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中药药性理论相关基础问题研究(项目编号:2007CB512600)
2012-11-12
 

一、项目概况

(一)首席科学家

王振国,男,19631月出生,山东省寿光市人,医学博士,山东省政府“泰山学者”特聘教授,国家重点学科学科带头人,享受国务院政府特殊津贴专家。现任山东中医药大学信息管理学院院长,中医文献研究所所长,博士研究生导师。为国家中医药管理局重点研究室主任,国家级精品课程负责人,山东省省级优秀教学团队负责人,山东省教学名师。兼任国家中医药管理局中医药重点学科建设专家委员会副秘书长、国家中医药管理局中医药古籍保护与利用能力建设项目办公室主任,中华医学会医史学分会副主任委员、中华中医药学会医史文献分会副主任委员,《世界科学技术-中医药现代化》、《世界中西医结合杂志》等学术期刊编委。长期致力于中医药经典理论的现代诠释研究和中医药文献数字化方法研究,近年来主持完成科技部、教育部、国家中医药管理局科研项目多项。发表学术论文100余篇,出版专著《History and Development of Traditional Chinese Medicine》、《中国古代医学教育与考试制度研究》、《争鸣与创新:中医学术流派研究》等。研究成果获山东省科技进步奖、中华中医药学会著作奖、山东省社会科学优秀成果奖等。曾获山东省“第三届优秀知识分子”、中华中医药学会“科技之星”等荣誉称号,入选山东省卫生系统“1020”人才工程。

(二)研究团队

“中药药性理论相关基础问题研究”项目,山东中医药大学为第一承担单位,8个课题分别由山东中医药大学、广西中医学院、浙江中医药大学、四川省中医药科学院、北京中医药大学、成都中医药大学、解放军302医院、黑龙江中医药大学承担,课题合作单位包括山东大学、北京大学、浙江大学、四川大学、中国科技信息研究所等25家高校和研究院所。项目总人数159人,其中正高级职务64人,副高级职务45人,来自中医学、中药学、药物化学、药理学、分子生物学、中西医结合基础、数学、医学统计学等相关领域学科。多数人员承担过以往“973”、“863”等项目课题和“九五”、“十五”、“十一五”国家科技攻关课题的研究工作。各课题负责人及研究团队骨干成员,大多是国家重点学科或国家中医药管理局重点学科带头人,具有较强的组织能力和丰富的科研经验,思维活跃,工作踏实,作风严谨。首席科学家充分发挥组织、协调与学术领导作用,研究队伍知识结构、年龄结构合理,富有团结协作与创新精神,适应研究工作需要,有效的组织落实为保质保量完成项目研究任务奠定了坚实的基础。

(三)课题设置

课题名称

课题编号

承担单位

负责人

基于四性的中药性--物质关系研究

2007CB512601

山东中医药大学

王振国

平性中药药性本质及其调节机体平衡科学内涵研究

2007CB512602

广西中医学院

邓家刚

“性、味结合归经”的温凉药性共同规律研究

2007CB512603

浙江中医药大学

吕圭源

基于以功效为核心的中药药性理论研究

2007CB512604

四川省中医药科学院

邓文龙

基于“药性构成三要素”的中药药性实质研究

2007CB512605

北京中医药大学

 

中药系统药性的物质基础及其特异性效应表达规律的研究

2007CB512606

成都中医药大学

 

基于整合还原和热力学理论的中药寒热药性研究

2007CB512607

解放军三二医院

赵艳玲

基于生物标志物及其变化规律的苦寒中药的性效关系研究

2007CB512608

黑龙江中医药大学

刘树民


二、项目假说及解决的关键科学问题

(一)项目假说

药性是中药作用于机体产生的生物效应的综合表达,中药的物质成分及其组合关系是药性发生的基础,机体状态是药性效应表达的条件;药性的物质和效应特征信息在不同层次有其表征规律,是可以认知的。

(二)解决的关键科学问题

1.中药药性理论发生构建原理

2.中药寒热药性的物质基础及其表达和认知规律

3.中药寒热药性的生物效应及其表达和认知规律

(三)核心成果

1.揭示了中药药性理论的发生原理与构建模式,对中药药性内涵作出新的诠释。

2.证实了表征药性的“寒”、“热”物质是客观存在的,揭示了寒热药性的生物效应表达特征及其规律性;验证了中药“一物二气”说和药性理论“寒、热、平”三性说,回答了中医理论中关于药性的经典学术问题。

3.形成了寒热药性研究的方法学体系,建立了适宜药性研究的统计模式识别模型,实现了中药药性综合特征信息的系统识别。


三、项目研究目标、研究内容及技术路线

(一)研究目标

阐明药性科学内涵,揭示寒热药性表征规律,为行业领域研究药性理论提供新的方法学模式,为中医临床实践、中药研发提供理论基础和科学依据

(二)研究内容

1.中药药性理论的发生原理与构建模式

基于中医原创思维和认知规律,对药性内涵进行科学诠释,揭示药性理论的发生、演变过程和基本特征,阐明药性理论的发生原理与构建模式。

2.中药寒热药性的物质基础及其表达和认知规律

基于一定范围的中药组群,研究其物质成分的量、构、组合关系,分析其共性特征信息,揭示中药寒热药性的物质基础及其表达和认知规律。

3.中药寒热药性的生物效应及其表达和认知规律

基于一定范围的中药组群,研究其作用于不同机体状态的生物效应,分析其共性特征信息,揭示中药寒热药性的生物效应及其表达和认知规律。

(三)总体研究思路与技术路线

本项目立足中医原创思维和认知规律,以寒热药性为主线,以功效为核心,以物质基础、生物效应、信息表达为重点,结合古今文献记述和临床应用,运用多学科知识和方法,从传统学术体系研究、共性规律综合研究、有限范围还原研究三个方面,基于系统层次和多维视角探讨中药药性特征信息的识别方式、关联关系及其表达规律,对药性理论进行微观分析基础上的宏观回归与还原研究,最后综合集成,梳理共性,总结规律,初步揭示药性理论的科学内涵。

