摘要:物质在不同尺度的聚集状态是决定其性质的关键因素。结构中药学是以中药中天然存在的或经加工形成的聚集态为对象，研究其组成结构特征、形成机制、体内命运及其功能关联性的中药学新兴交叉领域。相较于中药传统的分子层次研究，结构中药学的研究对象具有跨尺度、异质性、多效应的特点，是从介观视角和空间维度对中药药效物质和起效机制的再认识和再研究。中药外用是中医传承千年的用药特色，但其科学内涵缺乏深入的阐释。笔者以外用中药为例分析了目前中药研究中存在的共性和个性问题，并提出基于结构中药学思维的研究路径，以期为相关领域提供参考。
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关键词:结构中药学;中药外用;药效物质;团簇;聚集体;相分离;囊泡;炭药;作用机制
中药的整个生命周期都伴随有不同物种构成的多尺度聚集形式，大量证据显示物质在不同尺度的聚集状态是决定其性质的关键因素。例如，砷原子与氧原子的键合形式决定砷剂的活性［1］;小檗碱与黄酮苷的缔合优势构象是其抗菌的关键要素［2］;芍药甘草共煎形成的纳米粒影响芍药主要成分的释放和吸收［3］。目前已发现的与中药药效相关的尺寸区域包括原子分子、亚纳米尺度和微纳米尺度等，但对相关区域物种的聚集态研究还比较缺乏，也导致中药药效物质形式长期未能全面阐释。结构中药学是以中药中天然存在的或经加工形成的聚集态为对象，研究其组成结构特征、形成机制、体内命运及其功能关联性的中药学新兴交叉方向［4］。与中药传统的分子层次研究不同，结构中药学的研究对象具有跨尺度、异质性、多效应的特点，是从介观视角和空间维度对中药药效物质和起效机制的再认识和再研究。其中跨尺度体现在结构中药学研究的物种既包括原子分子、也包括微纳米粒子，其均被视为中药起效的不同物质形式且存在特定环境下的转化关系;异质性表现为化学物种在空间排布上的非均匀性及由此产生的聚集态结构域，这是由物种间互作关系决定的;多效应则是在跨尺度和异质化物质基础上的宏观效应表现，聚集态的拓扑结构演化产生的若干尺寸效应和起效模式将拓展现有的中药功能评价体系。中药外用是除口服外最常用的给药途径之一。目前发现的有关中药外用的最早文字记载始于商代《殷墟卜辞》，距今已有三千多年历史。《黄帝内经》提出“内者内治，外者外治”，为中药外治法的形成奠定了理论基础［5］。《伤寒杂病论》丰富和发展了中药外治的理法原则和施治方法［6］。清代名医吴尚先著第一部外治专著《理瀹骈文》，认为内服与外治只是给药途径和方法不同，而治病原理并无二致［7］。内服药经口入体内，串行脏腑而遍布周身;外治用药“虽在外，无殊治在内也”，可通过调谐经络而透达体内，即所谓“外治之理即内治之理，外治之药即内治之药”。吴尚先的辨证思想将中药的内服与外治统一起来，并提出外治法可“统治百病”，奠定了中药外治的中医学地位。至于现代，2020版《中国药典》共收载130余种中药外用制剂［8］。2018年，丁桂儿脐贴在加拿大以天然健康产品形式成功上市，标志着中药外用制剂在国际化进程中更进一步［9］。然而，受限于中药外用领域研究的不足，其科学内涵尚缺乏清晰的揭示，特别是在数十年未能破局的中药药效物质不明、机制欠清等共性难题方面，亟需研究思路和方法的创新。
1中药外用研究中存在的共性和个性问题
