方药量效关系研究的关键科学问题及研究策略

中华消化杂志, 2018,38(8) 王凤云 吴皓萌 张佳琪 马祥雪 郑蕊 吕林

随着社会环境和疾病谱的改变，公众对中医复方的有效性、安全性和经济性的要求不断提高，不断发展和创新中药复方量效关系(dose-response relationship)的研究是实现良好方药综合效益的重要途径。目前，方药量效关系研究已从经验积累和个案分析阶段，进入科学方法体系的探索阶段，由于方药是在中医药理论指导下运用，其自身属于复杂系统，效应具有多样性，且方药量效关系受多种因素影响，比如四气五味的应用，药味配伍和剂量选择等，因此，如何确保方药的疗效得到充分发挥是目前需要关注的问题。本文概述了中药复方量效关系近些年的研究进展，探讨了其中亟待解决的关键科学问题和策略，希望对临床应用及中医药理论科学内涵的阐释有所裨益。

一、方药量效关系的多维研究

量效关系是指药物的效应在一定范围内随着剂量的变化而变化。近年来中药复方量效关系研究逐渐受到重视，经过系统梳理和总结，具体从以下方面论述。

1．通过文献研究总结中药复方量效关系的规律和原则：

研究者们运用归纳演绎法和数据挖掘技术，总结和归纳了古今医家对中药复方量效关系规律的认识，可概括为5点^[1]。①药量变化可导致药效改变。如益母草用90～120 g长于利水消肿，15 g则能养血调经^[2]。②调整药物配比能够改变方药作用的方向。如桂枝伍白芍，两者等量可调和营卫阴阳，化瘀行痹；桂枝用量大于白芍，可温阳通脉，平冲降逆，助阳化气；白芍用量大于桂枝，则功效以敛阴和营、理脾和中、缓急止痛为主。③服用剂量依主症而变。如桂枝汤可根据病情的轻重程度，1 d的服用量从1服到9服，逐渐增加。④剂型不同，用量不同，疗效不同。如逍遥散及同方汤剂两种剂型均可改善肝郁脾虚证患者临床症状，但散剂疗效优于汤剂^[3]。⑤制剂工艺不同，用量不同，疗效不同。如参苓白术颗粒制剂的工艺改进后，临床研究发现新工艺方对功能性腹泻的胃肠道症状评估量表评分改善作用较原中药部颁标准工艺的参苓白术颗粒明显提高^[4]。

通过文献研究，发现方药量效关系研究一般都遵循以下原则^[5,6]。①切合中医理论。②基础与临床相结合。如动物实验能为临床量效研究提供初步的安全性评价，防止临床研究中方药因剂量过大而导致不良反应；而后可根据方药有效成分的有效剂量确定药物的剂量范围；另外结合分子生物学、药物动力学和药效学阐释量效关系的机制。③方与药相结合。以药为主线或切入点研究方药剂量和量效关系，从药论方，方随主药，先药后方，先易后难，这样影响因素少，较易得出明确的结果或结论；同时从药论方，寓药于方，特别是以名药论名方，一味药关联多个方剂，示范和辐射作用大。④宏观与微观相结合。除了症状和体征等宏观表型外，还有肠道菌群结构和多样性、机体代谢组变化等人体的微观表型，两者结合能更准确和详尽地反映量效变化。在文献研究基础上进行系统实验研究和临床观察，验证和修正前人经验，是量效关系研究的重要环节。

2．临床研究是验证量效关系的'试金石'：

临床观察和临床试验是方药量效关系研究的主要方法，除了提供医家方药量效运用经验外，还能对源自文献和动物实验的结果加以验证。方药量效关系的一般规律是具有剂量依存效应，一定范围内呈现量增效增的正相关性^[7]。由于临床试验中的伦理限制和安全性考虑，量效关系的相关临床研究较少，怎样进行深入研究需进一步探索。对此，罗辉等^[8]从循证医学的角度进行了研究设计，认为解释性随机对照试验、单病例随机对照试验和前瞻性队列研究可应用于整方、方剂君药、中成药量效关系的临床研究，具体研究方案的设计应充分考虑中药量效关系的特点。

