中药药性中“苦味”形成机制及生物学意义

吕佳桦， 朱 婵， 唐宗湘

(南京中医药大学 医学院·整合医学学院， 江苏 南京 210023)

中医“五味”的药性理论将中药分为“辛、甘、酸、苦、咸”五味，其中苦味是中药药性的主要特性之一，也是广泛存在于大部分中药中的一种属性。传统中医认为苦味药中苦味物质即为药效物质[1]，但苦味药物的药理作用与特点的系统研究目前较少，且苦味药物的生理作用机制很多也不清楚。本文将苦味中药的类型和物质成分、苦味产生的生物学基础、苦味药物的临床应用及苦味存在的生物学意义等进行探讨，期望能对中药药性研究和临床应用提供参考。

1 传统中药中的苦味药

1.1 苦味中药的种类

病先于药，在先民寻找药物治病的过程中，经历过漫长的探索，神农尝百草反映了早期寻药的故事。苦味作为中药本身的一种特质和容易被鉴定的特点，在中医药长期发展和传承过程中被保留了下来，通过中国历代药物学家的总结归纳提出了“四气五味”理论，并成为中医治病过程中需要遵循的原则之一，构成了中医学的重要内容。在传统药物识别方式中，舌尝感受是界定药性的最重要方式，但随着药物种类的增加，研究方法和思路的多样化，药性确定的途径产生了一些变化。目前研究者通过对五味理论溯源发现，中药五味的标定有真实味道和理论药味两大类依据。第一类是以舌尝法对药材的味道为苦味标准，而第二类是通过理论药味进行反推得到的苦味药[2]。以《中华人民共和国药典》(2020版)收录的中药为依据，在药典收载的2 711种中药中，苦味药有1 015种，占总数的37.44%。除了通过品尝区分苦味药物外，现在研发的电子舌也可以区分不同苦味的药物类型，且根据反应的强度区分苦味程度。

1.2 苦味物质的类型

苦味物质大致可以分为三大类：生物碱、苷类和苦味质[3]；其中，生物碱成分占比最多，占苦味药的40.5%，其次为挥发油、黄酮类和糖类。在药效方面，一般认为苦能泻、能降、能燥、能坚, 具有泻下、泻火、降气、坚阴、燥湿等作用[4]。

1.3 苦味的分级

苦味的分级常用苦度来衡量。苦度(intensity of bitterness)是用于药物苦味评价的等级指标。不同的苦度是不同的苦味分子与受体的亲和力不同导致的。苦度测量的基本方法是舌尝法，即传统人群口感评价法，该方法存在较大的主观性与变异性。现阶段电子舌技术可以通过传感器实现对药物溶液各种化学信息的收集，再基于已知信息进行统计学分析也可以得到药物的苦度，实现了定量化与稳定性。按照电子舌检测标准可以将药物的苦度分为1—5共5个等级，分别为不苦、微苦、苦、很苦、极苦[2]。例如：极苦药中的黄连和苦参，前者主要活性成分为生物碱，其中的黄连素具有抗炎、降血糖、调血脂和保护心血管的作用[5]；后者主要成分为生物碱和黄酮类，具有抗癌、止痒等作用[6]。中等苦味药中的栀子(环烯醚萜类、有机酸类以及栀子黄色素等)和黄芩(黄酮类、苯丙素类、甾醇类以及挥发油等)在抗炎、解热、镇痛、保肝、降血脂、抗血栓、神经保护、镇静催眠、抗微生物、清除自由基、抗氧化等方面起作用[7-8]。微苦中的决明子(蒽醌)和青蒿(倍半萜)在降压、截疟等具有明显效果[9]。

依照上述分级类型，何飞武等[3]对《药典》中苦味药的分类进行研究，对“苦”药重新做分类，并认为口尝苦性味也“苦”、口尝苦但性味不“苦”和口尝不苦但性味“苦”均列为“苦”药，但我们最初对“苦”药的认识还是基于口尝；因此，基于口尝和性味均“苦”的标准例举了不同苦味分级下部分“苦”药的药用部位、活性成分和含量等相关信息(表1)。

