山西大学：整合动态PK-PD相关性分析在中药药效物质基础发现中的研究策略

中医药学是最古老的传统医学体系之一，具有个性化、整体化、多元化的治疗策略。长期以来，当药物进入生物体内后有哪些化学成分在起治疗作用、它们之间是否有协调作用、又是怎样协调发挥作用来改善机体的状态、药物的作用机制及其体内动态变化规律［ 1 ］ 等问题桎梏着中医药事业的发展。由于中药的多成分、多靶点、多途径的特点，导致中药物质基础、体内过程以及生物效应及其相关性研究尤为复杂［ 2 ］ 。另外，中药的复杂性不仅体现在成分上，更体现在理论上［ 3 ］ ，譬如中医理论主张遣药组方， “ 君臣佐使 ” 是基本理论，每味中药 “ 四气五味 ”“ 升降浮沉 ” 等属性是构成功效作用中医理论基础。当今普遍认为中药可以通过复杂体系之间协同作用发挥治疗效果［ 4 ］ ，因此，明确中药药效物质基础，即中药对某疾病产生治疗作用的全部药效成分的总和，针对上游成分发现直接效应相关点开展深入研究，验证有效物质基础与相关靶点的碰撞结合，对于阐明中药作用机理具有重要意义。在研究过程中，挖掘中医药的理论精髓及长期临床用药经验，结合运用现代科学技术手段，是阐明多组分、多靶点的中药复方的作用机制与复杂疾病药物研发的理论基石和技术策略。与此同时，为了反映中药有效性的完整性，凸显中医药理论体系特点，特别是结合和指导临床用药实践，有效物质基础的发现和确定对其研究具有非常重要的意义。

药动学（ PK ）是研究药物的吸收、分布、代谢、排泄及毒性的体内代谢过程，更是中药复杂体系生物效应表达规律的客观实质。药效学（ PD ）是研究效应 - 药物浓度之间的关系，探讨药物的作用及机制。 PK-PD 相关性研究是动态表征和定量描述活性成分与药理作用之间相关性的有效方法，将时间、浓度和效应结合起来，体现机体与药物的相互作用，已广泛用于进行体内药物相互作用的评估和体内效力和内在活性的评估、生物标志物或替代标志物的鉴定、药物筛选、剂型和剂量方案的优化等方面［ 5 ］ 。通过适用于中医药的 PK-PD 建模，可以对中药进行整体评价，确定多个成分与疗效密切相关的定量指标，从中药整体角度阐明生物效应的物质基础，能够阐明和揭示中药复方的组方原理、药物的作用机制及药物间相互作用，可以充分探索中药复方与人体两个复杂系统之间的相互作用［ 6 ］ ，具有重要的实践意义。但是由于中药庞大的复杂体系和疾病的病机不明确，导致 PK 与 PD 指标选择的困难，如何建立有中医药特色的指标性成分和指标性效应体系，如何综合多指标、多效应进行 PK 和 PD 研究，亟需借助现代分析化学、统计学、系统生物学等新技术方法的引入，更需要从顶层设计，构建具有中医药特色的研究体系，例如刘昌孝院士提出的 “ 物质 - 药代 - 功效 ” 三元论［ 7 ］ ，中药代谢标志物［ 8 ］ 和中药质量标志物［ 9 ］ 等概念和理论。在现代药物的研究中， PK 和 PD 之间的关系非常密切，而把 PK 和 PD 联合起来研究药物的方法在近年来得到广泛应用。将 PK-PD 结合模型应用于以 “ 整体观 ” 为精髓的中医理论与学术体系中药复杂体系的研究，可为阐明中药的药效物质基础及作用机制提供科学依据［ 10 ］ 。

总的来说，通过进行方法开发与技术重组，利用从化学物质基础、关键成分的筛选、整合 PK-PD 相关性的多维整合的研究思路，引入代谢组学等现代技术手段，全方位、及时灵敏地表征药效特点评价、药效动力学考察药物机制研究，旨在构建更易于发现药效物质的技术体系，为阐明中药复方的药效物质基础提供参考。

