第一节　天然药物研究开发概况

一、天然药物开发的现状

目前，我国天然药物在国际上主要有三大市场：一是以华裔为中心的中药传统市场（中国大陆及港澳台、东南亚以及西方国家以华裔社区为中心的中药传统市场）；二是日本、韩国传统汉方药市场；三是西方草药市场。在这三大市场中，中药材出口偏多，中成药出口少，而中成药的出口主要还是集中于以华裔为中心的中药传统市场，真正被西方主流社会接受的中成药很少，且中药以食品、保健品、营养补充剂的形式进入西方市场的现状也不容乐观。截至目前，我国仅有10个左右中药制剂申报美国FDA临床试验，其中7个正在进行Ⅱ期临床，复方丹参滴丸在2016年底完成了Ⅲ期临床试验。资料显示，我国在2015年中药出口为37.7亿美元，其中主要是药材提取物（21.63亿美元）和中药饮片（10.58亿美元）出口，而中成药及保健品出口分别为2.61亿和2.89亿美元，仅占总额的14.55%，这从侧面反映了中药的国际竞争力严重不足。

与十年前比较，中药新药研究由原来的有效成分转向有效部位、有效部位群的研究；从以往的以探讨药效学为主开始向作用机制、方剂组成、配伍规律等多方面发展；在药效的研究上，也由过去的单一指标评价向多指标共同评价发展。近十年来，虽然中药药理研究仍以整体动物试验为主，但计算机自动控制、图像分析处理等多种现代方法和技术已开始应用，中药体外实验方法学的兴起亦已引起国内外中药药理学界的重视。在研究手段方面，除利用整体反应、组织和细胞反应、生化测定外，一些先进的技术如细胞因子、神经递质等生物活性物质测定以及离子通道、基因、受体功能分析等分子生物学手段均已在中药研究领域有所应用。基因探针、细胞重组等新兴技术用于中药对基因表达与调控影响的研究亦已成为热点。

21世纪将是一个大健康产业极大发展的时代，我国医药科技“十二五”规划中适时提出“培育大健康产业、加强新型健康产品开发”，鼓励和支持大健康产业的创新和发展，这为植物功能产品如药品、化妆品、保健（功能）品等的研究开发提供了契机，也为利用现代技术进行产业升级并最终走向国际化提供了政策支持。

二、以天然药物化学为基础的药物研究面临的问题

随着生命科学的发展，从天然产物中发现新药正面临着其他药物发现方式（如化学合成药物和生物制品）的巨大挑战。过去天然产物为制药工业提供许多药物或先导化合物，在药物发现中处于枢纽地位。然而近十年来，由于新药研发和临床研究费用不断攀升，许多大型制药公司大幅减少了在天然药物项目方面的投入，其原因在于：①组合化学的应用可快速合成数以百万计的化合物库；②人类基因组计划及蛋白质组学技术又为新药研发提供许多新颖的分子靶标，这些新靶点可以作为疾病诊断、预防、治疗的新目标。二者结合，利用基于新颖靶标的高通量筛选（HTS）技术，对组合化学化合物库进行筛选，从而产生大量新颖的先导化合物，其速度较传统的药物发现方式更为迅捷，因此从天然产物中发现新药的优先性降低也就不足为奇了。

其次，简单地将西药筛选模式移植到天然药物活性研究并不能真实地反映天然药物的传统疗效；单靶点筛选模式不能充分反映天然药物作用的特殊性和复杂性；某些筛选模型由于自身作用机理和特点，不适用于中药复杂样品的筛选。新药的创制已经成为不同领域的新理论、新方法及核心技术高度融合的系统工程，包括基因组学、蛋白组学、代谢组学、组合化学、高通量筛选、化学信息学、网络药理学等相互渗透、紧密结合的多学科的协同研究。而基于天然药物化学成分的药物研究仍停留在单纯地以化学成分分离为基础的先导化合物发现阶段，显然不能适应中药现代化发展的需要。为充分展现天然药物的特点和发挥其独特优势，天然药物化学应在以下几个方面加以改进，才能体现其在药物发现方面的优越性和竞争力。