表1 苦味分级下的几种苦味药主要成分

2 苦味产生的机制

2.1 苦味受体的分子类型

在酸、甜、苦、辣、咸的味感觉中，酸、辣和咸的感觉通过激活细胞膜上的膜通道来调节[16]，而甜味和苦味则主要通过两类不同G蛋白耦联受体家族(T1Rs和T2Rs)完成。表达在味蕾Ⅱ型细胞上的T2Rs受体是感受苦味的功能性受体;同一种苦味受体能被多种苦味物质激活[17]，一种苦味物质也可以激活不同的苦味受体[18]。苦味广泛存在于不同的物种中，脊椎动物中的硬骨鱼类已发现有3～6种苦味受体(斑马鱼4种，河豚6种)，人和哺乳动物中苦味受体数目变化较大，人类、猕猴、小鼠、大鼠分别为24、26、33、36种；目前在脊椎动物中发现编码苦味受体基因最多的物种是两栖类的青蛙，已发现有49种苦味受体分子[19]。比较这些物种中味觉受体的多少，似乎与物种进化的高低关系不大，但与生活环境的复杂程度有关。能够在陆地和水中生活的两栖类，由于环境变化差异较大，其感受苦味的分子也比较多，因此认为苦味也是物种进化过程中为适应生存环境而保留下来的一种重要分子。感受苦味的分子类型在不同物质中存在差异的特点可能也反映出这些物种对不同物质选择和适应环境的一种策略。

2.2 苦味受体在不同组织中均表达

在组织表达与分布上，传统观点认为T2Rs广泛表达在十二指肠以上消化系统，除舌外，在胃窦、胃底等部位也检测到T2Rs的表达[20]。但最近的研究表明，心肌细胞、脑细胞、呼吸道、生殖系统中也有T2Rs表达，且表达于这些部位的苦味受体均具有特殊的功能[21]。

苦味受体在不同类型细胞中表达，但苦味受体细胞兴奋后均需要将信息传给神经系统才能产生包括苦感在内的感觉。在哺乳动物中，味蕾上的味觉感受细胞呈梭型，其基底端连接味神经，游离端延伸至舌表面形成味觉小孔。数十个至数百个味觉感受细胞聚集形成味蕾，多个味蕾聚集在一起形成乳突，分布在舌的不同侧[22]。味蕾细胞有4种，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型，其中感受苦味的感受器属Ⅱ型[23]。苦味受体不仅只表达在味蕾，而且也表达在肠胃组织、呼吸道和脑组织等[24]。最近的研究表明：表达在肠道簇细胞的苦味受体(Tas2rs)被激活后，可以通过下游的信号通路促使IL-25以囊泡的形式从簇细胞中释放出来，触发Ⅱ型免疫反应，因此，吃苦味食品可以刺激簇细胞提高警惕，增加免疫能力[25]；胃内不同区域也存在苦味受体(T2R10)，这种受体的配体具有一共同特征——苯环结构，例如：熊果苷(arbutin)和水杨酸(salicin)，前者有抗菌作用，而后者有抗感染作用[26]；T2R9(苦味受体中的一种)通过胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的调节影响肠道中葡萄糖和胰岛素的稳定[27]；消化道上存在的这种化学感受器(苦味受体)作为感知所吸收物质的化学成分(包括药物和毒素)具有重要的意义。

呼吸道上表达的苦味受体参与了呼吸道气流的控制和呼吸道的防御反应：苦味剂激活表达于气道平滑肌上的苦味受体后，引起气道平滑肌舒张和支气管扩张，其作用强度是β-肾上腺素受体激动剂的3倍[28]；苦味剂还可以加快气道上皮细胞运动纤毛的摆动频率，促进打喷嚏和调节呼吸速率[28]。苦味受体在神经系统中也有表达，Singh等[29]通过逆转录酶RT-PCR分析显示大鼠大脑不同区域存在与T2R4、T2R107和T2R38相对应的转录物,但大脑中表达苦味受体的生理意义仍然不清楚。另外，T2R5苦味受体在睾丸中也表达，T2R5基因敲除后会导致睾丸体积和质量减少，精细管外径减小，精子数量降低，从而影响生殖功能[30]；心肌细胞上表达的T2Rs可能与心肌细胞发育的营养功能有关[31]；肥大细胞上表达的T2R与抑制肥大细胞活化有关[32]。苦味受体的广泛分布表明苦味受体可能参与各种生理功能，也暗示苦味中药在消化系统和非消化系统中具有不同的作用。

