陈文星，王旭，王爱云，陆茵＊＊

基于蛋白信号转导网络的组分中药研究方法学＊

陈文星1,2，王旭1,2，王爱云1,2，陆茵1,2＊＊

（1.南京中医药大学药学院南京210023；2.江苏省中药药效与安全性评价重点实验室南京210023）

组分中药已被认为是中药复方用药的一个重要发展方向，但其方法学研究还处于创新阶段。现代医学认为导致疾病的因素多种多样，指示疾病的特征也是多样化，因而治疗疾病单从单一靶点入手有失偏颇，而针对多个靶点同时用药成为现代医学临床的共识。本方法基于中医证候的复杂性、蛋白信号转导通路网络的多靶点特性和中医方剂组方原则，提出一种简化的组分中药的筛选研究方法。并结合肿瘤的中医认识，以及现有中药有效成分抗肿瘤的研究成果，详细阐述该方法的具体运用。该方法可为中药效应成分的有效利用及新药发现拓展研究思路。

蛋白信号转导网络方剂组方原则组分中药方法学

中药现代化研究已经进入攻坚阶段，由于技术手段、理论方法等的限制，中药新活性成分的发现及中药新药的创制仍然没有太多突破[1]。中药研究在多个“五年计划”的支持下已有了长足的进步与发展，大部分常用中药当中的各类成分基本已经明确，且多数成分的药理活性也已经被发现，但是这些具有药理活性作用的中药成分最终形成药物的却很少[1]。组分中药的概念正是在这一背景下顺势而生。组分中药是一种中药复方创新模式[2，3]，它强调以中医药理论为基础，通过化学和生物学的系统表征来筛选中药有效单体成分的组合。它既是对传统中药的继承，又是对传统中药的发展。但目前有关组分中药如何组合的方法学研究还处于创新阶段[4，5]。本文结合中医基础理论及现代网络药理学的研究思路对组合中药的方法学研究进行探讨。

1 网络药理学阐释中药作用方式的优势及难点

随着研究的深入，“一个药物、一个靶标、一种疾病”的传统新药研发模式已经发生了转变[6]。单成分、单靶点的药物作用模式已经被临床证实是存在局限性的，因为疾病的病因是多方面的，疾病的临床表现形式也是多方面的，基于表现形式的指标观测也是变化多样的。因而学界逐渐形成了针对多靶点、应用多成分的作用模式来治疗疾病的思路，与之相对应的就是网络药理学的诞生[7,8]。网络药理学趋向将疾病看成是多因素、多靶点的网络调控综合而成。现在基于网络药理学的研究正处于上升时期，如中药复方的网络药理学研究[9]、基于计算机的网络药理学新药研究靶标发现[10]、基于系统生物学的网络靶标研究[11]等。现代研究对于中药产生药理作用的方式基本趋向一致：典型的多成分、多靶点、多途径的作用方式。而这种方式刚好与网络药理学的模式吻合，这为中药药理的研究带来了很好的机遇与优势。

但网络药理学也存在明显的复杂性，网络药理学是从系统生物学和生物网络平衡的角度阐释疾病的发生发展过程，从改善或恢复生物网络平衡的整体观角度认识药物与机体的相互作用。结合系统生物学，网络药理学紧紧围绕生物网络的构建和分析，通过生物网络的连接性、冗余性和多效性的分析揭示药物的有效性、毒性和代谢特性，是建立在高通量组学数据分析、计算机虚拟计算及网络数据库检索基础上的研究策略。如果基于网络药理学这种复杂的理论体系，纯粹从其理论体系出发来分析中药多成分、多靶标、多节点的网络调控模式给中药研究带来了一定的困难，基于网络药理学来筛选组合中药也会困难重重。那么如果能将网络药理调控简单化，但又能起到特征性的代表作用会给这方面的研究提高效率。

2 疾病、证候及蛋白信号转导通路

从遗传学上来看待生物中心法则，核酸始终是处于主导地位；而从疾病角度来看待生物中心法则，则蛋白质是最重要也是最直观的决定因素。多数的疾病都有其对应的蛋白质分子标志物。同时，许多疾病的诱发因素多种多样，导致疾病相关的蛋白分子也具有多样性。而蛋白质的调控在本级层面也是属于网络调控，受到多分子的调节。因此，研究疾病网络相对应的蛋白分子调控网络对于阐释疾病的成因、发展及治疗非常重要[14]。从根本上说，正是由于疾病蛋白调控信号通路的网络属性才促成网络药理学的孕育而生。那么将复杂的网络药理学简化成相对简单的蛋白信号转导通路来考虑也应该是可行的。