中药药性理论相关基础问题研究

药性理论传统体系研究

以寒热药性为核心的综合研究

基于功效组群的中药性效相关性研究

以创新方法为核心的探索研究

中药药性理论学术思想体系

课题

课题

课题

课题

课题

课题

课题

课题

药性-文献数据

药性-物质数据

药性-药效数据

药性-方法数据

               

创新研究方法

探讨相关规律

制定评价标准

阐释药性理论

发展药性理论

四、项目主要成果及其水平与创新性

(一)系统梳理了历代药性文献,对中药药性内涵作出了新的诠释,阐明了中药药性理论的发生构建原理

1.对药性内涵作出了新的诠释

通过文献梳理并结合现代研究成果,对药性的科学内涵作出了新的诠释:药性是中药作用于机体产生的生物效应的综合表达,取决于中药物质成分及其组合关系,显现于特定的机体状态,可概括为本原药性和效应药性。本原药性是中药固有的、取决于种质与环境等的客观属性,具有相对静态、隐性的特征;效应药性是对中药作用于机体产生的效应的主观认知,具有动态、条件显性的特征。本原药性是效应药性的基础,效应药性是本原药性在特定条件下的表达。

历代医家对于药性的认识不一,从其内涵与外延看,有泛义药性、广义药性、狭义药性之别;从应用角度看,有自然药性、变异药性、炮制药性、调剂药性、配伍药性之异。这与医家对药性概念内涵的理解与认识角度不同有关。药性是中药临床应用的基础和核心,是中药区别于其他种类药物的突出标志。各种药性知识有机统合,构成了内涵丰富的药性理论。中药药性理论是源于博物传统的学术体系,是在特定的历史文化背景下,以中医理论为指导,总结中药应用实践,高度概括形成的理论,存在固有的发生构建模式,强调整体联系,注重综合效应,有其独特的认知规律和表征语言,具备突出的民族性、地域性和历史传承性。

中药药性理论是一个庞大复杂的知识体系,其中,寒热药性理论是中药药性理论的核心。中医认识和治疗疾病,均以阴阳为纲。疾病无论多么复杂,均可以阴阳统之,概括为寒热二证。在治疗上,虽然方法众多,但必须遵循“寒者热之、热者寒之”的基本原则,“疗寒以热药、疗热以寒药”。因此,无论中药药性属性多么复杂,寒热是其最核心的属性。故《本草经集注》指出:“其(指药性)甘苦之味可略,有毒无毒易知,惟冷热须明。”

2.首次阐明了药性理论的发生原理和构建模式

研究表明,中药药性理论的发生构建存在以下特点:个药定性是基于证候-功效-药性基础上的分类推理模式;理论形成是基于无序实践经验基础上的总体认知模式;回归还原于中医学理论体系的过程是基于逻辑贯穿与同一化改造模式。因此,中药药性理论的发生构建是群体性的而非个体性的,是同质性的而非异质性的,是关联性的而非孤立性的。

思维方式、理论基础和诊疗实践是中医学术体系构建的三大基石其中,思维方式对理论构建模式的形成起着支配作用。中医学传统理论构建原理的独特性,是由中医学思维方式和诊疗实践的独特性形成的。基于天人合一的认知理念,以阴阳学说作为说理工具,并贯穿于中医生理、病理、诊断、治疗等环节,始终从宏观整体角度把握和分析问题,是中药药性理论发生与构建的基本原理。

中药药性理论的发生、发展并不由主观意愿决定,关键取决于是否经得起实践检验。理论的价值,取决于对已有实践所能解释的深度和广度,以及对临床实践的指导意义和可重复性。理论源于实践,由于临床实践经验总是在不断地增加和积累,因此,原有的中药药性理论总是要被不断地修正、完善,其所反映的规律将越来越趋近于本质。在中药药性理论的历史演进进程中,临床实践的能动性最强,最富有活力,是中药药性理论发生、发展的根本推动因素。

3.基于药物法象原理,构建了植物类中药性状-寒热药性系统评价与统计模式识别模型,实现了依据性状对植物类中药进行寒热药性识别

法象,即法自然之象。运用药物的外在表象解释药物奏效原理,是中医认识药性的传统方法之一。宋代《圣济经》列药理篇,强调“物生而后有象,象后而有滋,本乎地者味自俱,本乎天者气自彰。”并具体分析了形色气味法象之理。在实际运用中,药物的法象包括范围很广,举凡形态、颜色、质地、生境、习性等,均可作为释药依据。

项目组以《中华本草》为文献依据,选取性状特征描述翔实、临床常用且具有代表性的1725种植物药(寒性药1067种、热性药658种)为研究对象,通过系统文献研究,对其寒热属性进行了界定,利用Access建立数据库,分析了寒热药性与功效主治、原植物性状、药材性状的关系。以523个基原性状为预测变量、以寒热药性为响应变量,做偏最小二乘回归分析(PLS),建立偏最小二乘识别模型。对1725种中药做识别回代,寒性组和热性组的识别正确率分别为88.66%93.62%,整体识别正确率达到90.55%。在此基础上,基于训练样本中1380种植物药建立偏最小二乘识别模型,对测试样本中1345种中药进行药性预测分析,寒性组与热性组的识别正确率分别为82.14%85.91%、整体识别正确率达到83.77%。根据对模型交叉验证、外推预测和模型合理性的比较研究,结果表明,本模型不仅能够实现药性的正确识别,还可确定基原性状与药性关系的方向和密切程度,初步实现了依据植物类中药性状辅助对其寒热药性进行系统评价和识别。 