3．通过实验研究探索量效关系的主要途径和方法：

体内或体外实验研究不同浓度和不同药物配比方药对病症的干预效应，结果发现一定范围内，方药存在剂量依存效应，但达到一定水平后，剂量依存效应消失。此外，不同配比方药的功效不同^[9]，如桃仁、大黄药对配比为2∶3～3∶2时表现出明显的协同作用(协同作用强度为－0.8)；桃仁5.5～10.0 g、大黄2.1～5.8 g时表现出拮抗作用(拮抗作用强度最大为0.6)。陈弘东等^[7]发现，量效间存在量效多波折(即在一定剂量范围内，方药剂量与效用之间有一定的量效关系，但不是单纯的线性或抛物线性关系，而是一种多波折曲线的关系)，主要与中药多系统、多层次和多靶点的作用有关。某一剂量范围内，各成分的作用以协同为主，则表现量增效增；反之则表现量增效减，如有多个成分的协同拮抗时，其量效关系的表现则可能以多波折的形式出现。

对量的定义除了方药浓度外，干预时间也是一个重要变量，即方药剂量的时间累积效应。例如，观察补肾生血解毒方对免疫介导的再生障碍性贫血小鼠淋巴细胞分化及血液学参数的影响，结果显示连续给药21 d和28 d较给药7 d、14 d能明显升高小鼠外周血中红细胞、血红蛋白、血小板、白细胞计数，存在累积效应^[10]。拆方与全方疗效的比较是方药量效研究的另一思路，一般而言全方作用优于拆方及其他药味的作用，体现复方是一个有机的整体，量效不是药物简单叠加的结果。

二、中药复方量效关系研究的关键科学问题

量效关系是中医药学科最基本的问题之一，是确定临床用药剂量的依据。实践表明，方药量效关系不仅有化学药物的共有属性，还有鲜明的中医药特色，需在中医药理论指导下运用，在研究中医复方量效关系时，需重点解决以下关键科学问题。

1．方药的关键成分是量效关系研究的物质基础：

效应的产生离不开方药成分，剂量也必须以方药成分为载体。单味中药本身就包含复杂多样的化学成分，从化学药物的角度看，单味中药就相当于一个复方，而复方经过化学反应后，又能产生新成分而发挥效应，复方疗效并非单味中药的简单叠加。方药复杂的化学物质是承载中药四气、五味、归经和升降浮沉等理论的基础，也是方药具有多效性的关键所在。一直以来，如何高效、高质量地明确方药原型成分，分析机体和肠道菌群对原型成分代谢后的产物，是量效关系研究中最基本的问题。尤其是肠道菌群对原型药物代谢后的初级代谢物，是既往量效关系研究经常忽略的部分。研究表明，肠道菌群的代谢对方药有增强吸收、提高药效、减毒或增毒作用，在方药效应的发挥中至关重要^[11,12]。目前，分光光度法、电位分析法、薄层扫描法、核磁共振谱法、高效液相色谱法和气相色谱法等技术已被广泛应用，研究者们可以获得丰富的方药化学成分信息，如何从中明确有效成分并从多途径(如在体实验、离体实验和计算机预测等)进行验证是研究方药量效关系的重点^[13]。对于方药这一复杂系统，其效应的验证离不开系统论的指导，诸如谱效关系分析、高通量筛选、组合化学技术和系统生物学等技术的运用，对方药量效关系物质基础的研究具有支撑作用。

2．药味的配伍使用是中药复方药效发挥的特色：

药物配伍是中药复方的重要指导思想，配伍不仅能增强疗效，也能减轻药物毒性。研究发现，补中益气汤配伍'升清'的升麻、柴胡对脾虚小鼠胃肠道有推进作用，补中益气汤去升麻、柴胡加羌活、独活、防风，以及补中益气汤去升麻、柴胡加葛根对脾虚小鼠小肠推进率均比原方差，提示补中益气汤中升麻柴胡的配伍难以被其他升提类风药替代，配伍或加减失当会明显影响方剂疗效^[14]；另一方面，配伍除了协同增效外，还能减轻毒性。当前方药配伍规则尚缺乏系统梳理和深入挖掘，可通过文献研究法和多元统计学方法定向分析药物配伍规则，并对基本配伍规则(如君臣佐使和七情的制方规则)建立判别模型，有助于筛选配伍方案，并评价安全性和有效性，实现疗效最大化和不良反应的最小化以实现最佳配伍，指导临床用药。

