中药组分与组分生物药剂学分类系统构建
[摘要] 中药复方物质基础是多组分，在研究中药生物药剂学性质时，应该以组分为研究对象。针对中药多组分生物药剂学研究，该文提出科学代表中药组分综合性质的有限成分的选择思路；其次，引入“离散度”的概念，以考察组分中各代表性成分个体性质之间的差异，从而更科学全面地评价中药组分的性质；最终结合组分综合性质值及离散度，初步构建中药组分生物药剂学分类系统，为中药多组分生物药剂学性质研究提出新的思路与方法。
[关键词] 组分；中药制剂设计；综合性质表达；离散度；生物药剂学分类系统
1 中药制剂现代化面临的核心关键问题
11 中医药物质基础研究中存在的问题
目前中医药的现代化研究大部分集中在局部应用现代科学技术来阐述中医药的科学内涵，“中学为体，西学为用”的思想体现[1]。但是真正搞清有效成分的中药品种并不多，更多的只是一些生理活性成分，即进过不同程度药效试验或生物活性试验，证明对机体具有一定生理活性的成分。显然，它们并不能代表中药整体临床疗效的有效成分。对于中药有效成分的研究，目前，还多集中于研究中药的有效部位，所谓中药有效部位，是指当一味中药或复方中药提取物中的一类或几类化学成分的含量达到总提取物的50%以上，而且一类或几类已知化学成分被认为是有效成分，该一类或几类成分的混合体即被认为是有效部位[2]。在研究中药有效部位时，还没有学者将中药中的一类或几类化学成分的混合体单独提取出来进行药效试验，证明该一类或几类化学成分混合体是有效的；更没有针对中药有效部位中各化学成分单独进行药效试验，证明其各自的有效性，以及各化学成分按比例混合后协同作用强度的变化情况[3]。显然，这个混合物不一定能代表中药整体成分的综合有效性呢。作者认为中药有效部位的概念实际上是个较为笼统的概念；中药有效部位只是用化学方法进行含量测定得到的一个结果，或者说中药有效部位不一定是真正的有效成分组成的有效部位，或真正产生药效的有效成分。大多数的研究都只是参照文献报道，其忽视了非有效部位的协同作用[4]。随着中药的不断发展，其研究对象从粗提取物发展到了组分层面[5]，对中药研究必然要考虑到中药多组分的特点和组分的性质。
12 中药制剂设计研究中存在的问题
现代中药制剂经历了近30年的发展，发展中不可避免地存在一些问题。这些问题因为研究对象的不同大致可以分为2类：一类是在研究中避繁就简，一味地追求单体化合物，忽视中药的多组分/多成分整体协同的作用特点；另一类是考虑了中药/复方的本质是多组分[68]，但是由于中药化学成分复杂、物质基础不明确，导致其组分整体性质难表征、组分作用机制不清楚、评价方法也存在局限性。虽然“多组分谱特征”[911]、“总量统计矩法”[12]、“总量释放动力学”[13]等评价模式为实现中药多组分制剂的体外释放研究，为合理评价组分性质做出了有益的探索和尝试，但并未有形成体系，也只是各家学说。这些学说为开展中药制剂的研究积累了一定的基础，但还是不能改变中药制剂剂型设计研究基础较为薄弱，与化学药物剂型设计的研究相比较为滞后的事实[1418]。鉴于此，适应中药现代化制剂的发展应该加强基础研究，考虑中药组分生物药剂学性质等方面问题，有针对性地进行中药制剂设计的研究与开发。
2 基于中药物质基础的组分结构解决策略
中药物质基础是多成分构成的，但多种成分并不是简单的堆积，而是一个有序的整体，单体成分是其最基本的单位，相似的单体成分按照一定的比例构成了组分，不同的组分又按照一定的比例构成了中药复方的整体。组分与组分之间，组分内部成分与成分之间的这种量的比例也是一种“结构”，这就是笔者所提出的基于中医药整体观的方药物质基础“组分结构理论”假说[19]。因此，作者提出中药的有效成分也应该以组分为研究单元。中药“组分”是由一类理化性质和药理活性相似的成分按照一定的比例有机组合形成的具有完整结构和药理活性的单位。针对中药组分中复杂的多成分，如何正确的选择组分中的指标性成分？作者认为首先应该考虑各成分在组分中含量差异，在某一中药组分中含量比重大的成分应纳入指标性成分的行列中来，当然也不能忽视含量比重小的成分，含量少不代表总贡献度小，含量小的成分很可能是强活性成分。因此，还应该考虑各成分的活性度。最后将含量比重和活性比重归结为该组分中成分的贡献系数。将贡献系数大的成分进行加和，本课题组认为当组分中各成分总贡献率大于80%时，即可代表该组分活性，以组分为单元，进行下一步研究。