(二)证实了表征药性的“寒”、“热”物质是客观存在的,揭示了寒热药性的生物效应表达特征及其规律性;验证了中药“一物二气”说和药性理论“寒、热、平”三性说,回答了中医理论中关于药性的关键学术问题

1.基于不同中药组群的研究,证实了寒热药性物质基础特征信息及其表达规律在一定层次上客观存在。创建了植物类中药寒热药性-物质成分统计模式识别模型,实现了基于物质成分特征信息的寒热药性识别和预测

遵循宏观把握与微观探索相结合的原则,采用多层次、多手段、多方法、多成分的整体研究方法,针对寒热药性植物类中药组群,分别对初生物质、次生物质、无机成分进行了分析测定,运用UVIRNMRHPLCHPCEGCGC-MS等多元谱学方法综合分析了30味寒性、30味热性植物类中药的物质基础,全面获取物质成分信息,从全成分角度探讨中药物质成分与寒热药性的相关性。

由于各种化学图谱的测量原理、数据形式不同,且中药未知成分多,因此,中药图谱数据呈现高维灾难、非线性、高度相关、分布特征不明确等问题。为此,项目组采用现代统计模式识别技术,在完成了数字化信息识别的基础上,采用穷举建模策略,首次建立了基于多元谱学数据的中药寒热药性统计模式识别模型和网络生物学模型,确定了表征和预测中药“寒”、“热”成分(判别系数)和“寒”、“热”程度(判别得分)的特征药性参数,初步实现了基于物质成分信息的植物类中药寒热药性特征信息(CHMP-markers)的识别,并可利用药性特征标记评估已知药性药物的特征和预测药物的药性。

统计模式识别模型和网络生物学模型的研究结果表明,表征中药药性的“寒”、“热”物质是客观存在的,但无论“寒”或“热”药,其内均同时含有“寒”、“热”物质,“寒”、“热”物质在质和量上的配比组合关系是其整体药性表征和显现的前提和基础。某一种物质成分或某单一药效作用均不能表征中药的整体药性。

2.揭示了寒热中药对寒热证模型动物影响的效应特点和作用规律,构建了基于正常动物和寒热证模型动物的中药性-效关系表征体系

筛选10味寒性、10味热性植物类中药,进行对正常大鼠的寒热效应研究。应用多元方差分析结合偏最小二乘回归法(PLS),分析了寒、热药性中药对正常动物影响的效应,结果表明:①寒热中药对正常动物具有寒热效应,表现为不同的作用特点。热性中药可提高趾温、肝细胞能荷,ATP酶活力等;寒性中药可降低趾温、肝细胞能荷,ATP酶活力等;寒性中药与热性中药相比较,明显呈现方向相反的效应,亦可表现为对同一指标影响程度的差异。②同类药性中药对寒热效应的影响存在程度差异。如附子与荜茇、胡椒均为热性中药,而附子能明显提高正常动物的寒热趋向、自主活动、肛温等,荜茇次之,胡椒再次之。③同一中药对正常动物寒热效应的影响具有一定的量效关系。寒热中药对寒热证模型动物的影响存在规律性的生物效应特征表达谱系。采用数据挖掘技术对上述研究数据进行了综合分析筛选,构建了基于正常动物和寒热证模型动物的中药性-效关系表征体系。

3.首次完成了统计模式识别模型指导下寒热物质特征组群的提取,并对其进行了药效学验证,证明了寒热药性多元谱学分析方法和统计模式识别模型的科学性

选择附子、黄连的药性物质特征组群,进行了对模型动物寒热效应的影响研究。根据紫外光谱Fisher线性识别计算得分,附子乙酸乙酯提取部位热性程度最高,黄连氯仿提取部位寒性程度最高。药效学验证结果表明,附子乙酸乙酯提取部位热性效应最好,可明显改善模型动物虚寒状态;黄连氯仿提取部位寒性效应最好,对虚热模型动物代谢亢进状态改善最明显,LDA识别结果基本一致。证实了以识别系数(测量中药寒热成分)和识别得分(寒热程度)为药性特征参数建立的LDA识别模型,不仅可以识别中药“寒”、“热”物质在化学图谱上的特征区域,而且可以预测中药的寒热程度。

采用PLS-DA方法分析了寒、热性中药的HPLC指纹数据,确定了表征中药药性的特征标记,提取吴茱萸、黄连寒热物质特征组群,进行了寒热效应验证研究。结果表明,黄连寒热物质特征组群治疗实热证动物、吴茱萸寒热物质特征组群治疗虚寒证动物的结果与HPLC-DA指纹图谱分析结果基本一致,证实了通过统计模式识别模型的识别系数,可以确定表征中药药性的特征标记,以及表征和测量中药“寒”、“热”成分的特征参数,从而佐证了药性物质特征组群的客观存在。

基于HPLC法的实验,以金银花为例,对不同产地、不同品种、不同采收期药材对药性的影响进行了实验研究,将其测试数据代入识别模型进行验证,结果表明,不同产地、不同品种、不同采收期虽对正品药材的物质成分有不同影响,但对其寒热药性属性无根本影响。

