全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 43 卷 第 5 期 2012 年 5 月

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·中药现代化论坛·
系统化学生物学在中药谱效关系研究中的应用展望
崔秋兵 1，张 艺 2
1. 内江师范学院化学化工学院，四川 内江 641000
2. 成都中医药大学民族药学院，四川 成都 611137
摘 要：中药谱效关系是当前中药研究的前沿课题，其在中药质量控制和疗效评价中起着重要作用。谱效关系研究方法中，
药效评价方法及其与化学指纹图谱的联系是必须解决的关键问题之一。现行药理学评价指标多是总体宏观指标，与化学指纹
图谱数学关联度不高。系统化学生物学研究对象及内容和中药谱效关系结合紧密，而系统化学生物学中的小分子化合物对生
物大分子的调控作用即体现为药效，化学信息学和化学计量学的发展为精确表述它们的关系拓宽了思路。通过对中药谱效关
系研究的分析，指出将系统化学生物学方法运用到中药谱效关系研究中，旨在为谱效关系研究开辟更加广阔的道路。
关键词：系统化学生物学；中药；谱效关系；化学信息学；化学计量学
中图分类号：R284.1；R285 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2012)05 - 0833 - 04
Application prospect of system chemical biology in study on fingerprint-bioactivity
relationship of Chinese materia medica
CUI Qiu-bing1, ZHANG Yi2
1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Neijiang Normal University, Neijiang 641000, China
2. College of Ethnic Medicine, Chengdu University of Traditional Chinese Medicine, Chengdu 611137, China
Abstract: To study the fingerprint-bioactivity relationship of Chinese materia medica (CMM) is an advancing topic now and it plays
an important role in quality control and efficacy assessment. Pharmacodynamic evaluation method and its relationship with chemical
fingerprint are the key problems to be solved in the fingerprint-bioactivity research. Current pharmacological evaluation indexes are
mostly macroscopic and are not mathematically correlated with chemical fingerprint. Research objects and contents of system
chemical biology and fingerprint-bioactivity relationship of CMM are close. Regulation of small molecules against biological big
molecules in system chemical biology is pharmcodynamic effect. With the development of cheminformatics and chemometrics, the
relationship of the above two could be accurately described. From the analysis on chemical fingerprint-bioactivity of CMM, applying
the system chemical biology to chemical fingerprint-bioactivity of CMM is feasible.
Key words: system chemical biology; Chinese materia medica (CMM); fingerprint-bioactivity relationship; cheminformatics; chemometrics

中药指纹图谱作为一种新的分析方法，能全面、
综合地反映中药所含成分及相对关系，较好地体现
中药成分的复杂性和相关性。中药指纹图谱质与量
的特征和药效研究结果相联系，进行谱效关系研究，
建立两者关联的数学表达式，即中药谱效学。随着
化学成分分析方法的发展，指纹图谱能定性、定量
描述中药化学成分，为中药研究奠定了坚实的基础。
中药谱效学是中药更深、更高层次的发展，经过近
几年的研究和探索，在研究思路和方法上都获得重
大突破。但随着研究的深入，研究的瓶颈问题也越
来越突出，总体宏观的药理学评价指标已经不能满
足研究的需要，中药谱效关系中的药效结果应该如
何科学的表述，刚刚诞生的系统化学生物学提供了
很好的思路。本文旨在为中药谱效关系的研究找到
突破口，推动中药的科学化和现代化发展。
1 谱效关系的提出及研究进展
“谱效关系”是中医药业内人士提出和倡导的处
于学术前沿的中药现代化研究思路，是建立在中药