3．剂量是方药疗效发挥的关键：

当病、证、方、药明确后，量是决定效的关键因素，尽管对每种方药有用量范围规定，但大部分方药的量效关系和最佳疗效用量仍不甚明了。古人用方常'效如桴鼓'，究其原因，剂量的正确选择可能是主要原因之一，什么样的剂量才能发挥方药最佳临床疗效尚无定论。有观点认为剂量选择'不必凿求经方原量''以临证药效为准''注重原量比例'，但方药疗效会因药材的质地、地域、产地、药物配伍、煎服方法、煎煮时间等方面的影响而改变；不仅如此，方药用量常需考虑病证特点、体质、年龄、病情、心理因素、营养状况等内在因素。方药剂量与疗效之间不是简单的线性正比关系，还存在多波折的曲线关系，这些复杂因素增加了临床剂量选择的难度，影响方药临床疗效，制约了方药量效关系的研究。另外，中药复方从煎煮到吸收进体内，存在从处方量到饮片量、煎出量、摄入量再到吸收量的过程，即多环节的量传递过程^[15]。这些决定了方药量效关系研究不能完全复制西药的模式，应结合中医药学整体观和辨证论治的特点，剂量需因病、因证、因方、因药和因人而定，并在充分考量方药主次效应和安全性的基础上开展方药量效临床评价，从而指导临床合理用药。

4．方药量效关系的研究模式亟待探索：

当前中医方药量效关系已进入研究探索阶段，其重心在于研究方药量效关系的内在规律，这是对方药安全性和有效性的有力保障，也是规范方药临床运用的重要证据。通过改变具体方药剂量或药物配比，从而观察病证改善情况和机体其他表型变化，是研究量效关系内在规律的主要方法。对量和效概念的理解，决定了所探寻规律的准确性和适用性。一般而言，方药的量主要指浓度概念，也包括配比和时间变化引起的累积量，而效除了指病证改善程度外，还应考量不良反应、毒性和机体其他表型的变化等。最小有效剂量或最低有效浓度、最大效应或效能、半数最大效应浓度、效价强度、半数有效量、半数致死量、治疗指数、半衰期、达峰时间、最小有毒量和产生治疗效应的药物浓度范围、剂量阈(方药起效的最低剂量)、治疗窗(疗效最佳而毒性最小的药量范围)等重要参数有助于描述量效动态变化，揭示量效关系内在规律，为进一步探索符合中医方药量效关系的研究模式提供依据^[14,16]。段金廒等^[17]将方剂不同评价体系的效应评价和同一作用对象的动态特征与综合作用进行有机关联，提出了双相二时段的方药量效关系特征，由此得出表征证候转归效应的量-效曲线和表征疾病疗效的量-效曲线，前者动态评价机体状态指标的量效关系和时效特征，后者动态评价疾病指证性指标的量效关系和时效特征，这些对方药量效研究的模式化和规范化做出了积极探索。

三、研究的思路及策略

1．加快系统生物学在中药复方量效关系研究中的应用：

基因组学、蛋白质组学和代谢组学对中医方药研究起重要推进作用，构建组学网络对揭示方药量效关系内在规律的物质基础和科学内涵阐释有重大意义。其中，代谢组学可为药物代谢动力学提供重要支撑，可用于分析方药原型成分、经机体和肠道菌群代谢后的初级代谢物或次级代谢物，同时进行复方安全性、方药效应机制和证候的研究，甚至代谢组学自身就能作为一种表型或效应，参与量效关系研究。通过对生物体尿液、血液的代谢组学特征分析，经模式识别处理后，可以监测代谢网络结构在方剂干预下的动态变化过程，从而揭示方剂药效物质基础及量效关系^[18]。