最近研究表明：机体内的苦味物质(例如：胆汁酸)能够激活机体内新发现的一种受体——MrgprA1，这类受体是一种G蛋白耦联受体，主要表达在外周背根神经节(DRG)神经元上，当激活该受体后引起小鼠的瘙痒反应[33]，虽然，目前知道MrgprA1参与了机体痒觉的产生，但推测该受体应该还有其他生理功能。这一发现可以拓宽我们对苦味受体的认识，即机体中可能存在多种类型的苦味受体(除T2Rs外)，这些受体在机体内扮演多种生理功能。

2.3 苦味感觉传递的信号通路

苦味物质种类较多，传导苦味的信号途径也有不同的形式，苦味物质可以通过3种途径引起Ⅱ型TRCs兴奋(图1)：①T2R/TRB-αgust-PDE-cAMP-PKA途径。该途径苦味配体与T2R结合使偶联的G蛋白三聚体解离，α亚基通过磷酸二酯酶(PDE)降低cAMP水平，导致cAMP所抑制的阳离子通道抑制作用解除，使细胞外钙离子内流。②T2R/TRB-β3/γ13-PLCβ2-IP3/DAG 途径。该途径与上面途径的差异是在G蛋白三聚体解离后，β3/γ13二聚体激活磷脂酶Cβ2(PLCβ2)合成IP3使内质网IP3门控的Ca2+外流，导致胞内钙离子浓度的增加。③不依赖 GPCR/G 蛋白机制的途径。喹啉与部分二价盐可以通过激活细胞膜上的钾离子通道使钾离子内流。在第一和第二途径中，苦味物质作用于苦味受体后导致胞体内Ca2+浓度增加，胞内增加的钙离子作用于TrpM5通道使Na+内流并使ATP通过CALHM1/3释放至胞外，从而使神经纤维的嘌呤受体P2X2/3激活。

味觉感受细胞(TRCs)的基底侧释放神经递质激活深入味蕾的味神经。苦味受体作为检测苦味物质的结构，具有同样的分布特点，当苦味物质激活Ⅱ型TRCs细胞膜去极化后，会引起神经细胞突触后兴奋，兴奋性信号沿面神经、迷走神经、三叉神经进入脑干中的孤束核经丘脑最后到达岛叶皮质中味觉感受区进行编码[34]。孤束核作为味觉在大脑中的第一个中转站，已发现分别对苦味和甜味刺激有特异性反应的两群神经元，它们分别是表达Sst的神经元和表达Calb2的神经元，这两群神经元互不重叠，可见甜味和苦味的神经信号编码是通过各自信号传导通路完成的[35]。当味觉信号传递至岛叶皮质后，岛叶皮质作为味觉初级中枢会对下游所传递的信号进行整合，区分出不同的味觉信号(Chen等[34]通过活体双光子显微技术证明了皮层对味觉刺激反应的特异性，即不同的味觉信号在皮质中兴奋不同的区域)。整合后的味觉信号由味觉初级中枢投射到杏仁核与眼眶皮层，形成愉悦与厌恶的情绪。

图1 苦味信号在TRCs细胞中的传导通路Fig.1 Bitterness signal transduction pathway in TRCs cells

3 苦味与疾病之间的关系

苦味与多种疾病有关，一方面，不同疾病或疾病的严重程度会改变苦味感觉的敏感性，而另一方面，苦味受体(T2R)可以参与多种机体调控与疾病治疗。

3.1 糖尿病引起味觉功能改变

糖尿病病人的味觉功能普遍发生改变，对糖(sugar)和苦味化合物——苯硫脲(Phenylthiocarbamide，PTC)的辨识能力明显降低，导致病人饮食结构发生改变[36]。有研究表明，在二型糖尿病症状缓解后，病人对糖的辨识能力恢复[37]。