4.系统研究了

AUC

平性中药的物质基础和生物效应机制,首次阐释了平性中药“体平用偏、双向适用、条件显性”的药性特征,初步揭示了平性中药药性本质的科学内涵

10味典型平性中药所含化合物进行了分析,测定了其作用于寒、热不同血瘀证个体的药效成分和代谢产物;完成了选定的10味平性中药和5味寒性、5味热性对照中药微量元素的测定;选取传统药性记载明确的50味平性中药和50味对照非平性中药,每味中药再选取17种典型分子骨架特征和官能团用于表征各种有效成分的结构信息,利用支持向量机算法,采用交叉验证法进行算法评价,首次建立了化学成分、相关活性物质与平性中药药性间的非线性映射模型,初步揭示了平性中药的物质基础,并建立了可供查询的平性中药化学成分数据库。

研究了10味平性中药和5味热性、5味寒性对照药对实验动物微循环、血流动力学、血液流变学实验数据,分析了10味平性活血药对寒、热血瘀证模型大鼠cAMPcGMPADP5-HTET1等相关活性物质,以及NO/NOS系统、Ca2+/CaM系统、cAMP-PKA信号通路的影响,证实了所选平性活血药在瘀热互结证中能够降低血浆cAMP浓度,抑制PKA蛋白表达,降低血清Ca2+浓度;在寒凝血瘀证中能够升高血浆cAMP浓度,增强PKA蛋白表达,降低活性物质ET1的浓度,这些差异可能是其调节两种血瘀证病理状态的主要效应机制之一。

上述研究结果,证实中药寒热药性中间态(平正中和态)的存在,揭示了平性中药具有“体平用偏、双向适用、条件显性”的药性特征,可在不同的内环境下(寒证或热证)通过影响相关信号通路以调节机体平衡。这一结论对于揭示平性中药药性本质的科学内涵,解决历代存在争议的“平入性与平不入性”学术难题,阐释平性中药调治疾病的内在机理,有效指导和提高中医应用平性中药的临床疗效,具有重大的学术价值和理论意义。

5.以上研究对中药“一物二气”说和药性理论“寒、热、平”三性说等经典药性理论问题,作出了基于现代科学实验的新诠释

中药“一物二气”说自《神农本草经》即有记载。元代医家王好古指出:“有一药一气或二气者。热者多寒者少,寒不为之寒;寒者多热者少,热不为之热。或寒热各半而成温,或温多而成热,或凉多而成寒,不可一途而取也。”(引自《本草蒙筌》)一药多味,或者通行诸经,历来众口一词,从无异议。而一药可能有二气,则颇有争议。以上对寒、热、平性中药的相关研究,揭示了中药寒热药性产生的物质基础,即表征中药药性的“寒”“热”物质是客观存在的,但无论寒性药或热性药,其内均同时含有物质和物质,只是物质成分种类和数量的不同组合才显示出了中药的整体药性。

药性理论“三性说”始见于《唐六典?尚药奉御》,提出“和药”时“必辨其五味、三性、七情,然后为和合剂之节。”并指出:“三性,谓其寒、温、平。”“三性说”以寒、温、平三分药性的主张,是对“四气说”的发展,认为平性中药多无寒温之偏的思想,也更有积极意义,与用药实际吻合。本项目受中医“入腹知性”传统认识及“体用理论”的启发,首次将中药药性划分为本原药性及效应药性,提出“平性”是中药四气中的一种特殊药性,具有“体平用偏”的药性特征。上述平性中药实验研究证明:平性中药是一类独立存在的,具有双向适用、条件显性药性特征,可在不同的内环境下(寒证或热证)通过影响不同的信号通路以调节机体平衡的药物。寒热药性与平性药药性本质及其内涵研究,用现代科学语言诠释了药性理论“三性说”,对于丰富和发展中药药性理论,促进中药学学科发展,具有重要意义。

(三)以寒热药性为核心的中药药性有限范围综合研究,发现并阐明了辛热散寒药、芳香开窍药的药性物质基础及其性效发生机制,从性味结合归经角度发现并阐明了中药药性效应的特征表达规律

1.阐明了以神经-内分泌-免疫网络改变为基础的生物学效应与药物代谢酶活性指标的干预性变化是辛热散寒类中药药性表达的重要生物学效应机制

通过筛选多种虚寒、虚热状态动物模型,建立了虚寒状态诱导方案,明确了虚寒状态病理特征;同时,以辛热药药性表达的虚寒模型状态为主体,从临床类比验证、虚热模型佐证、药物治疗反证多角度进行了虚寒状态的界定研究;最后形成了虚寒状态评价体系,并对虚寒状态生物学实质开展了实验研究。对药性表达与机体状态相关科学问题进行了深入分析。以机体状态为依托,选取成分明确、性效关系清楚的附子、仙茅、肉桂作为示例辛热药,运用生化法、放免法和分子生物学等相关技术,从整体、组织器官、细胞、分子等层面,切入信号通路网络和药物代谢环境,考察了虚寒机体多个系统不同层次的40余项生理生化指标,深入分析了G蛋白耦联、酶耦联受体下游信号通路网络及其调控的CVP3AP-gp变化,探讨了受试辛热药作用于机体状态所表现出的生物学效应,并对其可能的机制进行了进一步研究,以综合揭示辛热药药性的生物学效应表达机制。结果表明,在特定机体状态下,辛热类中药药性表达是以纠正不同机体状态神经-内分泌-免疫-物质代谢系统病理改变来实现的,不同状态机体作为辛热类中药药性表达的生物学载体,其信号通路网络介导的药物代谢环境改变,是入血成分性-效表达的分子生物学基础,以神经-内分泌-免疫网络改变为基础的生物学效应与药物代谢酶活性的变化是辛热类中药药性表达的重要分子生物学机制之一。

