疫情下中药学专业“云端教学”学期总结与思考

系统归纳2020年春季学期发表的线上教学论文,从教学内容、教学形式、考核方式3个方面入手,通过梳理线上课程、线上实验平台、线上教学模式、课程辅助资源等,总结教学经验,以期为广大中医药院校教师提供“云端教学”方法和思路。

基于生物信息技术探究藿香正气液治疗COVID-19的机制

目的探究藿香正气液(HXZQ)治疗新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 19,COVID-19)的网络调控机制。方法通过SymMap、TCMSP数据库筛选药物的归经、有效成分;输入Pharm Mapper数据库、DrugBank数据库、SwissTarget数据库获得相应基因;检索GeneCards数据库获得COVID-19的靶点基因;利用R语言3.6.1截取交集网络获得候选靶点;借助Cytoscape 3.7.1将归经-中药-化合物-靶点-疾病网络进行可视化处理;在STRING平台上构建蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction,PPI)网络并导入Cytoscape 3.7.1完成图像处理;利用DAVID数据库对候选靶点进行GO(gene ontology)富集分析和KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)通路注释;用AutoDock Vina 4.2.6将关键靶点与关键成分进行分子对接,并用PyMol进行可视化处理。结果获得164种有效化合物、443个不重复的靶标、67个疾病治疗靶点。GO功能富集得到GO条目173个(P<0.05),其中生物过程(biological process,BP)条目126个,细胞组成(cellular component,CC)条目22个,分子功能(molecular function,MF)条目25个;KEGG通路富集得到114条信号通路(P<0.05)。结论藿香正气液中的有效成分槲皮素、β-谷甾醇、柚皮素、汉黄芩苷、山柰酚、2-hydroxyisoxypropyl-3-hydroxy-7-isopentene-2,3-dihydrobenzofuran-5-carboxylic和甘乌内酯等可能通过调控肿瘤坏死因子信号通路、鞘脂信号通路和缺氧诱导因子-1信号通路中的MAPK1、MAPK3、RelA等关键靶点,干预多个与抗炎、免疫杀伤和重塑气道等相关的生物功能,从而发挥治疗COVID-19的作用。

肉苁蓉和管花肉苁蓉的比较研究及市场现状分析

肉苁蓉与管花肉苁蓉皆收录于《中华人民共和国药典》(2015版),两者功效相似,但价格却相差悬殊。本研究对历代本草典籍和现代文献中肉苁蓉与管花肉苁蓉的来源进行考证,并对两种肉苁蓉的化学成分及生物活性进行比较,搜集两者在药品、保健品中的应用及进出口方面的相关信息,分析总结两种肉苁蓉的商业价值,为肉苁蓉和管花肉苁蓉的开发利用提供参考。

基于中药超分子化学探讨甘草与难溶性矿物药石膏配伍的科学内涵

以甘草-石膏(gancao-shigao,GC-SG)药对为研究对象,运用中药超分子化学探讨中医临床应用植物药GC配伍难溶性矿物药SG的科学内涵。①观察GC、SG单煎及共煎液的丁达尔效应、微观形貌并测定其粒径、出膏量和电导率,运用等温滴定量热法(isothermal titration calorimetry,ITC)和红外吸收光谱法(infrared absorption spectroscopy,IR)检测GC-SG之间的相互作用。②以等SG质量的可溶性钙盐氯化钙(CaCl_(2))代替SG与GC共煎探究钙盐含量对水煎剂的影响,结合丁达尔效应、微观形貌、出膏量及电导率进行表征,并运用ITC和IR技术检测二者相互作用;对比研究GC-SG、GC-CaCl_(2)共煎液zeta电位、紫外-可见分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotometry,UV-vis)光谱差异,并结合电感耦合等离子体发射光谱仪(inductively coupled plasma optical emission spectrometer,ICP-OES)和高效液相色谱仪(high performance liquid chromatography,HPLC)检测共煎液中的无机和有机成分含量差异。结果表明:①与单煎液相比,GC-SG共煎液有更明显的丁达尔效应,且电镜下呈均匀球形纳米颗粒,出膏量、电导率等物理表征结果显示共煎促进彼此成分溶出;ITC和IR结果表明GC-SG之间存在较强相互作用,初步表明GC-SG共煎促使形成均匀、稳定的中药超分子体系。②以可溶性钙盐代替难溶性SG与GC共煎,出现较单煎液强但散光的光路,zeta电位降低,形成大量聚沉物;出膏量和电导率结果显示共煎较单煎成分溶出减少;ITC、UV-vis和IR结果表明GC与SG、Ca^(2+)之间均有相互作用,GC-Ca^(2+)聚沉物的形成表明大量可溶性钙盐会破坏中药超分子的稳定性;ICP-OES和HPLC结果显示,GC-Ca^(2+)中的甘草酸(glycyrrhizic acid,GA)成分明显低于GC-SG,这与随着Ca^(2+)浓度升高形成大量聚沉物,降低GA等有效成分溶出有关。本研究表明GC-SG配伍可形成均匀、稳定的中药超分子体系,以SG中主要成分钙盐为切入点,过量的可溶性钙盐可促使GA等有效成分聚沉,以此揭示GC与难溶性矿物药SG配伍的科学内涵。