3.2 新冠引起味觉功能改变

自新型冠状病毒(COVID-19)爆发以来，大量病例表明新冠的感染会导致机体味觉功能丧失，对甜味与苦味的感知下降，有文献报道新冠病毒所引起的味觉丧失可能与神经系统的感染与神经免疫应答相关[38]。

3.3 苦味与肥胖

肥胖也与苦味受体存在着一定关系。6-丙基硫氧嘧啶(6-propylthiouracil，PROP)是另一种苦味化合物，对该化合物敏感的年轻人相较于不敏感的年轻人，更频繁地食用甜食，而对肉类的摄入量则少很多，对PTC、PROP敏感者在体型上偏胖，而不敏感者则在体型上偏瘦，可能感受苦味的受体分子与肥胖存在某种程度的关系[39]。苦味受体(T2R)通过参与化学感受和胃肠功能调节，改变对食物和饮食渴望的行为，影响体质量调节和肥胖[40]。

3.4 苦味与呼吸系统

实验表明，苦味受体T2R38可以广泛分布在人与小鼠呼吸系统的气道平滑肌中，对T2R38的激活可以起到松弛支气管的作用，这表明部分苦味药有作为支气管松弛剂的潜力[41]。另外，在上呼吸道固有防御反应中，苦味受体T2R38最近被证实可调节鼻息肉患者对治疗的反应[42]。

3.5 苦味药与癌症治疗

4 苦味感觉存在的生物学意义

味觉是哺乳动物重要的生理感觉之一，苦味作为味觉中的一类，在摄食行为过程中对食物选择和维持个体生存具有重要意义。苦味感受作为一种防御性机制，用来防止摄入食物中各种结构不同的苦味物质。对含有苦味物质的生物个体本身来说是长期进化出来的一种保护机制：首先，通过苦味给其他物种一种警示，避免其他物种对自己的伤害；其次，苦味对物种本身并非代表有毒有害的物质，很可能是对其有益成分的一种“掩饰”；最后，苦味感觉的存在可能是物种之间信息相互交流的重要方式。现实生活中绝大多数口服药物都有不同程度的苦味感受，一直以来也有“良药苦口”的主观认知，究竟是苦味成分在发挥着药效作用，还是苦味成分与药效成分存在一种潜在的相关性？苦味与药效在成分上的相关性值得深思。

在中药药性特征中，苦味作为5种中药药性特征之一，它不仅是药物真实的味道，而且是一种功能的体现。在苦味药与苦味受体的相关影响方面，存在着一个化合物可激活多个受体和一个受体能被多种化合物激活的现象。大量事实已经表明，一种苦味物质可以激活除苦味受体外的其他多种受体发挥其药效作用，例如黄连素不仅可以激活苦味受体产生苦味，同时还可以兴奋M受体进而降低血压。这表明苦味药不仅可以作用于T2Rs，也可产生其他效用。另外，苦味受体与甜味受体T1Rs等存在拮抗作用。

在苦味药的药效成分与苦味成分的关系方面，一直存在不同的观点。中医认为药物中的苦味成分即为药效成分，但化学分析发现苦味的主要来源为生物碱、苷类与苦味质。通过对不同苦味分级下选取的典型药物进行比较，发现这些苦味药物的活性成分多为生物碱与生物苷类，这就暗示生物碱和苷类可能就是诱导苦味的主要物质。在药理作用上，苦味药多存在抗炎作用，部分药物(例如小檗碱等)对细胞周期的调节也有一定作用，但对于苦味成分与药效成分的相关性有待进一步研究与分析。在目前的研究背景下大多苦味药物的苦度难以进行量化研究，进而难以通过实验阐明苦味与药效的相关性。