2.证实了芳香开窍类中药具有专属的“质--性”关联信息表征谱,其寒热药性表征的差异与不同病理状态和相应生理效应指标密切相关

立足于药性整体(四气、五味、归经、升降浮沉等),认为每类药具有其特殊的药性整体构架,呈现出特定的生物效应。其中,药味是基础,寒热药性是关键,归经是核心,共同表达特异性的效应规律。以此为指导,选择麝香、冰片、苏合香为示例药,以物质基础-生物效应-药性整体为研究路径,进行芳香开窍药药性综合研究。芳香开窍类药物中,寒热药性与药味、归经密切关联。其中,以冰片为例,其能抑制中枢神经系统(镇静、催眠),降低正常麻醉大鼠心率和呼吸频率,降低模型大鼠体温、心率,呈现“寒凉”效应表征,与其他药物有别。研究结果表明:芳香开窍药的药性整体(“辛---/寒”),拥有其专属性的“质--性”关联信息表征谱;“辛--浮”为该类药药性整体基础构架;而寒热药性表征与病理状态有关,模型动物的体温、心率、血压、呼吸等生理效应指标可以表征寒温药性差异。机体的病理状态是影响寒热药性表达的前提条件,也是干预与其他药性“离合”的重要因素;寒热药性又是干预病理状态某一症或某种证型的关键药性。

3.发现了甘温归肝肾经、甘凉归肝肾经、辛温归肺经、辛凉归肺经、甘温归肺经、甘凉归肺经中药组群的药性效应存在特征表达规律

甘温归肝肾经中药(菟丝子、海马)与甘凉归肝肾经中药(女贞子、龟甲):苯甲酸雌二醇致肾阳虚模型研究结果显示,这四味中药因归经、味相同而表现出相近的药理作用,通过甘温入肝肾经而改善肾阳虚之腰膝酸软、精神萎靡,调节蛋白失调;但因药性相反,对体温、甲状腺激素水平调节作用相反。②甘凉归肝肾经中药(女贞子、龟甲)与甘温归肝肾经中药(菟丝子、海马):甲状腺片+利血平、甲状腺片2个肾阴虚模型研究结果显示,这四味中药因归经、味相同而表现出相近的药理作用,如均能在一定程度上改善肾阴虚之性欲失调;但因药性相反,在改善肛温、面温、甲状腺激素水平方面呈相反作用。③辛温归肺经中药(白芷、豆蔻、紫苏)与辛凉归肺经中药(前胡、薄荷、菊花):复合因素(烟熏+冰水游泳+服用冰水)致肺阳虚模型研究结果显示,这六味中药归经相同,味辛、作用于肺经,均能改善肺阳虚之体征,调节肺功能;但因药性相反,在改善肛温、背温方面呈相反作用。④辛凉归肺经中药(前胡、薄荷、菊花)与辛温归肺经中药(白芷、豆蔻、紫苏):烟熏+甲状腺片致肺阴虚模型研究结果显示,这六味中药归经相同,通过辛入肺经而改善肺阴虚之体征,调节肺功能;但因药性相反,在改善肛温、面温方面呈现相反作用。甘温归肺经中药(桂枝、核桃仁)与甘凉归肺经中药(南沙参、玉竹、麦冬):复合因素(烟熏+冰水游泳+服用冰水)肺阳虚模型研究结果显示,这五味中药归经相同,通过甘入肺经而改善肺阳虚之体征,减少痰量,调节肺功能等;但因药性相反,在改善肛温、背温、背部血流量、甲状腺激素水平等方面呈现相反作用。甘凉归肺经中药(南沙参、玉竹、麦冬)与甘温归肺经中药(桂枝、核桃仁):烟熏+灌服甲状腺片致肺阴虚模型研究结果显示,这五味中药归经相同,通过甘入肺经而改善肺阴虚之相关症状;但因药性相反,在改善肛温、面温、面耳部血流量、甲状腺激素水平方面呈现相反作用。

(四)建立并完善了一系列适于药性理论研究的技术方法,创新了药性研究方法学体系

1.创建了中药寒热药性物质成分指纹图谱测试和数据预处理分析方法

利用一种或几种已知成分无法表征中药药性的整体特征。通过对寒热药性的中药样本进行分析、测定,获取其尽可能全面的化学成分信息,进而通过数据分析和信息挖掘,寻找寒性、热性中药化学信息的共性规律,建立能反映中药药性整体化学信息的指纹图谱,是中药药性物质基础研究的前提。针对中药寒热药性物质成分指纹图谱的特殊性,采用多种方法反复实验优化,最终建立了一套适宜中药寒热药性物质成分指纹图谱分析的标准操作规范(SOP)和化学图谱数据的预处理方法。

基本方法包括(以HPLC指纹图谱为示例):中药药性化学成分的提取效率优化:主要影响因素有粉碎粒度、提取时间、提取温度、醇浓度、提取溶剂种类、溶剂用量等;中药药性化学成分的指纹图谱分析技术优化:主要影响因素有DAD检测器、色谱柱类型,流动相梯度、进样量、柱温等仪器条件。中药药性成分特定检测波长信息优选:基于中药部分成分已知、大部分成分未知的现实,首先采用PCA-Fishers LDA统计方法,对61种寒热药物紫外光谱指纹图谱数据进行统计分析,确定了12个能反映寒热性中药化学信息的特征波长,即210 nm227 nm236 nm242 nm254 nm268 nm292 nm312 nm330 nm 350 nm375 nm400 nm,从而使提取到的不同中药的HPLC指纹图谱信息使之既有特征性又有全面性。根据以上确定的HPLC指纹图谱的12个特征波长,提取61味中药在不同波长下的CVS特征数据,获取两大组39528000组数据点,为下一步统计分析奠定基础。中药药性化学成分植物图谱信息数量处理优化:数据分箱、谱线平滑、基线校正、标准化、谱峰联配、提取量化。基于密码学原理,以穷举建模方法中的试验修正法为建模策略,根据中药药性化学图谱数据特点,对14种可能适宜的模型,采取回代验证、外推预测和交叉验证等方法对其进行综合评价,在此基础上,再采取统计模拟方法进一步评价各模型识别中药寒、热特征标记的能力,成功筛选出中药药性特征标记识别的适宜统计模式识别模型(PLS-DA模型)。结果表明,本方法充分实现了中药药性特征标记图谱数据的“可视化”采集与研究,采用此种方法处理相关化学图谱数据,可准确筛选出能够识别中药药性的特征标记,统计模拟与药效学验证均表明其具备切实的可行性。这为其他同类图谱数据处理提供了基本思路,也为分析其他生物样本图谱数据,进而深入研究中医复杂体系的相关问题提供了方法学依据和借鉴。