但是蛋白分子调控网络中的各个节点分子既可以调控多个分子，同时也被多个分子所影响，各种分子之间的相互作用都会影响到周围分子，这也给研究带来了很多的不确定性。那么在复杂的调控网络信号通路中，有没有一些是占主导地位，而另外一些是次要一点的呢？中医认为疾病证候均有主证及兼证之分，现代医学也对疾病分主要指标及次要指标，即在中西医系统中对疾病的看法均有主次之分。因而可将现代医学认识的疾病根据主要指标和次要指标分别对应于主要疾病网络和次要疾病网络，而主次疾病网络又可对应主次蛋白信号通路，最后将之与中医的主证及兼证相对应，形成整个贯通中西医的网络对应图，这就将错综复杂的疾病网络简化为疾病主网络及旁网络，然后再对应为主蛋白网络信号转导通路和旁信号通路。

3 中药方剂组方原则及组分中药

中药方剂的应用是基于独特的中国传统医学文化内涵和认识思想所创造出的。中药方剂君、臣、佐、使的组方原则和中医的治病理论是密切结合的，从而形成传统的中医药理论。君药为针对主证发挥治疗作用的药物，臣药为辅助君药治疗主证的药物，而佐药为治疗兼证或制约君药偏性的药物，使药则多为引经或起调和作用的药物。如何将这些理论与现代研究方法相结合并指导研究和临床始终是一个值得我们思考的难题。

基于此，有学者提出组分中药的概念，即以中医药理论为基础，遵循中医方剂组方原则，将中药有效部位或单体有效成分进行配伍而成的复方制剂。组分中药制剂既保留了中医药复方联合用药的传统特点，又能很好的体现现代药学的先进性。组分中药是由结构清晰的中药效应成分组成，因而易于建立定性和定量的质量控制标准，同时利于进行药效、作用机制、药物代谢动力学等研究[4，5]。

随着现代医学的发展，基于网络药理学特征的多靶点和多途径的联合治疗模式在医学中得到迅猛发展，这种模式与中药方剂的用药原则从现在看来是非常契合的[12,13]，而与组分中药模式则是完全契合的。可以说，组分中药与网络药理学虽然是基于不同的理论基础提出的，但有异曲同工之妙。那么，如果将中药方剂的组分中药与网络药理学结合并演化出既有网络药理学特征（蛋白信号转导网络）又具备中医药理论基础的一种针对效应的一种理论筛选方法，应该是对中医药理论研究的创新发展。

4 基于中医理论和组方原则的组分中药理论框架

基于以上的分析，提出该方法的理论框架：结合蛋白信号转导网络、中医理论和中药方剂的组方原则形成一个简化的基于以上三方的药物筛选理论模型（图1）。首先根据中医理论，疾病证侯可分为主证和兼证；而从现代疾病网络上来看，也可以把疾病网络分为主疾病网络（主网络）和旁疾病网络（旁网络），而主网络对应主信号通路，旁网络对应旁信号通路；因而，主证即对应主信号通路，兼证对应旁信号通路。这样就将传统的中医疾病证候与现代医学的疾病网络及蛋白信号转导通路大致联接。其次根据中医“君、臣、佐、使”的方剂组方原则，选择相对于君药的主成份作用主信号通路，相对于臣药的次成分辅助君药作用主信号通路，相对于佐药的辅成分作用旁信号通路，相对于使药的调和成分起到调和诸药和降低毒性等作用。简言之，即按照中药方剂的组方原则并结合中医的证侯理论，将多个分别针对不同蛋白信号通路的单成分组合在一起，发挥组方的优势，针对疾病网络，产生联合作用（图1）。该理论的两个关键点是：①相对于证侯的疾病网络及主、次信号通路的确定，该方面可首先确立与证候相关的疾病，通过系统检索多个疾病生物学数据库，收集与疾病发生、发展及治疗紧密相关的靶点，再根据靶点确定蛋白信号转导通路；②针对不同蛋白信号调节通路的单成分的选择，针对已有的文献报道及数据库，确定某一成分作用的关键靶蛋白及其相关蛋白信号通路，并进行综合优化选择。

该理论的意义在于形成基于中药方剂用药原则和蛋白信号转导网络的活性组合物筛选新方法，同时形成独特的证侯与蛋白信号通路对应相关理论，以及筛选出既符合中医药理论特色，又有现代临床应用价值的活性成分组合。以下从具体实施方案展开讨论。