1　中药复杂体系的PK研究策略

中药化学成分的体内暴露及其动力学规律是中药有效性表达的物质基础和客观规律。中药复方中的化学成分是研究药动学的基石，但是由于中药所含成分复杂，含量低，有些成分化学结构不明，加之中药药理作用的多元化，使得中药药动学的研究比通常化学药物的药动学研究面临更多的问题和困难［ 11 ］ ，因此药动学研究需要引入新的策略。

1.1 　体外分离化学成分，明确药效部位并进行系统表征

针对体外化学成分的筛选，采用化学极性分割方法获得的不同部位进行药效学考察。由于中药化学成分复杂，中药复方药效物质基础研究中，通过化学成分极性不同将中药复方拆分简化，进行药效学实验，逐步分析寻找药效物质基础明确的部位进行深入成药性研究已经逐渐成为化解这一问题的良方。中药多组分化学物质组学的研究思路是在中药复方配伍理论指导下采取从整体到部分、自上而下、逐层递进的策略，通过不同层次化学物质组的化学信息流与多参数生物信息流的相关分析，从药材、组分乃至成分逐步深入地揭示中药多组分的配伍关系，从复方的整体化学物质组中逐步发现和确认有效化学物质组的组成，辨识关键药效成分［ 12 ］ 。

笔者所在的课题组以逍遥散为例进行方法开发与技术重组，采用植物化学分离结合体外单胺类神经递质再摄取筛选模型和体内小鼠悬尾、强迫游泳实验以及慢性不可预知温和应激大鼠模型（ CUMS ）与代谢组学技术进行体内外活性比较，发现逍遥散低极性部位为主要活性部位［ 13-15 ］ 。另外，课题组针对柴胡的抗癫痫活性及其发挥药效的物质基础研究中，采用活性追踪的方法，考察柴胡低、中、高极性部位分别对戊四唑诱导的小鼠癫痫模型的影响，并采用液质联用技术对柴胡抗惊厥活性部位化学成分进行全面表征，发现柴胡低、高极性部位有很好的抗惊厥作用，提示柴胡皂苷类等物质可能是药效物质基础［ 16 ］ 。梁雪娟等［ 17 ］ 在研究台湾林檎叶不同极性部位抑菌活性中，采用金黄色葡萄球菌刃天青高通量抑菌筛选模型，通过计算不同浓度各极性部位的抑菌率，并构建高效液相色谱（ HPLC ）指纹图谱与抑菌作用谱效关系，发现其醋酸乙酯部位是台湾林檎叶的活性部位。冯丽等［ 18 ］ 在二至丸及其不同极性部位药效评估筛选中，利用 H2O2 诱导的大鼠肝细胞衰老模型，通过检测细胞 β- 半乳糖苷酶活力水平等指标，发现水部位效果最好，并进一步通过快速液相系统 - 飞行时间质谱（ UFLC-Q/TOF-MS ）技术对含药血清进行不同部位的化学成分分析，推断二至丸抗衰老的有效成分为三萜类、黄酮类和苯乙醇类。

1.2 　中药复方效应成分的 PK 研究

随着中药分析思路和方法不断发展，一部分学者建立了符合中医理论的多成分药动学研究新思路。其中，选择主要活性成分作为药效成分是过去几十年中药 PK-PD 研究的主要的方法［ 19 ］ 。近年来，基于中药质量标志物（ Q-marker ）［ 9 ］ 和血清药物化学 - 药（效）动学 - 系统生物学三维整合体系理论［ 20 ］ 的提出对于 PK-PD 相关性研究中药效成分的选择起到了重要的指导作用，通过对中药活性成分及其活性代谢产物在体内的吸收、分布和排泄规律的研究，揭示活性成分的药动学特征，从而为中药复杂体系的药动学研究筛选合适的药代标志物。由于中药复方成分复杂且有效成分不明、干扰因素多、对照品缺乏，中药复方中活性成分繁杂、各成分间协同拮抗、中药复方系统与病证机体之间 “ 系统与系统 ” 的相互作用等因素， PK 指标成分的选择本身值得商榷，给中药复方 PK-PD 相关性研究中药效成分的选择带来盲目性。中药多成分、多靶点的作用特点决定了单一成分 PK 行为无法表征中药的整体 PK 特征。对于成分复杂的中药复方或者中药提取物，如何定量的表征其整体药动学行为是制约中药发展的关键科学问题之一［ 21 ］ 。