2.创建了符合中医辨证特色的正常、模型动物寒热效应表征体系,完善了寒热病证动物模型的复制方法及评价体系

针对以往研究对中医证候特征相关指标重视不足的现状,对实验动物中医寒热证候进行了针对性研究,探索了反映中医寒热特征的客观指标,从体温、能量代谢、寒热偏好、活动状态等方面,结合舌象、足趾温度及色泽,以及神经、内分泌、细胞因子、基因表达等,制定了从整体、器官、组织、细胞及分子等不同水平反映寒热效应的指标体系,建立了符合中医辨证特色的大鼠寒热表征体系。采用偏最小二乘回归法(PLS)筛选了有重要贡献度的相应指标,显示寒热趋向、自主活动、肛温、趾温、Na+-K++-ATP酶、丙酮酸等具有较高贡献度。研制了“大鼠寒热趋向行为测定仪”、“大鼠冷热饮偏好测定仪”,并获国家发明专利授权。

依据中医学对虚寒证、虚热证的认识,参考以往实验方法,探索运用中药复方建立寒、热病证模型,并根据已经成功建立的大鼠寒热表征体系,完善了寒热动物模型建立方法,规范了中药组方、剂量和给药时间,保障了实验动物模型的稳定性和可重复性。运用PLS方法建立了以寒热趋向、二便、饮水、食量、体温、体重等为核心指标的虚寒证、虚热证模型综合评价体系。结果表明,模型评价回代识别正确率为100%。大便溏稀、趾温降低、体重降低等为虚寒证模型动物的主要症状及体征,大便秘结、趾温升高、活动量少等为虚热证模型动物的主要症状及体征,上述研究结果与中医寒、热两证的临床表现相似,为正确评价中药寒热药性奠定了模型基础。

3.创建了基于动物温度趋向行为学和微量量热技术的中药寒热药性差异生物热动力学表征与评价方法

采用自主研制的冷热板示差技术,考察了大黄、黄连、附子、吴茱萸、左金丸等三十余种方药对动物温度趋向行为的干预作用。结果表明,冷热板示差法可在整体动物水平、直观且客观地区分不同寒热药性中药的差异;动物经中药干预后在冷热板上表现出的温度趋向性特征,与中药原有赋性有较高的吻合度;ATP酶活性改变引起的能量代谢变化可能是内在机制之一;机体对冷热板的偏好性差异可能是中药对机体能量代谢干预的结果,也可以认为是中药寒热药性的表达方式。评价指标有动物温度趋向比例、跨温区频数及活动度、基础代谢率、耗氧量等。该冷热板示差技术已获国家专利授权,具有完整的自主知识产权。在此基础上,项目组在热力学思想的指导下,首次将微量量热技术应用于中药寒热药性研究中,实时、在线、灵敏地监测生物体生命活动中热量代谢的变化,并形成动态的热功率-时间(P-t)曲线即热谱图,采用最大热输出功率(Pm)、生长速率常数(K)、热焙变化(?H)等热动力学参数,可定性、定量地刻画不同中药寒热药性差异的客观真实性。微量量热法侧重于从组织细胞和微生物水平刻画中药寒热药性的细微差异,并可用于探讨寒热药性可能的生物机制,与冷热板示差法可以相互补充、相互验证。

4.提出并验证了代谢组学方法和中药血清药物化学相结合研究中药性效关联性的新方法

项目组采用中药血清药物化学的研究方法和HPLC-DADUPLC-Q/TOF-MS技术,分别分析表征了黄连、黄芩、黄柏和栀子口服给予大鼠后的血中移行成分,对主要成分利用对照品进行了认定,并进行了血中移行成分的体内经时变化过程研究和尿液中代谢产物的分析,最终综合血中移行成分及代谢产物的分析结果,发现了黄连、黄芩、黄柏、栀子和黄连解毒汤干预热证的特征性生物标志物,并确定了其代谢标志物的代谢途径及动态变化规律;明确了单味中药黄连、黄芩、黄柏、栀子和黄连解毒汤对热病证候干预的异同,阐明了苦寒药干预热病证候的性效关联关系,初步确定了黄连解毒汤及其各单味药苦寒药性的物质基础。上述研究工作充分表明,代谢组学技术可从内源性代谢网络轮廓角度评价热病证候模型及苦寒中药干预的效应变化;中药血清药物化学方法可从体内直接作用物质角度阐释药性的客观存在,两者有机结合,可用于诠释中药性效的关联性。在此基础上,还探索了利用代谢组学方法评价热病证候模型的新模式,初步明晰了热病证候模型及临床热证代谢变化的实质,为中医证候研究及模型评价提供了新的技术方法。

5基于芯片技术研究了寒热药性中药对大鼠肝全基因谱表达的影响

运用基因芯片技术研究了寒热性中药对正常大鼠和模型大鼠肝全基因谱表达的影响,并对差异基因进行了功能分类注释,分析了其作用趋势、特点及规律,探讨了寒热药性中药对大鼠肝全基因谱表达的影响。