基于中药超分子与肠道菌相互作用探讨大黄-黄连配伍和合的物质基础

基于中药超分子与肠道菌相互作用过程探讨大黄-黄连配伍和合的物质基础。采用扫描电子显微镜和动态光散射法表征大黄单煎液、黄连单煎液与配伍共煎液的形态学差异,通过建立体外抑菌模型(大肠杆菌E.coli,屎肠球菌E.faecium与枯草杆菌B.subtilis)初步评价大黄黄连配伍对肠道菌的损伤作用;通过超高效液相色谱-串联质谱技术分析单煎与共煎的化学组分变化规律。大黄黄连共煎煮后呈浑浊状,电镜下可见300~400 nm的类球形颗粒,且较单煎液相比其汤剂相态更均一稳定;并直接观察到二者配伍后形成的超分子和肠道菌的相互作用与单煎液相比明显不同,超分子与肠道菌相互作用过程中维持类球形状态,封闭着黄连或大黄中的药效成分,可有效缓和对肠道菌的损伤,为后续大黄-黄连配伍“和合”调控肠道菌群稳态研究提供参考。

中药金属配合物超分子水凝胶的制备及其多重生物活性评价

本研究以中药活性成分甘草酸与锌离子形成金属配合物超分子水凝胶为例,探究不同浓度锌离子对金属配合物自组装的影响,并对形成的无载体超分子水凝胶的性质及组装机制进行表征;采用扫描电子显微镜和zeta电位表征了甘草酸-锌离子配合物水凝胶的微观形貌及稳定性,其微观形态为1μm左右的类球形颗粒,且长期放置稳定性良好;采用流变仪检测其材料学性质,其具有优异的机械稳定性、可愈合性和可逆性;通过体外抑菌实验,发现甘草酸-锌离子配合物无载体超分子水凝胶相比甘草酸具有增强的抑菌效果;分别采用脂多糖和过氧化氢诱导RAW 264.7细胞损伤模型进行活性评价,发现该水凝胶同时具有抗炎和抗氧化的功效。以上研究结果表明,甘草酸-锌离子金属配合物水凝胶不仅具有良好的材料学性质,自身还具有良好的抗菌、抗炎、抗氧化多重生物活性,具有作为无载体多功能抗菌敷料的潜在临床研究价值,本研究为从天然中药活性成分中发现新型生物医疗材料提供参考。