1.3 　基于全面表征的血清药化 PK 研究

针对中药成分复杂，血清药物化学与相似性分析方法结合可实现中药成分整合动态表征。王喜军［ 22 ］ 提出的中药血清药物化学是以药物化学的研究手段和方法为基础，综合运用多种现代技术，分析鉴定口服中药后血清中移行成分，研究其药效相关性，确定中药药效物质基础并研究其体内过程。中药血清药化研究方法的提出，有效地解决复方药效物质基础和确认及其体内过程等相关问题［ 23 ］ 。

Wang 等［ 24 ］ 以清热利湿、退黄之功效的茵陈蒿汤为研究对象，首先采用血清药物化学结合液相色谱 - 质谱联用（ LC-MS ）技术确定了 21 个茵陈蒿汤血中移行成分，进一步对茵陈蒿汤 21 个入血成分进行药动学的分析，并在动物模型基础上借助超高效液相色谱 - 四极杆 - 飞行时间质谱法（ UPLC-Q-TOF-MS/MS ）技术并结合模式识别等分析鉴定了茵陈蒿汤体内成分与代谢轮廓及生物标记物的关联性［ 25 ］ 。

当前采用液质联用方法与血清药物化学结合，全面对中药体内成分进行定性、定量分析与体内过程表征成为明确化学物质基础的研究重要方法之一。针对活性成分已知，机制明确的中药体系，主要活性成分与 Q-marker 理论将有助于 PK-PD 相关性研究中药效成分。另外，对活性成分未知或物质基础尚不明确的中药复方体系，通过血清药物化学寻找体内移行成分，以此作为药效成分，将有助于复方药动学的体内评价。

1.4 　基于代谢组学整合 PK 研究

代谢组学是生物系统中代谢物谱的研究，现阶段已成为理解生物学和系统生物学基本原理的方法［ 26 ］ 。同时，代谢组学具有采集与分析成百上千个数据变量的能力，满足多组分中药在体内的评价［ 27 ］ 。一方面，代谢组学具有研究药物与药物代谢物群的动态变化的能力。另一方面，中药 PK 研究的目的是分析时间相关性中药成分及其代谢物在动物体内的动态变化。因此，代谢组学的策略可用于中药复杂体系的 PK 研究。孟美黛等［ 28 ］ 采用代谢组学技术评价了柴胡石油醚部位的 138 种血清中外源性化合物的药动学过程。李渊等［ 29 ］ 采用代谢组学技术对柴归颗粒中 98 种外源性化合物进行药动学研究。这些研究均表明了代谢组学在 PK 研究中的适用性。同时，采用代谢组学技术与药动学曲线相似性分析筛选出了适用于评价大量的化合物药代标志物，可以实现用少量代表成分评价大量的化合物的药动学过程，而且有利于帮助发现活性代谢产物，揭示中药的药效物质基础，为复杂中药成分体内过程研究提供思路。

1.5 　基于相似性评价的整合 PK 研究

由于中药中化合物种类多且具有相似的药动学特征，因此在明确中药复方入血原型成分和代谢物鉴定的技术上，通过引入聚类分析统计方法进行药动学评价，对批量数据进行提取分析，并进行标准评价，将化合物进行相似性的系统分类，更好地表征出各类成分的 PK 参数，筛选出具有代表性的标志物类群。与此同时，中药的药效作用是多组分、多靶点的综合效应结果，某一成分或多成分的孤立药动学特性不能用于表征中药的整体药动学特性，而整合药动学更能从整体上表征中药的药动学行为。王广基课题组于 2006 年首次提出 “ 中药多组分整合药代动力学研究 ” 思路［ 30 ］ ，运用数学模型对多组分指标进行整合，从而最大限度地来表征中药整体 PK 行为。其课题组对三七总皂苷的药动学研究结果显示，三七总皂苷整合后 PK 的参数充分兼顾了活性成分三七皂苷 Rb1 、 Rd 、 R1 、 Rg1 和 Re 的特性，且与药效作用具有非常高的相关性［ 31 ］ 。同时针对如此庞大的数据量需要相似性分析将数据降维，找出具有代表性的关键成分群，进一步通过整合药动学研究，实现整合动态药动学表征，不仅可以明确复杂中药体内过程，也便于新药发现数据库的构建。