3 中药制剂设计的研究新思路
溶解性和渗透性是影响口服药物体内起效的关键核心问题，因此，生物药剂学分类系统是连接生物药剂学基础研究与口服药物剂型设计的桥梁。通过对药物的生物药剂学分类系统的研究，根据药物的生物药剂学性质，有针对性的以提高生物利用度为核心提出拟解决的关键剂型设计技术，从而设计相适宜的剂型。作者认为中药制剂设计的研究应该基于物质基础的“组分结构”基础之上，研究组分的生物药剂学性质，根据组分性质的特点，针对性地进行释药单元的设计，那么如何科学地表达组分的整体性质呢？
31 中药理化性质表征评价现状
目前，大多数中药理化性质评价基本上模仿化学药物的控制模式，即大多数学者都在研究中药单体成分的理化性质，然而多成分起效是中药的一大特色，中药单体成分的理化性质不能代表中药组分的理化性质。怎么表达整个中药组分的理化性质呢？随着科学技术的进步，研究的不断深入，新的测试技术、测量方法在一定程度上使理化性质的评价体系更趋合理化。计算技术的发展，也使更多的数学模型在处理多个性质时变得更加便捷，目前描述组分性质常会采用多元线性回归（MLR）[20]、偏最小二乘法（PLS）[21]、人工神经网络方法（ANN）[22]、线性溶剂化能量方程法（LSER）[23]等，但是这些方法都忽视了中药药效的整体性、多成分之间的协同增效作用强度。作者创新性地提出：利用化学信息、药理药效信息等信息学处理和计算机手段并结合多活性多指标分析，从组分中科学、合理地筛选具有代表性、专属性强、贡献度大的N个成分，其作用总和可以代表组分整体的药理作用，从而能反映中药/复方的整体性特点。
32 表征中药组分性质的关键技术
321 中药组分综合性质表达指标 中药组分是多成分的集合体，化学成分复杂多样，而且中药及复方物质基础各组分的化学性质不同，与单体成分具有相似之处又有所区别，是一个多成分的集合体。各成分的含量、生物活性存在明显的差异，成分间还有着复杂的相互作用，因此，鉴于中药组分的复杂性特征，对于中药多组分复杂系统，作者创新性地提出当有限个成分（用N代表）进行配伍配比后，其药理作用与组分整体的药理作用无统计学差异时，那么这些成分的综合性质就可表征该组分整体的性质。
“组分”是由一类理化性质和药理活性相似的成分按照一定的比例有机组合形成的具有完整结构和药理活性的单位。当有且只需一个成分即可代表整个组分的活性时（即n=1），当组分中有2个成分可以代表该组分的活性时（即n=2），首先应该对2个成分各自的理化性质进行对比，当理化性质在一定程度上很相似时，再考虑2个成分在组分中的含量（%），其次是活性贡献度（%）。当理化性质相差很大时，当组分中代表成分为3时（即n=3），依次类推。
若n=1时（n为组分中具有代表性、贡献度大的成分的个数），即当组分中有且只有一个化学成分的药理作用与组分整体的药理作用无统计学差异时，基本可简化为以该成分的性质描述来代表该组分的相关性质；那当然可以模仿化学药的理化性质研究模式来研究单一中药成分的理化性质。
若n=2时，即组分中恰好有2个代表性成分，两者经配比后药理作用与组分整体的药理作用无统计学差异，那么在研究过程中简化为只考虑这2个成分。
若n=N时，即组分中仅选择N个成分时，N是有限且可知的，它们之间通过配伍配比，药理作用与组分整体的药理作用无统计学差异，那么在研究过程中简化为只考虑这N个成分。组分的综合性质则表达为，ΔC=β∑ni=112（WiCi+δiCi），式中，ΔC表示组分性质综合值，Ci代表第i个成分性质值，β为成分的作用系数，其考虑的是成分含量与活性产生的综合作用，Wi代表第i个成分含量占整体组分的百分率；δ代表成分活性占整体组分活性的系数。β值的确定应采用2因素药理实验，针对成分含量与活性2因素对该成分在组分中作用系数的确定。δ值得确定通过单因素药理实验，考察成分活性占总组分活性比例的系数。