1.高通量筛选技术的应用

高通量筛选技术是药物发现中最重要的技术之一，尤其适合于大规模化合物库的筛选。一个含有十万个化合物或提取物的样品库，应用184孔板进行筛选，只需要一周多的时间即可完成。对特定的药物靶标来说，样品的筛选不再是药物发现的限速步骤。但是，高通量筛选技术在天然药物发现中的应用却呈现下降趋势，其主要原因在于：无论活性化合物的分离和结构鉴定速度有多快，其产生化合物的速度总是落后于那些结构和合成方法已知的化合物。对于一个新的药物靶点来说，人们总是愿意优先使用合成的化合物库，也就是说，所有的合成样品库被筛选完成而仍未找到合适的先导化合物时，天然产物或其提取物才会成为最后的选择。另外，相比于纯化合物库来说，天然产物提取物库的筛选也存在更多的问题：①提取物库中大多是结构未经鉴定的混合物，其理化性质不明；②一些成分具有荧光或紫外吸收可能干扰筛选的结果；③干扰成分可能与活性成分相互拮抗而筛选不出真正的活性成分等，这些问题都有待相关技术的发展解决。

2.加快分离纯化与结构阐明的步伐，保障活性化合物的供给

基于生物活性导向分离技术追踪活性天然产物一直是从天然药物发现的限速步骤。随着现代分离和筛选技术的进步，如HPLC的自动化、各种生物质谱的应用、柱色谱技术的进步以及高通量筛选的快速反馈，使生物活性导向的活性天然产物分离速度大大提高。而NMR技术的长足进步，也为超微量样品结构的鉴别提供可能，如新型低温超导探头技术与高磁场强度NMR仪的应用使天然产物核磁数据的获取及结构阐明的时间大为缩短，结构测定的样品量少于1mg；天然化合物结构解析自动化的尝试也在进行之中。

除此之外，持续供给足量的化合物以便进行生物活性评价和进一步开发研究才是以天然药物发现新药面临的最大考验，特别是当活性成分在植物中含量低，而通过全合成或者半合成的方法又不易实现，往往给天然药物研究与开发造成极大的障碍。组织培养技术和基因技术的应用是可能的解决方案。如果活性成分是微生物源的，可以应用“OSMAC”（one strain-many compounds）方法来增加活性化合物的产量及结构多样性，这也是许多制药公司愿意筛选微生物提取物的原因。

3.加强天然产物化学和现代药物研发的结合

我国传统天然产物化学和现代药物研发的结合，可能会更有效地帮助选择市场需要的优质项目，理顺整个研发过程。尽管候选分子的发现至关重要，但其深入开发才是对资本、研发经验和判断力的更大考验。例如，我国首先发现了抗疟药物青蒿素和抗白血病药物三氧化二砷，二者都是依靠国外公司的判断和投入才得以在世界范围内上市。中国药企要走向国际化，必须掌握药物开发过程中的风险控制和实际操作的技巧。

4.重视复方的研究与开发

近年来，以单一“基因-疾病-药物”研究模式进行药物研发面临的困难与问题日趋明显，尤其在解决复杂系统、复杂疾病的问题上显得捉襟见肘。越来越多的证据表明疾病在其病理过程中是受多因素影响的，而且大多涉及机体多重靶点及相关信号网络的变化。系统生物学、网络药理学等有关学科所倡导的多成分、多靶点及系统调控的思想正在引导着药物研发哲学理念和方法学上的革命。中医用药之精华在于整体观念和复方配伍，有着传统医药理论背景的复方与这些最新的思想理念不谋而合，这提示我们拥有几千年临床实践的这种用药形式确有其科学内涵。另外，对于一些疑难杂症的治疗，复方有其独特的优势。疾病是机体整体功能的失衡，复方的作用在于调节失衡状态以恢复到平衡状态，因而不仅要重视复方在药物发现中的作用，而且不能忽视复方这个组合天然产物化学库对于复杂疾病致病机制发现的提示作用。因此，我们对于复方的研究应该更加积极主动，充分挖掘其在药物发现、防病治病原理研究等方面的作用，在阐明复方科学内涵的同时，及时将相关研究成果进行转化。