纵观中药外用的历史，无外乎局部治疗和全身调理，这与现代经皮用药的目标宗旨颇为相似。例如在外治疮疡方面，中医治法可归纳为清热解毒、活血化瘀、煨脓长肉和祛腐生肌［10］。因此，清热类中药黄芩、黄连、黄柏、紫花地丁、金银花以及活血类中药当归、川芎、血竭、红花等在治疗方剂中多有使用。现代医学对中药及其有效成分促疮疡愈合机理也有一些报道，主要包括对创面免疫细胞、成纤维细胞及其分泌因子的调节，改善创面微循环，提高创面Ⅲ型胶原与Ⅰ型胶原的比例，影响创面微量元素等［11］。但总体上，相比于结构清晰、机制较明确的西药单成分，中药药效物质的研究仍较为模糊且缺乏标准，影响了中药外治的发展和应用［4］;中药外用时存在特殊的皮肤屏障，对透皮入血成分来说是需要攻克的难题;此外，中药外用研究中的一些做法是否科学、是否能直接套用一般性思路和方法，也有待探讨和论证。现就该领域研究存在的一些共性和个性问题探讨如下。
1．1偏离了鲜药外用的优势场景和用法
作为传统中医药实践的起点，鲜药一直为历代医家所重视。早在两千多年前的《神农本草经》中就有“生者尤良”的记载;葛洪收录在《肘后备急方》中的鲜药占比近半，其中“青蒿一握，以水二升渍，绞取汁，尽服之”更是成为屠呦呦获得诺贝尔奖的思想源泉;迨及清代，伴随温病学大兴，鲜药使用日盛。叶天士著《临证指南医案》收录的89类医案中涉及鲜药的多达79类，可谓推崇备至［12］。在《中华本草》收载的4000余种鲜药中，以“捣汁”“绞汁”作为入药前处理工序的约占85%，且主要为外用，这是区别于干药的特色加工和使用方法［13］;临床上，鲜药善治急表热证，在内外科、皮肤科、妇科等涉及的痈疽、诸毒、溃疡等各类感染创面的局部治疗方面应用广泛，约占60%［14］。由此可见，鲜药取汁外用于治疗创面感染是其优势使用场景之一。然而，目前中药研究多以干燥饮片为对象，鲜药研究较少，忽略了中药不同取材的差异;研究过程中，仅关注中药的成分与药理机制，未对应其临床优势病种，致使鲜药外用研究不足;而忽视鲜药传统用法，采用有机溶剂等提取方法分离有效部位，则破坏了鲜药的应用基础。上述种种，反映出目前中药研究重品种而轻场景和用法的普遍现象，导致中药外用的对象和用法场景错配，很难正确诠释鲜药外用的优势。
1．2忽视了中药外用中成分间的互作关系
目前的中药外治研究主要关注的是提取物或单成分施用后的转化或效用，但很少关注成分间的互作关系，导致对中药多成分复杂体系的解析能力和内涵揭示比较薄弱。大量实验证据显示，中药活性化合物的集合构成了中药起效的化学基础，而多成分互作形成的适宜存在形式和物相状态是中药起效的物理基础［15］。化学成分是中药效用的来源和基础，多成分物理结构是中药起效的形式和途径，抛开成分谈结构会变成无本之木、无源之水，而摒弃结构谈成分则很可能丧失舟楫而难以行船［4］。外用中药成分间的相互作用不仅能形成独特的聚集结构，还能发挥诸如透皮促渗、穴位刺激、经络传感等协同效应［16］。中医历来强调“整体观”，但这并不意味着可以将中药视为无关联成分组成的物理学质点。目前外用中药的研究主要聚焦于小分子成分，对大分子的研究较少，且个别活性成分经皮吸收不佳导致药效不理想，与传统用法疗效相悖，这与忽视多成分的相互作用不无关系。因此将成分间相互作用的规律及其与功能的关联性研究清楚，对阐明方剂配伍规律和指导制剂设计等都有现实意义。陈军课题组［17］从中药挥发油促渗角度研究成分间的作用规律，发现高良姜、干姜等5味辛热中药的挥发油中倍半萜类成分(β－石竹烯、α－衣兰油烯、吉马烯等)的质量分数高于防风等10味辛温中药，且外用给药时更倾向于滞留在皮内，可能是决定挥发油透皮促渗能力的关键成分。Wei等［18］曾研究发现β－石竹烯和氧化石竹烯可以与多种动物的冷敏感通道蛋白TRPM8结合，从而抑制机体对低温的敏感性，这为揭示中药药性的科学内涵提供了思路。
1．3束缚了外用中药作用途径和机制研究的思路