2　中药复方PD研究中的改进策略

PK 是研究药物对机体的作用及作用规律的学科，对最佳的用药方案的制定至关重要。选择合理的药效指标应该能够直接反映疾病的发生发展与药物治疗的程度，且具有客观性，定量可测，重复性好的特点。由于中药复方具有多成分、多靶点、整体调节的特点，难以选定足以代表全方药效的 1 个或某几个药效指标，如何选择和确定合适的药效指标来评价药物的疗效成为解决问题的关键。因此，根据符合中医药特色指标选取的原则和依据，从整体、宏观的角度，整合经典药理指标，构建多指标、全面的评价体系，更有利于中药疗效评价，现阶段对于主要选择与证候机制直接相关的疾病药效指标或者从代谢物的角度选择药效指标［ 32 ］ ，同时这些指标应具有直接相关、易于量化的特点，才能全面准确地评价中药的效应。

2.1 　基于疾病相关的直接药效指标

中药药效是中药治疗疾病的重要依据，是中药有效性的核心内容，是在长期临床实践中总结的宝贵经验，并经大量的实验研究证实的。在临床中常通过直观效应来反映中药的作用，例如高血压、高血糖、高血脂等疾病中常根据血压临界值、空腹血糖浓度、血脂浓度来判定疾病的发生，同时还有代谢性脂肪性肝病可用体质量健康指数判定［ 33 ］ ，发热症状采用体温监测等手段量化相关疾病的发生和发展，并在给予中药治疗后观察相应指标来评估中药药效。这些指标都具有疾病的直接相关性，能够直观表征中药作用的效果，但是在一些发病症状不明确、难以观测的疾病中，例如抑郁症、神经退行等病症中，难以实现临床监测指标的量化［ 34 ］ ，无法通过观察直接药效指标来反映药效，并且更无法动态全面评价药效作用。因此，针对难以实现易于量化、全面表征、发病机制不明确的疾病，建立一种能够灵敏、动态、全面的技术和方法评估中药药效作用成为当前亟需解决的关键科学问题之一。

2.2 　基于证候相关生化指标的药效指标

中药复方的生物学过程本质上体现为 “ 干预系统（中药复方）与应答系统（生物机体） ” 的相互作用［ 35 ］ 。生物机体的内源性物质在复方化学物质组的影响下产生应答的经时规律可以用 PD 来准确表征。效应指标与中药的作用机制直接相关适用于活性成分明确与作用机制明确的复方中药。 Wang 等［ 36 ］ 采用 PK-PD 相关性比较姜黄素的 3 种口服制剂的差异，研究选择了白细胞中抗氧化基因 Nrf2 、 Ho-1 和 Nqo1 的表达作为选定的药效指标，结果表明尽管姜黄素血浆浓度较低，但所有 3 种口服制剂在诱导 Nrf2 介导的抗氧化基因方面均表现出药效反应。陈光玮等［ 37 ］ 在麻黄汤有效组分对发热大鼠解热作用的 PK-PD 研究中，以体温和炎症因子作为药效指标，建立了 7 种化学成分与 4 种药效指标的 PK-PD 模型，结果显示麻黄汤有效组分可抑制发热大鼠致热因子白细胞介素 -6 （ IL-6 ）、白细胞介素 -1β （ IL-1β ）、肿瘤坏死因子 -α （ TNF-α ）的释放，降低体温升高幅度。

