高通量中药单体筛查方法及应用.pdf
杨磊 王晓明
摘要：随着现代化学、生物学及药学等领域日新月异的进步，相关现代技术在中药现代化的研究中得到了广泛的应用，特别是对中药单体的药效和药代研究的进展，为中药走向国际提供了基础。如何获得目的中药单体成为目前研发的热点和焦点。本文就目前国内外有关中药单体的筛选方法、不同筛选类型原理、局限性及意义进行了阐述。
关键词：中药单体；高通量药物筛选；细胞膜色谱法
中图分类号：R282 文献标识码：A 文章编号：1005-5304（2014）08-0004-03
近年来，随着化学、生物学、药理学和药物分析学等现代技术的发展，多学科、多技术对中药的研发取得了长足进步，特别是大量中草药成分的分离、提纯、药效和药代研究，为其广泛用于临床治疗发挥了重要的作用。因此，中药单体的制备及研发已成为中药现代发展的潮流和热点。如何从大量中药成分中筛选出具有良好药理作用的单体药物是现代药物发展的重要方向。
随着分子生物学和细胞生物学的迅速发展，针对中药单体的研究有了新的认识，使高通量药物筛选进入了一个崭新的时代，同时也为新药的研发提供了新途径。高通量药物筛选是基于药物作用靶点，在分子、细胞水平对活性药物进行大规模的筛选。2005年人类基因图谱的出现，更加明确了对人类生命活动的认识，了解了更多的药物作用靶点，加快了高通量药物的筛查，以利于发现更多治疗疾病的中药单
基金项目：军队保健专项科研课题（13BJZ34）；陕西省社会发展项目（2012K19-05-02）
通讯作者：王晓明，E-mail：xmwang@fmmu.edu.cn
体。兹就高通量中药单体筛查方法及相关应用阐述如下。
1 高通量中药单体筛选方法
近几年来新药研究迅速发展，摆脱了以往药物发现的低效率特性，产生了高效率、自动化的研发方法。高通量药物筛选即是针对生物分子作用靶点的自动化筛选方法，从中药单体库中寻找最匹配的生物活性化合物进行创新药物的研发。迄今，研究人员利用生物信息库、色谱技术、基因芯片结合计算机对中药单体进行了大规模的研究，取得了可喜的成果。
1.1 利用信息库计算机虚拟筛选中药单体
计算机药物虚拟筛选是一种高通量药物研发的新方法，该技术的应用对新药的发现有巨大的现实意义。计算机技术、分子药理学和分子生物学的迅猛发展极大地促进了该技术在药物开发中的广泛应用。虚拟筛选是基于中药单体数据库，从几十到上百万个分子中，筛选与疾病特定靶标分子相互作用的化合物或是符合定量构效关系（QSAR）模型的化合物，随后进行二次筛选确认化合物。虚拟筛选有配体小分子虚拟筛选（LBVS）和受体大分子结构筛选（SBVS）2种类型， LBVS是根据现有药物的结构、理化性质与活性关系的分析，建立定量构效关系或药效基团模型，预测筛选新化合物的活性。SBVS是基于分子对接的虚拟筛选，根据实验测定或同源模型构建受体生物大分子的三维结构，通过分子对接，确定小分子与受体的结合构象，评价其与受体的结合活性。目前临床已有计算机虚拟筛查的数据库[1]，该方法可大大降低药物研究的工作量，缩短周期，提高工作效率，节约科研经费。
1.2 利用生物亲和色谱法筛选中药单体
亲和色谱也称“亲和层析”，是一种利用固定相的高度结合特性来分离生物活性分子的分离方法，利用与固定相不同程度的亲和性分离提纯样品库中目标化合物。随着科技的迅速发展，色谱法在新药研发中起着举足轻重的作用。生物色谱技术是利用细胞膜或受体蛋白结合色谱技术对中药单体进行分离、定性、定量分析的筛选工具。目前常用的生物色谱技术是利用生物体系（酶、抗原、核酸、蛋白质等）与分离样品物理相互作用原理，实现生物样品组分的高纯度、高产率的分离，达到筛药的目的[2]。随着高效色谱的出现及多种学科发展（生物化学、分子生物学、生物工程、基因工程），色谱技术在中药单体筛选中显示出越来越重要的作用。
1.3 利用基因芯片筛选中药单体
基因芯片，即DNA杂交探针技术与半导体工业技术相结合的新技术。通过检测每个探针分子的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和序列信息。将生物大分子有序地固化于支持物的表面，随后与标记的生物样品相互作用，对作用信号进行高效、专一的检测分析，以此来断定样品作用靶点。基因芯片可高通量、高灵敏度地跟踪药物作用后细胞内数千个基因的变化。应用人类蛋白芯片和细胞芯片研究探索中药单体作用的靶标分子；通过提取、分离确定靶标分子，随后建立具有靶标分子的生物模验证作用的中药单体。利用DNA芯片技术研究摸索临床疑难病的病因靶点，通过何种信号分子作用引起该疾病，能更全面认识疑难病的作用机制，此外还能明确中药单体作用前后的细胞活性及基因表达情况。