322 创新性地引入辅助评价组分性质的“离散度”指标 在以组分为研究对象，测定组分性质时，可能会遇到组分中个别成分与组分中其他成分性质存在差异的问题。为了更科学全面地评价中药组分的性质，作者创新性地引入辅助评价组分性质的“离散度”指标。
“离散度”是指N个成分的性质与组分综合性质间的离散程度，以考察组分中各代表性成分个体性质之间的差异及与组分综合性质之间的差异，离散度可以当作不确定性的一种测量，类似于统计学中的标准差，标准差表示组内个体间的分散、偏离程度。而在中药组分生物药剂学性质评价中，离散度定义为各代表性成分个体性质相对于组分综合性质的离散程度。在组分的性质研究时，离散度可直观反映出代表性成分各性质值的波动情况，以及它们相对于组分综合性质的偏离、分散情况，进而辅助评价组分的综合性质。
离散度的数学表达式为D=1n∑ni=1Ci-ΔC，式中，D为代表性成分个体性质相对于组分综合性质的离散度，ΔC表示组分性质综合值，Ci为第i个代表成分性质值。
4 中药组分生物药剂学性质研究思路
中药组分是多成分的集合体，必然导致中药组分性质研究有别于西药单体成分的研究。结合组分性质离散度关系，创新性提出中药组分性质研究思路（图1），通过考察组分中各成分性质值相似程度（离散度），当各成分性质都相似时，根据上述数学拟合公式计算组分性质，当组分中成分离散度差异大的，进一步将离散度相似的成分合并为一类，定义为亚组分，根据上述数学拟合公式计算亚组分性质，以亚组分作为研究对象。
5 中药组分的生物药剂学分类系统
口服药物的生物利用度分类系统（bioavailability classification system）是根据药物体外溶解性及肠渗透性的高低，对药物进行分类的一种科学框架或方法。1995年Amidon教授[24]提出通过溶解性、溶出度、渗透性等有关药物胃肠吸收参数的研究及评价，判断药物在口服吸收时是否可能出现生物利用度问题，为新药的研究开发提供依据及支撑，2000年生物利用度分类系统被FDA采用[25]。
组分的理化性质包括溶解度、膜渗透性、解离度、稳定性等。任何药物在被吸收前都应首先考虑其溶解性及渗透性，药物只有被溶解，才能透过胃肠道的生物膜；药物要能够透过脂质膜，同时也需要一定脂溶性。溶解性和渗透性是口服药物成药性的核心，通过制剂前组分理化性质的研究，运用较为简单、快速、低成本的溶解度与渗透性试验，尽早地发现和解决溶解度与渗透性问题，从而大大提高成药性[26]。当中药发展到组分层次上时，对组分溶解性和渗透性性质评价同时进行生物药剂学分类，这对中药剂型的设计具有重要的指导意义[2728]。中药组分是一类性质相似的的多成分集合体，参照生物药剂学分类系统，初步建立了组分生物药剂学分类系统：I类，高溶解性、高渗透性；II类，低溶解性、高渗透性；III类，高溶解性、低渗透性；IV类，低溶解性、低渗透性[29]。
6 发展中药组分生物药剂学分类系统的展望
中药是个多组分、多成分的复杂体系，发展中药组分生物药剂学分类系统是为了从这个复杂的体系中，提炼出一些规律性的科学问题加以分析研究，通过实践和总结，再将研究结果利用到这个内涵丰富的体系中，从而推动中药现代化的发展。化学药物已经有了一套生物药剂学分类系统，并且在很大程度上推动了化学药物制剂的研究进程。因此，对于中药制剂的发展，必然需要一套符合中医药理论、中医药整体观的中药组分生物药剂学分类系统。生物药剂学分类系统这一科学问题涉及很多领域，因此，需要很多的药物研究者的参与合作，共同完成中药组分生物药剂学分类系统的创建工作。在今后的中药制剂新剂型领域中，该系统必然大幅度提高中药现代化、科学化发展的速度与程度。
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