2.3 　基于组学技术衍生的药效评价指标

对于复杂慢性疾病的药效学研究，中药复方的作用是多靶点、多途径的，单一指标并不能体现中药复方药效过程［ 38 ］ ，更重要的是在疾病发病机制不明确的前提下，难以实现表征出具有代表性的药效指标。与此同时，许多中药的效应在体内是无法直接进行定量测定的，常常需要借助于生物标志物作为替代指标［ 39 ］ ，因此必须要事先弄清楚这些生物标志物的变化与疾病状态和治疗进程之间的相关性，使研究更具有临床实际意义。另外，就像 PK 研究中测定药物浓度一样，替代指标的定量也必须进行重现性、灵敏度等严格的分析方法验证，建立可靠的测量标准。为研究中药如何整体调节人体状态，引入了源自系统生物学理论的代谢组学、肠道菌群等技术用于药效动力学评价，全面系统地实现药效评价的即时性。

代谢变化能直观反映生物体的病理状态和在药物等外部刺激后的状态。实质上，药物干预的结果应该是内源性生物标志物在代谢水平上的平衡浓度恢复。因此，内源性生物标志物可以作为分子水平的诊断或效果指标［ 40 ］ 。例如在抗抑郁药效学研究方面，临床多使用阶段性打分量表，动物试验则使用行为学、神经递质等作为药效指标，但存在滞后性、灵敏度与准确度低现象。笔者所在的课题组采用情志指数综合评价经典传统指标，结合代谢组学法筛选标志物群，实现了动态、灵敏地表征抗抑郁药效，不仅可用于抑郁症病理机制的研究，也为抗抑郁新药发现提供评价方法［ 41 ］ 。同时，由于代谢组学可以即时、灵敏、全面和真实地表征机体整体功能状态对药物的应答与调节，代谢组学也常用于中药药效学评价， Liu 等［ 42 ］ 采用海马代谢组学结合网络药理学筛选了乳酸、甘油、谷氨酰胺等代谢物可以作为逍遥散抗抑郁作用的潜在代谢物。冯彦等［ 43 ］ 在研究逍遥散治疗抑郁症中，采用 LC-MS 的代谢组学发现涉及胆汁酸、肌酸、亚精胺和牛磺酸等物质参与逍遥散抗抑郁的作用，可以作为潜在的药效指标去测定。因此，代谢组学等技术用于药效动力学的评价，将有助于中药整体性药效的表征。

3　PK-PD相关性研究中的新策略

在相当长的一段时间内， PK 和 PD 研究是分别进行的，两者之间的内在联系被忽视，因此获得的信息并不全面。只有当了解了被测浓度和药效或副作用之间的关系时， PK 研究才有意义。同样， PD 研究也只考虑了浓度 - 效应关系，未考虑效应室中药物浓度随时间变化的过程，因此也存在一定缺陷。

3.1 　 PK-PD 的直接效应和间接效应

直接效应是指药物的效应与其在作用部位的浓度直接相关，即药物到达作用部位后既可立即产生效应，没有时间上的滞后，其特点是快速起效，并且呈现一定的相关关系。多采用细胞实验、模式生物实验、离体实验进行。间接效应是指药物的效应与其在作用部位的浓度没有直接相关性，即药物到达作用部位也不能立刻产生效应，药物的效应存在明显的滞后。这种滞后并非由于药物从血浆向作用部位的转运过程所导致的，而是由于药物的作用机制本身所导致的，这类药物常常通过改变体内某些内源性物质而发挥药效［ 5 ］ 。

效应与血药浓度之间存在逆时针滞后环，效应并不与血药浓度相关。在对许多中药活性成分及化学药的 PK-PD 结合研究中都发现存在滞后现象，表明仅仅通过血药浓度和时间关系并不能真实合理地反映药物在体内发挥药效的整个过程，只有阐明浓度 - 时间 - 效应三者之间的关系，才能更有效地指导临床合理用药［ 44 ］ 。因此亟需新技术、新方法的引入，阐明中药多成分的复杂体系，为中医药提供现代的学科研究依据。