基于“干法+湿法实验”和“配位化学”探讨石膏解热配伍规律及物质基础

目的整理分析含有石膏的古方,挖掘石膏在治疗热证时的配伍用药规律,并结合“有机小分子活性成分与无机金属离子”间的配位化学探究其解热的物质基础。方法收集《中医方剂大辞典》中含有石膏且具有解热作用的方剂,构建方药数据库,利用Microsoft Excel 2019统计各中药出现频次,通过SPSS Modeler 18.0对方剂中的药物进行关联规则分析,得到核心药物组合。运用网络药理学分析核心药物组合,得到核心靶点,并进行蛋白互作分析以及基因本体(gene ontology,GO)和京都基因与基因组百科全书(Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG)富集分析;用等温滴定量热仪滴定核心药物组合,验证其是否发生反应;梳理中药有机活性成分-金属配合物研究进展,探究石膏解热物质基础。结果共纳入方剂1440首,以汤剂、散剂为主;涉及中药770味,其中与石膏配伍的高频中药29味(频次≥100),以清热药、补虚药、解表药为主。关联规则分析得到二项关联16条,其中核心药物组合“石膏-黄芩”和“石膏-甘草”的有效成分分别为43、99个,与发热的交集靶点有51、94个。GO和KEGG富集分析结果显示,2个核心药物组合很可能以调控核转录因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)信号通路为主,同时调控白细胞介素(inter leukin-6,IL-6)、肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)、一氧化氮(nitric oxide,NO)等细胞因子及丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinases,MAPK)信号通路、TNF信号通路等,协同发挥作用。以核心药物组合“石膏-黄芩”为例,等温滴定量热实验结果显示黄芩和石膏互作强烈,而其主要有效成分黄芩苷和钙离子也发生了配位反应,证明黄芩中的活性成分和石膏中的金属离子可发生相互作用。通过梳理中药有机活性成分-金属配合物研究进展,推测石膏药效的发挥与其中金属元素和配伍中药有机活性成分形成配合物密切相关。结论利用“干法+湿法实验”结合“配位化学”理念,探究石膏解热配伍规律及物质基础,石膏在自身发挥解热作用的同时,其中丰富的元素可与配伍中药中的黄酮类、蒽醌类、多糖类等有机活性成分形成配合物,从而增强生物活性,发挥协同作用,以期为石膏解热物质基础及机制的探究提供新的方向。

基于“干法+湿法”联用技术探究西藏沙棘抗氧化质量标志物

该研究以干法(网络药理学分析)和湿法(高分辨率质谱分析及抗氧化实验)技术交叉联用预测西藏沙棘抗氧化质量标志物。采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨率质谱联用技术(UPLC-Q-Exactive Orbitrap-MS)对西藏沙棘中的化学成分进行定性分析,随后通过DPPH自由基和超氧阴离子清除实验评价石油醚、乙酸乙酯、正丁醇和水4个不同极性部位的抗氧化活性,并利用网络药理学方法进行功能富集和通路分析,筛选抗氧化相关成分并初步阐释作用机制,在此基础上整合多源信息对抗氧化质量标志物进行预测分析。结果表明,从西藏沙棘中共鉴定出51个化学成分,包括黄酮类18个,萜类14个,生物碱类6个,香豆素和苯丙素类各4个,挥发性成分3个,多酚类2个。不同部位的抗氧化能力:乙酸乙酯>正丁醇>水>石油醚。网络药理学分析出西藏沙棘主要通过槲皮素、木犀草素及山柰酚等黄酮类成分作用于PI3K/Akt和FoxO信号通路发挥抗氧化作用。综合干法和湿法结果预测槲皮素、木犀草素和山柰酚为西藏沙棘的抗氧化质量标志物。该研究以西藏沙棘抗氧化质量标志物为例,探讨了一种基于成分、功能和信息学三元体系信息预测质量标志物的研究模式,为西藏沙棘质量评价标准的建立提供科学依据。

基于弱键诱导的超分子体系探讨甘草和合黄连“性-味-效”物质基础

中药复方在煎煮过程中易出现浑浊、沉淀现象已是共识。目前,课题组对“中药汤剂多相态”成因研究发现主要是来自于中药有效成分间相互作用,其中又以酸碱类成分相互作用的研究为主。例如发现甘草-黄连药对煎煮液中含有大量有效成分形成的超分子体系(>30%),且能够在汤剂体系中稳定存在。本研究抽提超分子部位,运用扫描电镜、动态光散射法表征超分子部位的形态,观察到该超分子体系为尺度均一、形貌规则的纳米球;采用液质联用技术(LC-MSn)对超分子部位的主要物质组成甘草酸和黄连素进行了鉴定;综合紫外、红外光谱技术研究表明,甘草-黄连配伍共煎过程中化学成分相互碰撞,分子间弱键作用诱导化学成分重排、聚集形成超分子;进一步通过小鼠腹泻模型、感官评定和抑菌活性评价发现,甘草黄连配伍共煎不仅增强黄连抑菌活性,而且与黄连单煎组和二者间隔给药组相比,配伍显著“和合”黄连“大苦大寒”之性。所有动物实验过程均经过北京中医药大学动物伦理委员会批准,严格遵循北京中医药大学实验动物相关规定。本研究利用超分子化学的研究方法从“药性-药效-药味”三个角度初步探讨了甘草-黄连配伍共煎“增效减毒”的科学内涵,为甘草“和合”配伍物质基础研究提供新思路。