其中,对正常大鼠肝全基因谱表达的影响,共分析了21794条基因表达的改变,并对2578条差异基因进行了功能分类注释。结果显示:热性中药附子、干姜可调控代谢相关基因、氧化还原酶相关基因等的表达;寒性中药大黄、黄连可调控应答刺激、廿碳不饱和脂肪酸衍生物代谢及细胞凋亡相关基因等的表达,与寒性中药“清热泻火解毒”效应密切相关。以上基因改变可能是寒、热性中药发挥作用的分子机制之一。对模型动物肝全基因谱表达的影响研究,共对591条差异基因进行了功能分类注释,结果显示:虚寒证模型动物多种刺激应答相关基因下调,热性中药可以上调模型动物刺激应答相关基因和细胞色素P450家族相关基因的表达,这可能是热性中药发挥作用的分子机制。虚热证模型动物刺激应答相关基因下调,固醇代谢相关基因上调,寒性中药可以上调刺激应答相关基因的表达,这可能是寒性中药发挥作用的分子机制之一。

6建成了共享性中药药性研究数据管理与分析平台

项目组建立了中医药文献保障系统、中药药性研究数据管理与分析平台,实现了研究数据采集与管理、研究数据分析与挖掘、中药药性特征标记统计模式识别与整体药性统计推断网络模型建立等功能的集成,为项目研究工作的有效开展搭建了一个高效共享研究平台。基于数据平台开发集成了中药药性数据管理与寒热药性识别系统。本软件旨在满足植物类中药寒热药性识别需要。软件融统计分析、模型识别及图形绘制于一体,具有一致性、简明性、反馈性、可视性等特点,与MS-OFFICE等常用办公软件兼容,全中文界面,操作简单易行,尤其适用于非统计专业研究工作者使用。该软件基于植物类中药寒热药性研究数据库,依据多元分析、机器学习和模式识别等统计分析理论和方法,编制了PLS-DALogistic-DAPCA-LDA等多个药性判别模块,可有效完成基于经验要素、性状要素、成分要素、功效要素等中药寒热药性信息的统计分析,并据此构建形成植物类中药寒热药性判别模型,从而实现对植物类中药寒热药性的快速分析识别。

(五)其他成果

项目组成员共发表论文397篇,其中国内核心期刊301篇,国际期刊67篇, SCI收录50篇、EI收录13篇;申请专利13项,已授权7项;申请软件系统著作权登记2项;出版学术著作2部。

五、实施效果

(一)实现了中药寒热药性综合特征信息的系统识别,完成了从临床经验判断寒热药性向根据中药物质基础和生物效应特征信息等协同确定药性的跨越

基于组群中药层次,完成了对中药药性物质基础和生物效应特征信息及其表达规律研究的突破,初步实现了基于现代科技语言对中药药性特征信息的模式识别,并可利用药性特征信息评估已知药性药物的特征或预测未知药物的药性,改变了仅仅根据临床经验进行判断的单一模式,开创了根据中药物质基础、生物效应特征信息等协同确定药性的多元模式。

(二)对传统中药药性理论学术思想体系进行了充分解读,并通过实验研究回答了中药药性理论的若干关键学术问题,为中医药传统理论诠释提供了研究范例,为指导临床用药奠定了坚实基础

项目组系统研究了中药药性理论形成的历史文化背景、发生构建模式及其基本框架体系,分析了中药药性理论不同时期的发展特点及变迁规律,对药性内涵作出了新的诠释,阐明了寒热药性理论发生构建原理,并从物质基础和生物效应角度,进行了系统的实验研究,证实了中药个药“一物二气”说和传统药性理论“寒、热、平”三性说的正确性,解答了中医理论的经典学术争议问题,作出了基于现代科学实验的新诠释。这些工作的完成,为现代研究工作的有效实施提供了创新思路和坚实基础。

(三)研究成果为现代中药研究开发和有效扩充中药资源提供了坚实的理论指导和技术支撑

开展中药药性理论相关基础问题研究,探讨中药药性的物质基础及其性效发性机制,建立符合现代科学认知规律的药性表征体系,是创新中药药性理论的关键问题。课题构建形成的现代中药寒热药性表征体系,可有效界定中药个药的基本药性属性和基本功效,为现代中药研究开发和有效扩充中药资源提供了坚实的理论指导和技术支撑。

(四)所建立的一系列适于药性研究的动物模型及其评价体系,为正确开展药性-药效研究奠定了坚实的方法学基础

发明了大鼠寒热趋向行为测定仪、大鼠冷热饮偏好测定仪、冷热板示差系统等,并获国家发明专利。建立起了符合中医辨证特色的大鼠寒热表征检测体系,规范了大鼠寒热效应检测方法,形成了一整套标准操作规范。据此,可对基于体水平的实验动物寒热特征及不同中药“寒热”药性差异进行客观表征。初步建立了适于寒热药性研究的病证动物模型体系,包括实热、虚热、虚寒、胃热、胃寒、瘀热互结、寒凝血瘀模型,为今后学界开展药效-药性相关性研究奠定了良好的方法学基础。

(五)培养并形成了一支多学科结合、团结协作的高水平中药药性研究团队

项目研究集合了山东中医药大学、北京中医药大学、浙江中医药大学、成都中医药大学、解放军全军中药研究所、北京大学、浙江大学、山东大学、四川大学、中国科技信息研究所等25家单位的研究力量,综合运用了文献学与发生学、信息管理与数据挖掘、数学、分析化学、分子生物学、基因组学、代谢组学、生物热动力学等多学科技术方法和手段,紧紧围绕中药寒热药性本质与内涵、功效与药性关系、物质基础与药性关系等一系列领域研究难点开展研究工作,培养了一支结构合理、多学科交叉、创新性强、团结协作的研究团队。