3.2 　基于代谢组学的 PK-PD 相关性研究阐明 “ 时间 - 血药浓度 - 药物效应 ” 三者同步发展的动态规律

中药复方在中医基础理论的指导下在临床应用方面具有很好的疗效，然而现代中医药研究方法和分析手段脱离了中医理论的指导，药效的评价侧重于某些特定部位或某个药效指标，忽略了中医整体观的理论，所以很难阐释清楚其作用机制和规律。近年来，利用代谢组学平台来解释中药的效应一直是近年来中药研究的一个热点［ 45 ］ 。为了将药动学与药效学有机联系起来，引入基于代谢组学技术的 PK-PD 关联分析的研究理论，不再单纯地研究时间 - 血药浓度或时间 - 药效关系，而是分析 “ 时间 - 血药浓度 - 药物效应 ” 三者同步发展的动态规律，从整体观上研究作用机制，与中医理论相符，有助于全面系统地阐明中药复方发挥药效的物质基础及作用机制等问题，更科学、更全面地揭示中药药效的科学内涵。笔者所在的课题组前期初步探索了一种以代谢组学为桥梁、药动学和药效动力学的结合方法，采用代谢组学技术对柴胡石油醚部位的 PK 进行研究，首先将代谢组学数据中 138 种血清中外源性化合物进行药动学分析，并通过药动曲线聚类分析将 138 种外源性代谢物分为 6 类，并进行整合药动学分析，结果表明，柴胡石油醚给药后，整体存在 6 种药动曲线，并结合代谢组学建立 PK-PD 模型，结果发现确定了第 6 类化合物与药效呈正相关，相关性最强，为潜在的药效成分群［ 28 ］ 。课题组采用同样的思路对柴归方 98 种外源性化合物进行药动学研究，结果发现了柴归方中存在 5 大类药动曲线反应， PK-PD 相关性研究发现药效存在滞后性。对上述整合动态 PK-PD 相关性分析，筛选抗抑郁活性成分，并进行验证，研究采用 Sigmoid Emax PK-PD 相关模型计算，将药物体内过程与药效动力学进行相关性分析，发现了逍遥散中源自君药的柴胡多炔类成分具有代表性，有望成为抗抑郁潜在药效成分；进一步针对柴胡多炔类成分进行传统植化分离研究，采用超高效液相色谱（ UPLC ）法进行多炔类化学成分的质量控制研究，研究过程考虑到分离得到的单体化合物稳定性因素，最终考察了多炔部位的制备方法，并采用 CUMS 模型对富含多炔的柴胡低极性部位进行抗抑郁药效验证、安全性考察及体内药动学过程进行了深入研究［ 29 ］ 。尽管只是对代谢组学、药动学和药效动力学的初步结合，但这些研究为中药复方与提取物整体药动学提供新的思路。

代谢组学能同时检测与分析所有内源性代谢物与外源性药物与药物代谢物，为 PK-PD 结合提供了可靠的技术手段。 Yuan 等［ 46 ］ 基于 PK-PD 理论，使用水晶球软件将药动学和药效学参数结合，进行蒙特卡洛模拟，评估出头孢曲松更理想的临床最佳治疗方案。谭兰芳等［ 47 ］ 在研究治疗脑卒中的脑脉通抑制 Na2S2O4 和谷氨酸（ Glu ）诱导的 PC12 神经细胞死亡的物质基础中，通过支持向量机（ SVM ）算法构建 PK-PD 模型，以乳酸脱氢酶（ LDH ）侧漏量、一氧化氮（ NO ）含量作为药效学指标，筛选出其中葛根和大黄贡献的成分可能是其治疗脑缺血损失的物质基础。

4　整合动态PK-PD相关性研究为发现物质基础提供新思路

中药具有化学成分复杂、体内成分浓度低、基质干扰大和有效成分不明确的特点。同时，经典的药动理论不能准确地评价和解释复杂成分的药动特性，不能体现中医药整体观。因此高准确度、高效率的分析仪器与技术和整合药动学与代谢组学的新思路给中药多成分 PK 研究提供了新策略。构建整合动态 PK-PD 相关性研究关键技术，基本实现了机体内源性与外源性小分子成分的全面、整合、动态表征，为中药药动学与药效动力学评价及潜在药物的发现提供了坚实基础［ 48 ］ 。