随着科技的发展，出现了各种生物芯片，从基因水平到分子水平，再到细胞水平，为高效、准确进行中药单体筛选提供了更有用的工具。芯片技术为临床新药的发现提供了崭新的途径，能更清楚地认识药物作用的靶点，对新药研发具有跨时代的作用。
2 高通量中药单体筛选作用原理
筛选作用的原理是通过药物与生物体内特定靶点相互作用而产生。通过建立筛选模型，筛选出能与模型稳定结合的中药活性成分，然后进行药物功能学及毒性分析，验证药物的药效价值。中药单体主要通过与细胞表面受体和细胞内信号传导分子结合，经光电信号转化来反映药物作用的靶点。如膜受体筛选模型，依据受体-配体作用机制建立的模型，通过加样来寻找有作用的化合物，根据亲和力判断药物作用活性强弱。
细胞膜色谱法（CMC）是一种新的生物亲合色谱方法，实质上是一种新的具有生物活性的仿生色谱系统。CMC根据药物分子与细胞膜及膜受体（配体-靶体）间的动态相互作用特性，通过色谱图观察药物结合活性的方法，是继经典放射性配体方法之后一种新的受体药理学实验研究途径，已成功用于对中药复杂体系中物质基础的筛选研究。自1996年以来，研究人员已将高通量色谱分离制备技术和受体细胞膜色谱筛选技术用于中药复杂体系中药效物质筛选与研究之中[3-4]。根据基因组学，功能蛋白不仅是新药研发的作用靶点，还有可能成为治疗疾病的新型药物。高通量筛选功能蛋白也将成为一个研究焦点，具有重要意义。如通过样品与靶点的结合而筛选出有作用的化合物，评价其功能学作用；筛选对酶活性抑制作用的化合物，观察底物浓度、酶浓度变化时反应速率，判断抑制酶活性的中药单体化合物；针对整体细胞的观察才能反映药物的作用，依据加样后细胞数目、大小、活性分子检测更能说明化合物的应用价值[5-7]。endprint
3 高通量中药单体筛选的双面性
3.1 优势
高通量药物筛选依靠数量巨大的化合物库，通过计算机大规模对化合物样品进行筛选，实现大量化合物样品的自动化筛选，为新药的研发提高效率，减低成本。药物分析学、细胞分子生物学及计算机学等学科的发展，为临床药物的研发提供了多种途径。高通量药物筛选降低了劳动力，且筛选模型可反复应用，也节省了资源。
3.2 缺陷
药物在体内要经过吸收、分布、代谢及排泄等过程。CMC筛查仅通过生物细胞膜寻找生物活性成分，仅能反映细胞的部分结合，而不能反映整个细胞的结合作用。该方法误筛率较高，无法进一步观察药物的对整个生物体的作用。高通量药物筛选主要从分子水平和细胞水平进行药物筛选，因其筛选未能反映生物整体表现，所以，筛选结果必须根据具体情况加以分析。
4 高通量中药单体筛选临床意义
多种中药单体筛选将对人类疾病的防治产生深远的影响。如针对威胁中老年生命健康的心血管疾病，高通量单体筛选的灯盏甲素和灯盏乙素可以扩张冠状动脉，增加心肌供血，降低血小板黏度，抑制血小板黏附和聚集；葛根含有的异黄酮化合物葛根素，具有扩张冠状动脉、对抗血管痉挛、增加冠脉血流量的作用。此外，知母皂苷A通过mRNA抑制血管内皮生长因子表达，激活半胱氨酸蛋白酶，从而达到抑制胰腺癌作用[8]；大黄素、黄连素通过调节p38MAPK信号通路，改善肾小球和肾间质炎性损伤，对慢性肾脏疾病起到一定的治疗作用[9-10]。
5 小结
随着科技的发展，高通量药物研究已成为我国新药研发的重要途径，加上我国拥有丰富的天然中草药资源，将为临床治疗提供纯度更高、活性更大和毒性更小的生物活性成分。近年来，随着基因技术和荧光技术的成熟，新药研发将进入一个迅猛发展的时代。目前，在新药研发、疾病治疗等方面，通过荧光检测技术高通量筛选中药单体已成为研究领域的热点。随着生物学、化学、色谱学等学科及重组受体、转基因动物、基因探针等技术的不断深入，中药活性成分及药理作用研究有了新的思路，药物筛选已成为发现新药的重要手段，这将使新药研发实现质的飞跃。
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（收稿日期：2013-09-24；编辑：梅智胜）endprint
