石甘汤抗流感病毒活性与其汤剂中的聚集物有关[23]，但聚集物的构成、具体功效物质还未明确，仍需进一步的实验证明；另一方面组装形成的纳米颗粒可能产生了特殊的体内转运特性，从而改变活性物质的分布，改善肺部微环境使得引起肺炎的病毒失去了生存之地，从而产生特别的抗病毒效果，这一方面目前还未有研究报道，超分子的体内作用机制研究还尚属空白。

3.2 超分子组装理论探讨麻杏石甘汤抗病毒机制的策略

3.2.1 非破坏性分离汤剂复杂体系 将特殊的药理活性归结为某一组装体是目前超分子研究存在的问题之一，而某一组装体不能反映汤剂整体，只有通过分离汤剂中多种类型的组装体，明确超分子体系的构成，才能全面解析汤剂的物质基础。体积排阻色谱与光散射技术的联用技术为汤剂纳米粒的分离奠定了良好的基础[3]，且这种分子筛技术可以保持超分子体系的稳定性。

3.2.2 鉴定组装体的构成研究组装机制 通过高效色谱分离结合质谱方法判定组装体的主要构成元素与组成比例，按成分群配比去模拟还原组装体，为进一步还原汤剂的组成与形态提供可能，同时为化学成分组装特性的规律性研究提供帮助。借助计算机分子模拟以及现代实验技术手段，组装机制的研究更加细化，多种弱作用力相互配合形成超分子体的机制被有效证实。

3.2.3 筛选功效物质并探究抗病毒机制 体外细胞抗病毒实验可以帮助快速筛选效应分子(群)，通过比较汤剂中不同物质形态与整体汤剂的药效差异，比较超分子组装体与单个化学成分的药效差异，逐渐明确组方的有效部位与功效物质，并在获得确切功效物质的前提下开展抗病毒机制研究。

3.2.4 开展体内药代动力学与药效实验 通过病毒感染动物模型的建立，比较超分子组装体与单个化学成分的生物分布差异，比较单个组装体与整体汤剂的药效学差异，探究超分子的体内作用机制。

以上几方面策略可以为解释麻杏石甘汤特殊的抗病毒性能提供一个新的途径，还可能为解决现有超分子研究存在的问题提供一个突破性尝试。

4 总结与展望

中医药是中华民族传承五千年的瑰宝，而超分子化学是现代科学理论与技术发展的产物，二者的有机结合是中医药研究“传承精华，守正创新”的实质体现。中药汤剂中的超分子现象研究不仅使得中药物质基础与作用机制更加明确，而且极大地丰富了现代中医药研究的思路和方法。

超分子研究为中药汤剂的药效研究开辟了新的道路，从新的视角揭示了超分子现象是中药复方的重要物质基础之一，具有重要的研究价值，有利于阐明中药配伍的科学内涵与中药复方的作用原理。超分子组装的存在符合中医配伍理论，不同药味形成的组装体正是提示其中发生了配合作用，组装体的组分构成可能成为解释方剂中配伍理论的关键因素[10]。有学者甚至认为人体也是复杂的生物超分子体，认为中药有效成分群和人体疾病诸症有着对应的作用规律，李海英等就提出用超分子“印迹模板”理论解释中药复方配伍[24]。对于麻杏石甘汤而言，物质基础与超分子现象的阐明有利于指导临床实践和合理用药，以及剂型改革。病毒性肺炎发生发展较快，在没有明确有效的药物治疗下，中医药介入治疗优势凸显，理论机制的阐明将进一步扩大中医药的影响力。同时，中药的配伍有望从传统的饮片配伍过渡到药物组分配伍，避免药效的无意流失和经济损失。利用组装体的性质发挥最佳药效，制备中药多成分缓控释制剂[25]，以及对其药用价值进行二次开发，都是实现剂型改革的途径。因此，超分子现象的研究是中药复方汤剂研究的一项重要课题，也是中药现代化研究的一个新的途径[26]。

虽然目前汤剂超分子现象的研究已经取得一定的进展，但还存在一些问题：第一，现有的超分子组装研究一般都是利用2种或者3种化学成分进行，而中药汤剂成分复杂，组装过程可能由多种成分参与，研究中很难保证还原自组装体系的真实性。因此，如何全面解析其超分子的组成是首先要解决的问题。第二,因为组装的发生除了和化学成分本身有关，还和汤剂煎煮过程中的温度、pH等多种因素有关。同时，现有分离表征技术可能会破坏超分子体系的稳定性，导致超分子体系在汤剂中的含量较难明确。第三，药理活性研究较为局限，目前有关中药组装体的药理活性研究还局限于体外抗菌领域[5-7]，虽然有学者也提出了超分子与人体的“气析”“印迹模板”理论[24,27]，但目前还缺乏有效的实验证明。正是基于以上问题，需要我们进一步研究更多的汤剂加以佐证，拓展药理研究领域，深入探索内在的理论机制，挖掘广阔的应用前景，展现中医药的独特优势与魅力，推动中医药现代化与国际化进程。