4.1 　传统药效物质基础发现的方法

一直以来研究者都乐于从中药中发现小分子化合物作为新药靶标发现的源头。传统发现的方法有传统植物化学方法与药物化学合成方法，再结合细胞模型筛选小分子化合物的活性［ 49 ］ 。天然药化方法需要首先将各化合物分离，开展以成分导向型物质基础研究，尹佳乐等［ 50 ］ 采用超声波辅助提取法和乙醇回流法筛选蒲公英叶中具有降血脂、抑菌、抗氧化作用的绿原酸成分。虽然当前已经有集成超临界萃取、高速逆流色谱、制备液相色谱等分离制备技术应用在中药复方药效物质基础发现中，但其具有工作量大，且分离后的单体化合物存在活性减失、稳定性差等问题。

药物化学合成方法现多结合计算机辅助，围绕已明确的病理靶标进行设计与合成小分子化合物，然后采用细胞实验筛选活性化合物的方法。赵石等［ 51 ］ 应用网络药理学及分子对接技术筛选出丹参中的香紫苏醇与标前列腺素内过氧化物合酶 2 （ PTGS2 ）、降香中的芒柄花黄素与含激酶插入区受体（ KDR ）是其发挥治疗心肌梗死的潜在作用机制，进一步采用人脐静脉内皮细胞氧糖剥夺模型，发现紫苏醇与芒柄花黄素分别能够抑制 PTGS2 与促进 KDR 的表达，验证丹参中紫苏醇和降香中芒柄花黄素是其可能的潜在药效物质基础。虽然该方法具有快捷、简单、用药量少、成本低等优势，但同时也存在不能反映机体整体情况的缺点。与此同时，针对中药有效部位或活性单体的研究，一直是新药发现的研究热点。

近年来也有学者尝试用细胞膜色谱法［ 52 ］ 、表面等离子共振技术［ 53 ］ 等，以已知的靶标蛋白为模型，展开大量化合物的匹配筛选，试图发现与靶标蛋白结合紧密的化合物，进一步开发成药。因此，虽然传统的小分子药物发现的方法多为植物化学方法分离或化学合成系列化合物后经活性筛查，但是存在成功率低、工作量大等问题。若能在体内进行 PK 与 PD 的全面表征与相关性分析，可以更加靶向、更加精准地发现小分子目标化合物。

4.2 　整合动态 PK-PD 相关分析发现物质基础的方法

整合动态 PK-PD 相关性分析的研究思路，是从复方 - 体内成分药效相关成分 - 药材有效部位的思路分析，化合物来源自入血成分且与药效发挥相关性强，以药材有效部位形式提高稳定性，利于化合物药效的发挥，提高了新药发现的成功率。整合动态 PK-PD 相关性分析是基于复杂疾病的整体药效评价，这样的药效评价与潜在药物发现体系可避免基于单一靶点筛选系统的偏性。以代谢组学等技术衍生的生物标志物作为药效指标的 PK-PD 研究更加强调有效物质的体内过程、药物作用时间及药物整体效应三者之间的关系，可以将机体与药物这两个系统关联起来，从而科学地解析生物系统相互整合的生物学过程。

Xiang 等［ 54-55 ］ 进行了基于代谢组学的大黄酸的 PK-PD 研究，预测了大黄酸的作用机制。孙宇飞［ 56 ］ 通过应用代谢组学技术检测了定志小丸干预阿尔兹海默病大鼠海马、血浆和肠道中与疗效相关的外源性活性化合物和内源性活性物质，建立了 PK 与 PD 关联的可视化表征方法，发现人参皂苷和茯苓三萜可能是其中主要发挥药效的成分。武家杰［ 57 ］ 在丹荷颗粒治疗高脂血症研究中，从 “ 时间 - 血药浓度 - 药效 ” 三维角度出发，筛选出丹荷颗粒在高脂血症大鼠体内暴露量较大的黄酮类、生物碱类等 8 种活性物质作为 PK 标记物，另外通过代谢组学筛选出的 8 种 PD 标记物进行关联分析和可视化表征，结果表明 PK 与 PD 指标之间并非简单地线性关系，而是复杂的相互关系和 PD 指标的延迟效应，提示丹荷颗粒治疗高脂血症是通过多成分相互协同发挥效应的。