需要注意的是，既往认为量效关系产生的根本在于方药有效成分群与机体相互作用，随着人体微生态学的兴起，新的观点认为'肠道菌群-方药'相互作用也是产生方药量效关系的重要基础，例如肠道菌群对部分方药不可吸收的原型成分代谢后，初级代谢物可被人体吸收利用，进而产生效应，而方药也可调节肠道菌群的结构和多样性，应重视肠道菌群对方药量效关系的影响^[19]。

2．推进网络信息技术对中药复方量效关系的研究：

以还原论的方法研究复杂系统的量效关系工作量巨大，难以逐一验证。通过建立数据库，运用适宜算法，进行方药-量-效-病证-分子多网络联合的预测分析，进而通过临床试验或动物实验加以验证是高效而经济的研究方法。

目前中药信息化取得了长足进步，中医药数据库、中草药三维结构数据库、中医药综合数据库(traditional Chinese medicine integrated database, TCMID)等数据库的建立，提供了方药及其主要化学成分的检索服务，方便了科研工作的开展，但收录的中草药和方剂数量有待增加，已有的化学成分信息有待补充或完善。此外，疾病和信号通路数据库的日益丰富，也为方药的量效研究提供重要支撑。进一步建立中医核心方剂数据库、疾病-证候数据库和方药-宿主-菌群相互作用数据库，弥补当前网络药理学预测中的不足，可更好地运用计算机进行方药复杂系统的靶点和功能预测，进而通过临床试验或动物实验进行验证，形成方药-量-效-病-证的药理学研究链。

方剂的七情配伍和君臣佐使等是中医系统观的体现，与网络药理学的研究思路高度拟合，其中DMIM算法能以联合交互信息的平均信息量及中药在处方中的君臣佐使间距来辨别众多药方中功效相近的中药组合，并构建中药网络。采用DMIM方法分析3 865个传统处方的中药网络，能较好诠释传统的中药配伍药对及其治疗特点，同时还发现了新的具有协同或拮抗作用的药对^[20]。计算机算法是研究思想的抽象化，开展方药量效关系研究时，算法必须符合中医药理论，遵循中医药的规律和特点。

3．探索方药量效关系的研究模式：

方药量效关系的研究涉及质量控制在内的病-证-方药成分、量-效-分子机制等多个方面，采用模块化研究策略，最终进行多维度网络整合，对方药量效关系研究体系的建立具有支撑作用。其中，方药的质量控制、方药成分分析鉴定、病证表型和相关分子机制等维度作为中医药领域的共性研究内容，已有相应的研究方法和评价体系，可直接运用于方药量效关系研究中。方药量效关系的研究核心还需围绕量和效开展，而各模块研究成果在整合时的逻辑构建和计算机算法需符合中医药理论和临床诊疗实际需求。

方证相应不仅是中医方药区别于化学药的特征之一，也是复方量效关系的基础。病证结合研究是方药研究的主要模式。病是对疾病全过程特点与规律的概括；证是疾病不同阶段和不同类型病机的概括，包括病因、病位、病性和病势等主要内容，病证结合能更好地体现病程中不同时点机体对不同病理变化的整体反映状态，具有动态时空性，与量效关系的动态时空性高度拟合^[21]。病证是病机的载体，针对病机所立的治则治法最终需靠方药实现，在治疗具体病证时，为使方药'效专力宏'，常需要通过配伍、剂量、炮制、剂型、煎服方法与体质等诸多因素进行调和，从而发挥方药以'治则治法'为导向的各层次功效，以切中病证的病机。与化学药物量效关系研究不同的是，方药量效关系还需包括对证候疗效的研究，并以疾病和证候的双重改善作为疗效评价核心，构建方药量效关系研究的评价体系，包括反映生命质量的评价指标、反映心理状态的评价指标、反映中医药特色的评价指标及方药量效传递效率评价指标等。

四、展望

方药量效关系研究，关乎临床合理用药、复方疗效和安全性的评价和提高及方药的转化开发。随着方药基础与临床研究的数据积累、多学科理念和技术的交叉渗透，以及计算机和网络信息技术方法的发展，将为方药复杂系统量效关系研究带来突破，以更多可信和精确的数据回答上述科学问题，从而建立方药量效关系的研究体系，为探索符合中医药自身研究特点的模式，提供方法学支撑。

关注“消化科空间”