5.发挥天然药物化学在传统医药理论与现代医学之间的桥梁作用

长久以来，传统医药理论难以用现代科学语言阐释，中药由于物质基础、作用机制和质量控制等方面的问题难以走出国门。天然药物化学有着很高的学科兼容性，能够与相关学科相互渗透，充分吸收相关学科最新的理论和技术。更特别的是，天然药物化学的研究对象包括在中医药理论指导下配伍组合而成的中药，这为天然药物化学“汇今朝之科技，扬中药之精粹”提供了平台，既架起了传统医药与现代科技之间的桥梁，亦可助力中药现代化与国际化。

6.加快建立高效、准确的天然药物筛选模型

药物筛选模型（drug screening model）是用于证明某种物质具有药理活性（生物活性、治疗作用）的实验方法，这些实验方法是寻找和发现药物的重要条件之一。人们在长期寻找药物的实践过程中，建立了大量用于新药筛选的各类模型，在新药发现和研究中发挥了积极作用。近年来，随着生命科学的发展，新的药物筛选模型不断出现，如目前研究较多的斑马鱼模型，由于其具有子代多、体外受精、胚胎透明等生物特性，作为良好的整体动物模型，已经广泛应用于毒理学、药理学、新药筛选等领域。但是对于某些靶标或者某些复杂疾病来说，缺乏合理的药物筛选模型依然是制约该类药物研发的重要原因之一。而对于天然药物复杂样品来说，现有的药物筛选模型很难满足其多成分、多靶点的特点，因此往往难以准确评价其药理活性，从而给新药研发造成极大阻碍。因此加快建立新的、合理的天然药物筛选模型显得尤为重要。

三、天然药物研究与开发的程序及模式

从天然药物中开发新药有多种途径，归纳起来主要可分为如下几种：①从古方、验方研究开发中药新药，古方、验方是千百年来临床经验总结，许多方剂疗效确切，这是我国的优势；②中药新药的二次开发，对过去研究方面得出的一些不太成熟的成果进行系统学习和总结，选择有潜力的苗头进行二次开发；③利用现代药效学研究方法，对中药有效部位进行研究，进而将其开发成新药；④研究天然产物活性成分，从中发现有药用价值的活性单体或潜在药用价值的活性单体即先导化合物，经进一步研究开发创新新药。

据国际上新药研发的成熟经验，结合我国国情，天然药物的研发过程大致为：首先根据医学典籍记载、民间经验、临床观察或文献调查来选定研究对象，收集原料进行活性测试；然后进行药效试验、毒性试验（包括急性毒性试验、长期毒性试验、生殖毒性试验，即致畸、致癌、致突变、依赖性等试验）和药代动力学试验；接着进行原料保障供应研究，包括资源调查、栽培研究、组织培养和人工合成；再次，进行制剂工业化研究，即处方及工艺研究、临床及生产用药品质量研究、原料及制剂稳定性研究以及生物利用度或溶出度试验。在取得相当的成果后，向卫生行政主管部门申报临床研究，经过包括Ⅰ期（起始期）和Ⅱ期（对照治疗试验期）的临床试验，申请新药证书及生产批文号，然后进行试生产及Ⅲ期（安全性考察期）临床试验，最后进行正式生产。

在天然药物的研究与开发过程中，新功能的发现也不容忽视。天然药物往往具有多种生物活性，也就是说除了具有原来的药理活性外，很有可能存在其他生物功能，故应对天然药物进行全面的药理活性筛选，充分发掘其潜能。活性筛选（功能发现）的对象可以是药材总提物、分离的部位或单体化合物。活性筛选的方式分为两种情况：①在样品充足和条件具备时，可以进行尽可能多的活性测试甚至全面的活性评价；②在样品不足或条件有限时，可以采取预测加验证的模式，即先综合文献报道、信息学分析、知识经验推测等多种方式预测出可能性较大的生物活性，再进行相应的药理实验验证。