基于成分分析-活性筛选-网络药理学的白花秦艽抗氧化物质基础研究

目的:基于成分分析-活性筛选-网络药理学多维度分析白花秦艽抗氧化物质基础。方法:利用UHPLC-Q-Exactive四级杆-静电场轨道阱高分辨率质谱对白花秦艽的化学成分进行鉴定,同时对藏药白花秦艽的不同极性部位(水、正丁醇、乙酸乙酯、石油醚)进行体外抗氧化活性评价,利用网络药理学对其关键成分、核心靶点以及作用通路进行分析。结果:鉴定出白花秦艽19个化学成分,其中黄酮类成分12个,萜类成分5个,香豆素类化合物2个。不同部位抗氧化能力正丁醇层>乙酸乙酯层>水层>石油醚层,同时筛选出关键成分有芹菜素、木犀草素、熊果酸、高良姜素、葛根素等化合物,与疾病交集的靶点60个,度值排名前两个是环氧合酶-2(PTGS2)和肿瘤坏死因子(TNF),分子对接显示两者与各成分结合能力最强。按P值大小排列,GO富集分析前15条主要有细胞氧化还原过程调控、细胞衰老调控、细胞凋亡的调控等,KEGG信号通路富集分析主要有低氧诱导因子-1(HIF-1)信号通路、TNF信号通路等。结论:基于成分分析-活性筛选-网络药理学多维度分析得出芹菜素、木犀草素、熊果酸等成分可能是白花秦艽潜在的抗氧化物质基础,且主要影响PTGS2和TNF两个靶点及其信号通路。

基于弱键诱导的小檗碱-黄酮苷类超分子“结构-构象-形态-活性”传导关系探讨中药配伍理论科学内涵

目的以2种不同的超分子,即黄芩苷-小檗碱(BA-BBR NG)和汉黄芩苷-小檗碱(WOG-BBR NF)为研究对象,利用弱键化学从“结构-构象-形态-活性”相关性探讨中药配伍“驱邪不伤正”的科学内涵。方法基于2个超分子葡萄糖醛酸基团构象(A式和N式)的不同,结合2D-NMR分析和最低能量构象研究,采用激光扫描共聚焦显微镜(laser scanning confocal microscope,LSCM)、场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)对超分子进行表征,从宏观和微观现象的不同探讨这种结构和构象的差异对超分子形态的影响;同时,通过微量肉汤稀释法、平板划线法、细菌形态观察及生物膜清除实验评价超分子活性的差异。结果BA-BBR NG形态随浓度变化,当浓度大于成胶浓度(>10mmol/L),其形态在电镜中观察到球形超分子逐步形成“珍珠链”状超分子,而WOG-BBR NF在各浓度下均为非交联的刚性纳米纤维;BA、WOG的最优构型分别为N式和A式,但当它们各自和BBR通过弱键作用力自组装后,最优构型则转变成了A式和N式;另外,体外抑菌研究表明2个超分子对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和屎肠球菌的抑制作用与小檗碱相比明显不同,且超分子抑菌活性呈现“选择性”。结论中药超分子物质基础与单体成分相比具有独特性,单体成分结构和构象的不同,会导致分子间相互作用在弱键诱导下形成不同的超分子形态,进而影响生物活性。

基于透明质酸超分子特性对中药小分子化合物功能改进的研究进展

透明质酸由于其良好的生物相容性、可降解性、亲水性、肿瘤靶向性、黏性等特征广泛应用于生物材料、化妆品、临床医学等领域。中药小分子化合物具有显著的药效学活性,但仍存在溶解度低、靶向性差等缺点,这使其临床应用受到限制。基于透明质酸的超分子特性,本文汇总了国内外众多学者利用透明质酸作为载体对中药小分子化合物的溶解性、生物利用度、靶向性、适宜剂型等进行改善和功能提高的研究,将对挖掘中药小分子化合物潜在应用价值及新药研发提供新的思路和启发。