图1 基于中医理论、方剂组方原则和蛋白信号转导网络的组合中药筛选模式图

5 基于上述组分中药筛选方法进行抗肿瘤组合物研究

以抗肿瘤组合药物研究为例对这一理论进行充分的展开阐述。中医对于肿瘤的理论认识已经形成了较长时间，普遍的观点认为肿瘤是热毒郁积而成，或者是血瘀证所导致，或者是二者兼有[15]。因而治法通常采用清热解毒、活血化瘀或二者兼用[15，16]。应用到本方法则可形成：如将热毒做为主证，则将血瘀做为兼证；或者将血瘀做为主证，则热毒做为兼证。热毒治疗用清热解毒法，因此成分从清热药中选择；血瘀证则选择活血化瘀类中药中的成分。还可以看到，目前研究较多的有明显抗肿瘤活性的中药单体成分大部分出自这两类药，因此该研究具有很好的研究基础。在蛋白信号通路选择上，选择MAPK（丝裂原激活的蛋白激酶）通路[17]对应于热毒证侯。现代医学认为热毒主要是指外源性的病原微生物包括肿瘤细胞，而清热药中绝大多数活性成分均能抑制微生物、细胞的增殖，而MAPK是主要的控制细胞增殖的蛋白信号通路。而对应于血瘀证侯的信号通路可选择Wnt/catenin[18]。当然，前面我们也谈到，相对应于证侯的信号通路选择是该方法中的关键点，这应该是一个比较新的研究领域，没有太多的经验可以借鉴。因此对于这部分我们会采取多组合筛选的模式，即根据特点组合多条信号通路，然后用相应组分进行组合筛选，这也是本方法中的实验重点。那么相对于细胞增殖的信号通路还可以选择mTOR（哺乳动物雷帕霉素靶蛋白）[19]、细胞凋亡通路[20]、细胞周期通路[20]等；而针对血瘀证的信号通路还可以选择血管生成通路[21]、酪氨酸激酶通路[21]等。对于使成分（使药）的选择可基于以下要点：中药复方中使药通常是药性调和药，如甘草。而甘草现在认为主要是其中的甘草次酸有雌激素样作用[22]，起到中和作用，因此还可以选择一些中药的类雌激素类成分；当然还有一些使药为引经药，则可选择相应引经药味中的主要成分[23,24]；另外，使药还可能是一类促进免疫功能的成分。使药的作用不可或缺，实验中主要根据其特点来选择成分。表1为根据已有的中药成分的抗肿瘤研究结果按照本文方法进行组合的实例。实际研究当中还会发现很多中药成分对多条蛋白信号通路均有作用，组合时可分别考虑。

表1 基于蛋白信号转导网络的组分筛选组合实例

6 总结与展望

组分中药既是中医方剂思想的继承，又能与网络药理学不谋而合。然而如果忽略中医药的基础理论，或者没有将中医药理论充分的与现代理论结合起来而单纯的将中药效应成分组合在一起是难于得到理想的结果的。本文方法在组分中药的基础之上，借用网络药理学中的蛋白信号转导通路与中医证候可能的对映关系，提出一种新的针对中药已知活性成分的组分中药筛选的探索方法，期望通过这种方法创制有明确活性且有临床应用价值的中药活性成分组合。该方法同时也是尝试对中医证侯给出一个合理的现代解释，至少从效应肯定的角度来反证中医证候可能的现代意义。目前对于组分中药的方法学研究越来越多，研究者从多方面提出各种各样的研究模式[25,26]，极大的丰富了组分中药的研究，有利于中药的临床应用以及中医理论的发展。

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Methodology Exploration for Multi-component Chinese Medicine Based on Protein Signal Transduction Network

Chen Wenxing1,2,Wang Xu1,2,Wang Aiyun1,2,Lu Yin1,2
(1.School of Pharmacy,Nanjing University of Chinese Medicine,Nanjing 210023,China;2.Jiangsu Key Laboratory for Pharmacology and Safety Evaluation of Chinese Materia Medica,Nanjing 210023,China)

Multi-component Chinese medicine has been considered an important developmental direction for traditional Chinese medicine(TCM)formula.Nowadays,it is unfit to target a molecule for preventing or curing a disease because it resulted from multiple of factors and resulted in many indications.Thus,the idea focusing on the multiple targets for therapy is increasingly accepted by physicians and scientists.Here,we conceived a new simplified method for screening the active multi-component Chinese medicine based on the complexity of Chinese medicine,the multi-target property of protein signal transduction and the principle of Chinese medicine prescription.Combined with the traditional knowledge on tumor and latest antitumor research results of Chinese medicine and its compounds,the method was concretely illustrated.It helps us to transform the herbal compounds to new complex drugs targeting multiple signaling.

Protein signal transduction network,principle of Chinese medicine prescription,multi-component Chinese medicine,methodology

10.11842/wst.2017.05.001

R28

A

（责任编辑：马雅静，责任译审：王晶）

2017-05-09

修回日期：2017-05-20

＊国家自然科学基金委面上项目（81673725）：利用“遗传协同致死”模式研究丹参微量弱效多成分的效应倍增机制，负责人：陆茵；国家自然科学基金委面上项目（81673648）：基于Warburg效应探究破血药化瘀散结抑制肿瘤转移的分子基础，负责人：陈文星；江苏省“青蓝工程”，负责人：陈文星；江苏省中药学优势学科（PKPD）。

＊＊通讯作者：陆茵，教授，博士生导师，主要研究方向：肿瘤药理。