方法自20世纪初保罗•埃尔利希(PaulEhrlich)提出“受体”概念和“锁钥”学说以来，基于“分子－靶标”理论的药物作用和研究模式成为业界主流共识。经过百余年的发展，大量中药成分的作用靶点被发现。然而，在实践中也发现现有的“分子－靶点”模式并不能解释和解决中药的所有问题。例如，很多中药并未从分子层次发现与其活性相称的药效物质;很多成分与活性响应之间不满足经典的量效关系;基于疾病相关靶点筛选或网络药理学方法并未发现太多高特异性、强结合的中药成分，这从新药开发难度上可见一斑。诚然，这些问题可以通过“成分叠加效应”学说予以一定程度解释［19］，不过在“分子－靶标”直接作用模式之外的思考和探索是必要的。特别是中药外用如何发挥全身调控作用，是否都需要通过入血起效，仍有待探明。近年来涌现出的一些实验证据提示，中药研究或许存在不同于现有认识观和方法论架构下的新研究维度［20－21］。
2基于结构中药学思维的研究方法及其在中药外用中的应用
结构中药学是在辨析了中药活性关联物质存在化学成分和物理结构双重属性的基础上，聚焦于中药聚集态结构形成与药效间关系的新兴研究方向［4］。该方向不单以化学分子为对象，而是以特定施用场景下中药的真实组成和聚集态为切入点，解析其化学物理特征和形成规律，阐明物质与功能的传递过程，旨在比较完整地揭示中药“化学成分－物理结构－多维药效”的内在关系。与经典的“分子－靶标”研究模式相比，结构中药学关注的对象具有跨尺度、异质化和多效应特征。结构中药学的认识观和方法论可以拓展中药分子层次研究的边界，填补缺失的中药物质结构基础，有利于解决因单纯研究有限化学成分所产生的物质基础不明、机制欠清、体内外不相关等中药学历史积弊，对包括中药外用在内的中药学各领域研究都有一定的参考意义。
2．1外用中药跨尺度药效物质的发现
屠呦呦先生从中医典籍“绞取汁”用法中汲取灵感，采用低温冷萃法提取到青蒿素，为全球攻克疟疾作出卓越贡献。但另一方面，青蒿素水溶性差、生物利用度低的问题表明取汁用法的奥秘仍有待进一步探究。在结构中药学思维引导下，遵从鲜中药绞汁用法的现实场景，可以从鲜榨汁液中分离到纳米级囊泡［22］。它们是由脂质、蛋白、核酸及小分子等构成的膜结构聚集体，能很好地保留原药材的组成和功能，在治疗创面、肠炎、肿瘤、肝肺损伤等方面效果显著，且优于已报道的单一活性成分，是鲜药起效的新药效物质形式［23］。更重要的是，这些介观尺度的脂质囊泡具有出色的跨膜转运能力，能快速被机体吸收［24］。此外，Chen等［25－26］还报道了囊泡活性miRNA的耐热性和耐胃肠道降解性，揭示了经SIDT1蛋白介导入胞的体内转运路径，较完整地诠释了古人鲜药绞汁用法的优势和科学内涵，对外用制剂的设计也有启发作用。中药炭药是中医用药的一大特色，可内服可外用，具有收敛、止血、止泻等作用［27］。传统炭药的研究主要关注小分子成分炮制前后的变化，但大多缺乏共性规律和可靠的因果关系。近年来发现包括黄柏、荆芥、贯众和血余在内的数十种中药经炭化后均含有＜100nm的碳点，其晶格排列较规则整齐且药效显著，可能是炭药的共性药效物质［27］。此外，有学者发现中药中广泛存在的绿原酸在高温处理后会自发形成一种性质稳定的纳米结构，可通过生物催化反应促进肿瘤细胞发生铁死亡，进而发挥抗肿瘤及激活肿瘤免疫微环境的作用［28］。Liu等［29］研究了纳米生物炭的形成过程和结构特征，为揭示炭药的药效物质基础提供了新思路。但是目前关于不同中药炭化后的个性特征如何体现尚缺乏明确的证据。以上研究均是在中药非分子层次发现的活性实体，也不能通过简单的增溶、促渗原理予以解释，是结构中药学研究的范畴，其思路方法可为外用中药研究所借鉴。
2．2多维作用途径和机制的研究