汪小莉［ 58 ］ 通过 UHPLC-Q-TOF-MS 方法检测到大鼠口服防己黄芪汤后血浆中的粉防已碱和防己诺林碱两种成分血药浓度的动态变化，与大鼠药理效应指标半胱氨酸蛋白酶抑制剂 C 进行 PK-PD 模型拟合，结果表明粉防己碱和防己诺林碱的药效与体内药物的累积效应具有较强的相关性，确定防己诺林碱和粉防己碱为防己黄芪汤中干预阿霉素肾病作用的主要物质基础。整合动态 PK-PD 相关分析的方法有助于阐明中药复方中的主要效应成分（有效部位）与体内药效的联系，对发现中药复方药效物质基础，解释生物学意义具有重要作用。

5　结语

整合动态 PK-PD 相关性分析技术构建及在中药药效物质基础发现中的应用是针对如何明确中药复方与疾病之间的作用机制，指导临床实践的社会和医疗科学问题开展系统性的研究工作，基于挖掘经典名方针对的方症相应的有效部位作用的基础上，明确中药复方体外化学成分，采用血清药物化学方法全面表征中药复方入血有效成分，进一步与代谢组技术手段结合的综合药效评价指标表征中药复方药效动态评价的新方法和新策略，实现动态、灵敏、全面表征中药复方的作用机制，构建系统性药物体内过程与药效动力学相关性分析，发现的有效物质成分具有确切的药物活性，安全性好，体内过程基本清楚，能够达到药效物质相对清楚， PK-PD 模型结合相关性发现药代标志性成分的方法，适用于中药复方与提取物中活性成分群的发现，为从中药复方中开发临床疗效确切、质量可控的药效物质群提供新策略（图 1 ）［ 59 ］ 。

由于中药复方的药动学研究起步较晚，其理论体系和研究方法还不够成熟，总体上水平还不高，其中方法学问题仍是主要的研究内容，特别是效应动力学、效量动力学和毒效动力学的异同性。如何将量效关系对应起来，去理解各个化学成分之间是否有协同或拮抗作用，这些问题大大限制了 PK-PD 相关性研究在中药研究中的应用［ 60 ］ 。并且中药复方各个药材间配伍规律、有效部位中的大量化合物的相互作用机制等仍有待进一步的研究。针对复制疾病可能靶组织相关研究工作仍需要进一步深入研究。与此同时，由于代谢组学法是使用代谢物终端产物的测定结果，同时也存在与疾病种类间特异性不强的问题。因此，有必要开展多种疾病对照研究，并将差异代谢物与差异靶标蛋白或差异转录基因等进行关联性分析，透过代谢标志物的差异变化对其代谢通路的分流问题进行全面研究，深入探讨中药复方作用机制的科学内涵，为中医药现代化与国际化提供更有力证据。

基于以上研究策略方法，更加有利于我们从中药复方中发现和明确发生药效的物质基础，对新药研发以及科学合理的解释中药复方与疾病之间的关系架起可以联系的桥梁。通过构建新的技术体系对阐明药物与机体的相互作用，为挖掘药物在体内发挥活性的过程与机制研究提供新方法，对研究抑郁症、高尿酸、高血糖、高血压等慢性疾病的发病机制、药效评价及其中医药治疗或新药创制提供新思路和新策略，同时为促进中医药发挥疗效物质基础发现的长足发展和应用提供充足的理论研究和科学依据，为阐明中医药基础理论提供坚实的科学基础。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献（略）

来 源：王玉昆，王鹏，王威宇，秦雪梅，高晓霞．整合动态PK-PD相关性分析在中药药效物质基础发现中的研究策略 [J]. 药物评价研究, 2023, 46(6): 1157-1167.

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