收稿日期：2012-02-10
作者简介：崔秋兵（1974—），讲师，主要从事中药及民族药的药效物质基础研究。Tel: 15196742563
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指纹图谱研究基础上，比中药指纹图谱更深入一层
的科学研究。
对中药指纹图谱的发展趋势，谢培山[1]提出了
从质量“可视”逐步做到“谱”、“效”一致，即以
完整的“谱”表征整体的“效”，但不是所含化学
成分简单的线性加合。李戎等[2]较为系统地提出了
中药谱效学将标示物质群特征峰的中药指纹图谱
与功效结果相对应起来，将中药指纹图谱中化学成
分的变化跟中药药效结果联系起来，建立起实际意
义的中药“谱效”关系。罗国安等[3]提出应用生物
信息学方法，从中药指纹图谱的多种化合物中确定
出与药效相关的化合物群（一组化合物），寻找有
效部位或有效组分的图谱与活性效应之间的组效
学特征（组效关系）。王毅等[4]则对组效关系数学模
型的建立进行了阐述，提出了在获取中药化学分析
数据和药效检测数据基础上，使用药物信息学方
法，构建药效作用的多因素调节网络模型，探索中
药的多种药效组分协同作用机制。
随着谱效关系理论的提出，探索研究不断涌现。
HPLC、GC 等指纹图谱在研究药效物质基础中应用
较多，对指纹图谱各共有峰相对峰面积[5-7]及相对保
留时间[8]进行量化，再与药效学数据相关联，研究指
纹图谱谱效关系；灰关联度分析方法[9-10]也被应用到
谱效关系研究中。药物入血后，血清 HPLC 指纹图
谱与药效学信息进行相关性研究[11]；药物不同类成
分部位与药效之间的相关研究[12]等谱效关系研究也
先后出现。陈忠[13]依据 HPLC 指纹图谱峰面积大小
兼顾保留时间的均匀分布，结合各药理活性指标，
得到 3 个谱效关系（组效关系）方程，并对拟合的 3
个方程分别进行了计算值与实际值的比较，结果提
示，使用有序多分类 Logisti 回归得到的谱效关系方
程较为合理。从线性回归预测结果可以看出，对高
效的样品误差较大，对中效的样品与实际结果比较
接近，究其原因可能是药理指标本身并不是实际意
义上的计量指标，而是一个综合评价指标。
通过指纹图谱能反映出中药的整体化学物质
基础，并能对其进行定性、定量分析，但对体现中
药疗效的具体物质基础并没有认识清楚。目前，中
药药效评价方法也主要是传统的宏观总体指标，将
化合物的精确指纹图谱和笼统的药效指标相关联，
意义不大或无法进行关联分析。目前关于中药指纹
图谱谱效相关性的研究尚不多见的原因之一是中
药药效物质基础及其体内过程的研究有待进一步
深入。而刚刚诞生的系统化学生物学恰好能解决中
药谱效关系研究中所遇到的难题[14-16]。
2 系统化学生物学
系统化学生物学是在化学信息学及生物网络
模拟的带动下，在系统生物学及化学生物学等学科
的基础上发展起来的交叉学科，是化学生物学的系
统化，属于系统论研究的前沿科学。
2.1 系统化学生物学的研究对象及内容
系统化学生物学研究一般是从对生物体的生
理或病理过程具有调控作用的小分子生物活性物
质开始，研究活性小分子与生物靶分子相互作用过
程、分子识别、信息传递、生命过程的小分子调控
机制，中心任务是采用小分子达到对生物通路的调
控。使用小分子研究生命过程，以往的研究就已经
获得了成功，如卡尔森使用氯丙嗪发现多巴胺受
体，G-博瑞斯使用秋水仙素发现微管蛋白等。对化
学生物学的诞生和发展做出了卓越贡献的施瑞伯
于 2000 年首先报道了利用蛋白质微型方阵（即芯
片）研究蛋白质相互作用及与小分子作用[17]，理解
蛋白质相互作用并寻找可以影响这种相互作用的
分子就可能实现随意调节信号的开关或基因表达，
基因芯片为该研究思路提供了可能。系统化学生物
学研究主要表现在以下几个方面：（1）基因表达的
小分子调控，利用小分子来操控转译过程，促进或
拮抗调控过程中核蛋白——蛋白相互作用；（2）细
胞周期的小分子调控研究，有许多生物活性小分子
具有调控细胞周期的功能；（3）细胞信号转导的小
分子调控，能特异性地作用于细胞膜表面的受体，
或可穿透细胞膜直接与细胞内的各种蛋白酶相互