在材料学领域，跨尺度的研究对象具有独特的表界面性质，例如不同尺寸的纳米碳材料能诱导不同程度的蛋白组装进而影响宏观效应［30］。在中药聚集体研究领域也发现了类似现象。Li等［2］研究了黄连解毒汤中主要成分小檗碱与黄芩苷、汉黄芩苷的相互作用行为，证明二者可分别组装形成纳米粒和纳米纤维，并且2种构象在抗菌活性方面表现出明显差异，纳米粒的活性强于小檗碱，而纳米纤维的活性则比小檗碱弱。类似现象在其他多成分组装体系中也有报道［31］，表明中药多分散体系中的分子、团簇、微纳米聚集体等不同物态形式均可能产生不同的效应输出，这是导致经典量效曲线偏移的重要因素，验证了结构中药学研究的必要性。同时提示，当中药外用时需要关注不同成分间的组装行为及其聚集形式，在中药配伍、加工和制剂等环节应加强对晶型、团簇等在内的各类凝聚态类型开展监测和控制，以提高中药质控和新药创制的科学性。近年来，在生物界内部和跨界调控领域涌现出很多不同于传统起效途径的新机制，值得为中药外用研究所借鉴。RNA依赖性RNA聚合酶(RDR)在植物中对小RNA介导的免疫反应至关重要，但在脊椎动物中不存在。有研究人员将来自植物的RDR1蛋白成功表达在哺乳动物细胞中，显著抑制了10种不同癌细胞系的细胞增殖，但未影响5种非癌细胞系［32］。这体现了系统间跨界调控的新作用模式，为同样来源于植物的草药外用于人体的起效方式提供了启发。除了直接作用于效应靶位，有学者发现磷脂酸可通过作用于远端附睾白色脂肪组织，诱导衍生的IL－6分泌以对抗对乙酰氨基酚诱导的肝损伤，而对原发病部位———肝脏无影响［33］;无独有偶，最近的一项研究表明，EP2抑制剂通过阻断外周血髓细胞EP2受体而改善脑认知障碍，但抑制剂本身并没有穿越血脑屏障的能力［34］。类似的，基于肠道菌代谢物、细胞因子、外泌体等中间媒介的间接起效方式在很多中药的调控方式中也有报道［21，35］。苗明三团队［36］认为皮肤是外周的神经－内分泌－免疫器官，与中枢神经系统具有相同的神经外胚层来源;中药外用可通过局部微作用、微刺激、微吸收方式，舒达体表与体内联通的中枢神经－内分泌－免疫网络，达到燮理调平的治疗效果。该“体表机制”学说与吴尚先的思想基本一致，也是一种远程间接的调控模式，这就为外用中药的起效机制研究提供了新的思路。
3结语
中医药历数千年而赓续至今，对它的认识和研究也镌刻着时代的烙印。现代化学与生物学的发展将中药从朴素抽象的言语描述带入清晰明确的分子世界;而随着生物药的兴起，主流的小分子药物单极格局正在被大分子和介观尺度的活性物质所打破，纳米药物、抗体偶联药物以及CAR－T为代表的活细胞药物不断刷新着传统药物的边界。即使是小分子药物领域，多分子组合的鸡尾酒疗法已被发现具有多重优势。例如抑制同一致癌途径的3种或4种抑制剂联用时，只需20%单药剂量就能完全阻断肿瘤细胞增殖，且不会产生耐药性和毒性［37］;而另一研究使用3种小分子药物共同作用可将小鼠多能干细胞诱导成具有全能特性的干细胞［38］。梳理药物的衍化规律不难看出，药物研发正在朝多成分、跨尺度、多途径方向发展，这与传统中药的作用特点不谋而合，特别是与结构中药学统辖的研究维度高度契合。就像音乐远非音符的组合，文学不止于文字的组合，有着千年积淀的中药也必然是有着超越化学成分组合的更深层次奥秘，需要研究者不断挖掘和探索。正如过去数十年在小分子化学维度的深耕细作夯实了中药的化学基础，结构中药学的研究思路将丰富中药多成分互作的物理结构基础及其关联作用机制，对更好地揭示包括外用中药在内的中药科学内涵、促进中药现代化都有较广泛的参考价值。
作者:乔宏志 陈熹 陈军 狄留庆 单位:南京中医药大学药学院 江苏省中药高效给药系统工程技术研究中心 南京大学生命科学学院 江苏省中医外用药开发与应用工程研究中心