(六)通过本项目的实施,在中医药基础理论研究领域引起了国内外广泛关注,对推动药性理论指导下的中药现代化研究、保持和发挥中医药特色与优势具有重要意义。

在祖国医学体系中,中医和中药是密不可分的统一体,“医无药不能扬其术,药无医不能奏其效”。中药研究与利用必须以中医药传统理论为指导,否则,将走上“废医存药”之路,中医将因药而“亡”。本项目的研究在国内外引起广泛关注,近年来研究中药药性的各种新理论新学说不断提出,一批新技术新方法在本领域得到应用,研究论文和著作发表的数量成倍增长。通过对中药药性理论的科学诠释,对保持中医药传统特色与优势、提高中医临床疗效具有重要意义。

六、人才培养、基地建设、国际交流、数据共享情况

(一)人才培养情况

通过各项研究工作的深入展开与合作交流,造就了一大批医药学专业人才,并影响、带动和培养了一批跨领域、跨学科、跨专业,有志于药性理论研究的非医学专业人才,在学科交叉渗透方面和人才队伍建设方面,均取得显著成效。截至目前,通过项目研究,已培养毕业博士研究生49人,硕士研究生182人; 出站博士后8人,一批青年学者成为项目研究的生力军。

通过本项目的研究,培养了多支知识结构合理、年龄结构优化、学科结构交叉优势明显的优秀科研队伍。在159名项目参与者中,有正高职称专业人员64名,副高职称专业人员45名。在课题实施过程中,有2人入选山东省“泰山学者”特聘教授计划,1人入选黑龙江省“龙江学者”特聘教授计划,4 人获国务院政府特殊津贴,5人为国家中医药管理局重点学科学科带头人,1 人入选全国优秀教师,13人次入选省级有突出贡献专家、学科带头人。

(二)基地建设情况

依托项目研究工作,强力带动了各课题承担单位各级各类重点学科、实验室、工程中心建设工作。截至目前,依托本项目共获批科技部中药现代化科技产业基地中药药效评价中心1个,国家中医药管理局重点学科3个,省级重点学科4个,省级重点实验室6个。

(三)国际交流

项目成员共参加国际学术会议作特邀学术报告26人次,一般国际会议交流21次,国内特邀报告53人次。

(四)数据共享情况

项目所有试验药材的原始信息均按Access数据库系统进行标准化记录,所有基础研究数据均建立了相应的数据库,并与其他数据保持格式上的兼容,建立起了完整高效的项目研究数据共享平台,实现了项目、课题、行业内相关数据的共享。项目研究所形成的文献信息资源、数据库等,通过出版专著、发表论文、开放服务等形式,实现了全社会数据共享。

七、组织管理经验

为确保项目研究按计划实施和高水平完成,在科技部、国家中医药管理局、973项目专家组办公室等上级机关的指导下,在项目组织管理方面,我们采取了以下措施:

(一)充分发挥首席科学家在项目中的领导组织协调作用

首席科学家王振国教授在项目5年的实施过程中,一直在一线工作,全面领导和组织协调项目的科学研究,包括项目研究计划、实施方案的制定,组织项目研究队伍,促进课题间的沟通协作;定期组织召开项目工作会进行学术研讨,多次组织项目学术活动,提倡项目内外的交流,推动数据共享,促进项目整体学术水平的提高;强化项目运行过程中的监督和检查,保证了整个项目的研究水平和质量;鼓励不同学科团队之间的交流合作,并积极与国内外高水平院所或研究团队进行合作,提高了本项目的水平。首席科学家十分注重自身学习,提倡多学科共同发展,广泛涉猎与本项目有关的知识,不断提高自身学术水平,在项目实施过程中起到了领军人物的作用。

(二)成立项目办公室,负责项目日常组织工作

根据国家973项目相关文件精神,项目第一承担单位成立了973项目办公室,并由分管科技副校长亲自领导,科技处副处长担任项目办公室主任。项目办公室主要负责项目管理规章制度的制定和实施,项目相关文件及研究工作材料的整理与归档,项目研究资料及报告的格式与标准制定,项目研究的具体落实与安排,项目经费的管理与发放,项目执行情况的监督检查,项目实施过程中的联络与信息交流,组织相关研究问题的研讨及评估等具体工作。

()严格规范各项管理制度,为项目研究提供了制度保障

项目研究团队认真学习科技部与国家中医药管理局973项目管理的有关规定,在首席科学家的带领下,充分发挥项目办公室及各课题组组长的管理职能,制定了系列管理制度,   为项目研究提供制度保障。

(四)实行多级分层责任制

 项目运行过程中,按照总体实施方案,将各课题总体目标进行分化,设立多项子课题,逐项明确目标责任人,实行多级分层责任制,保障了项目全程有序高质量地推进。

(五)定期召开项目工作会,及时监控项目工作进程及质量

项目每年召开2次工作例会,听取项目各课题工作进程汇报,就研究过程中的学术问题进行讨论,并邀请相关专家就具体问题进行指导,及时调整优化项目研究方案,有效监控项目的工作进程及质量。

(六)建立了方便快捷的交流平台,及时发布进展情况

在项目办公室领导下,建立了“中药药性理论相关基础问题研究”973计划项目网站,及时发布最新活动通知,发布项目成果,如论文、专著、专利、开发系统等;按时编辑“中药药性理论相关基础问题研究”工作简报,将国家973项目动态、本项目管理及会议消息、各课题组研究进展等及时进行编辑、整理,并向国家有关管理部门、专家组、课题组发送。