作用，激发或抑制各种信号转导的级联反应，从而
控制各种细胞功能[18-20]。
2.2 化学信息学
大量的小分子作用于生物系统的研究是很复
杂的，从单靶点到多靶点、多系统、多层次以至整
个生物体。充分准确描述小分子对基因和蛋白的调
控作用，把化学信息和相关生物信息结合起来，建
立数据库，这个联系的纽带就是化学信息学。化学
信息学是以计算机为基础，研究化学小分子对生物
系统调控的主要资源，并逐渐应用到小分子化合物
对系列靶点具有生物活性的芯片研究上[21-22]。化学
信息数据库的建立将为小分子改变蛋白质的合理
性提供依据[23-24]。随着快速合成和高通量筛选的出
现，大批化合物及其靶点和通路被发现，至今已有
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20 多个数据库对小分子化合物及其生物活性进行
描述。对小分子的复杂生物作用点同时捕获多重测
量，需要建立多维数据传输转换系统对数据进行采
集、聚类和可视化，不但能够模拟，而且能够精确
预测化合物结构对生物系统影响的复杂关系，这有
待于计算机科学家开发新的化学信息学工具。化学
信息学可以借鉴生物信息学已取得的成果，并且不
断发展完善[25]。
系统化学生物学的发展需要网络模拟过程，把
化学信息和生物信息结合起来，尤其是能把大量已
取得的化合物数据应用起来，在生物系统网络中能
够描述、模拟、可视化小分子化合物的结构，通过
数据库比较小分子化合物的性质，预测小分子化合
物对生物系统的影响。系统化学生物学的发展极大
地改变了对复杂生物系统的传统观念，尤其是小分
子化合物对生物系统的相互作用。中药药效在系统
化学生物学中得到完美的阐释，化学信息学为中药
谱效关系研究方法开辟新的道路。
3 系统化学生物学与中药谱效关系研究展望
系统化学生物学和中药谱效关系在研究对象
和内容上是一致的，谱效关系研究从本质上看也是
小分子化合物（药物）和人体内生物大分子的关系
（药效）。中药多种成分组合配伍所产生的药效是多
指标的，其生物活性及其分子机制非常复杂；而且
中药低剂量用药的特点使得对活性检测的灵敏度
要求很高；这些都使得传统的生物活性分析技术不
能完全适应[26]。运用系统化学生物学方法，以高灵
敏度和高通量检测为特点的药物蛋白质组学和化
学蛋白质组学技术则有望成为中药成分活性分析
的新方法。系统化学生物学与中药谱效关系研究的
交叉融合见图 1。
中药有效部位、有效部位群即中药药效物质基
础是中药化学指纹图谱的本质，也是研究中药谱效
关系的关键。系统化学生物学必须以中药药效物质
基础为依托，才能指导中药化学指纹图谱、中药谱
效关系的研究。中药药效物质基础的研究虽然报道
甚多，但并不系统和深入，限制了中药化学指纹图
谱、中药谱效关系的研究。运用现代先进的分析手
段建立中药药效物质数据库系统，为中药谱效关系
研究奠定基础。


图 1 系统化学生物学与中药谱效关系研究
Fig. 1 System chemical biology and fingerprint-bioactivity relationship of CMM
小分子化合物
天然或合成 中药
生物大分子
宏观与微观
药效

9CBG2Ï-è0J

ê:µC:ê:AuG£:
2Ï4³ê:*ó(=:

生物活性
化合物
有效部位、
有效部位群
化学指纹图谱

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中药谱效关系和系统化学生物学的融合渗透
关键是不能只停留在天然产物化学的研究范畴，要
勇于发现生物活性物质在生物体内的靶点，运用系
统化学生物学的基本理论和方法研究小分子与大
分子相互作用的机制，探讨生物体系中分子识别和
信息传递的机制。系统化学生物学的发展为中药谱
效关系研究开辟广阔的天地，不久的将来，随着化
学信息学和化学计量学的发展，定性、定量研究中
药谱效关系将成为现实[27]。系统化学生物学的研究
方法将为中药谱效关系研究突破原有的桎梏而迅
速发展提供思路。
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