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中藥質量控制與評價創新方法研究進展及應用

2022.11.01

中藥是中藥產業鏈的源頭，也是中醫藥事業發展的物質基礎。中藥質量是保證其功效穩定性及應用安全性的基礎，其規范化、標準化、現代化，是推動中藥走向國際化的重要前提[1]。為提高中藥質量，國家不斷推出利好政策，2016年發布《中醫藥發展戰略規劃綱要（2016～2030）》，2017年中醫藥法正式頒布實施，2019年《中共中央國務院關于促進中醫藥傳承創新發展的意見》發布，2021年印發《關于加快中醫藥特色發展若干政策措施》。2022年，國務院發布了《“十四五”中醫藥發展規劃》，強調提升中藥質量控制水平仍是中藥研究的主要任務之一，建立以中醫藥理論為指導的中藥全過程質量評價體系仍是中藥研究的艱巨任務。

梳理中藥質量評價體系發展歷程，發現經過大量研究，圍繞中藥質量控制和評價體系建設及模式創新取得了重大突破，提出了中藥質量“辨狀論質”論、中藥整合質量觀、中藥質量標志物等新思路和新理念。謝宗萬教授[2-3]提出的“辨狀論質”論是一種具有中醫藥特色的質量評價體系，結合現代電子感官儀器技術，可實現中藥性狀的客觀化表達，促使中藥傳統質量控制模式從“主觀辨識”向“客觀評價”發展。肖小河課題組[4]提出的中藥整合質量觀（又稱中藥大質量觀），創建了以質量控制模式多元化與中藥量質一體化為核心思想的，稱之為質量評控力金字塔的，中藥質量整合評價體系。劉昌孝院士[5-8]提出的“中藥質量標志物（quality Marker，Q-Marker）”新理論，系統解析化學物質與有效性、安全性的關聯性，提煉具有專屬性和差異性特征的指標進行質量控制，實現可傳遞和溯源的全程質量控制。

中藥活性成分的現代質量評價理論體系及研究思路的創新產出，推進了其研究模式從“模仿化藥”到“符合中醫藥理論及復雜體系”方向轉變。同時，隨著研究思路的不斷創新，化學分析手段的不斷更新，完善了指紋圖譜技術、一測多評法、譜效關系法、生物效價等方法，提出了多維多息指紋圖譜技術、“質-量”雙標法、量-效色卡技術、多功效/反向功效質量標志物發現策略等質控新模式和新方法，使中藥質量控制沿著“單化學成分評價控制-多化學成分評價控制–藥效成分評價控制-生物效應評價控制-臨床療效評價控制-多維度評價控制”的路線不斷創新和發展。

本文針對中藥質量控制中存在的整體化學物質組群難以完全闡明、控制指標不能全面反映功能屬性、藥效無法整體直觀評判等問題[9]，從化學基準、化學基準與藥理效應基準相結合、化學基準與生物效應基準相結合3個方面闡述中藥質量控制新模式、新方法，為中藥質量評價與控制方法的創新提供思路，對保障中藥用藥安全有效、促進中藥產業持續發展具有重要意義。

1 基于“化學基準”的中藥質量評價方法

中藥是一個復雜而未知的系統，具有物種多樣性、化合物種類多樣性、化合物數量多樣性、化合物含量多樣性等特點，影響其質量的化學可變因素較多。以單一化學成分/含量豐富成分/專屬性強成分進行評價的模仿化學藥物質量控制的方法，不能全面反映中藥的整體性化學成分，需要能系統控制其整體化學物質基礎的技術手段。

1.1 中藥指紋圖譜技術

中藥指紋圖譜技術是從中藥整體化學物質基礎角度出發，對中藥化學成分特征進行系統的、整體的、專屬的表征的方法，具有專屬性強、穩定性好、重現性好的特點[10]。隨著分析技術水平的提高及研究的深入，中藥指紋圖譜技術不斷創新發展，涌現出多種新型指紋圖譜技術。

1.1.1 多維多息指紋圖譜技術

多維多息指紋圖譜技術是由羅國安等[11]提出并發展的一種中藥復雜物質體系有效組分（成分群）化學特征表征的核心技術。所謂多維，即指采用多種分析儀器聯用，如高效液相色譜/氣相色譜/質譜/質譜聯用等，全面表征所含成分的保留時間、質量、特征碎片等色譜信息，從多個維度反映所含化學成分。所謂多息，即指特征圖譜既包含化學成分信息又包含藥效成分信息，從化學成分及藥效成分兩方面控制中藥的質量。該技術結合多指標成分含量測定，能夠解決單一化學成分不能反映整體的關鍵問題。目前，該技術已成功用于清開靈注射液、丹紅注射液、血必凈注射液等中藥注射劑質量評價與控制研究[12-13]。

1.1.2 全時段等基線多波長覆蓋融合指紋圖譜技術

全時段等基線多波長覆蓋融合指紋圖譜技術是孟憲生課題組基于多波長融合指紋圖譜技術提出并發展的，以基線穩定不變為前提，以信息最大化為原則，有效融合全時段內、多波長下指標成分吸收最大的譜圖信息，實現不同成分同時定性定量分析的方法[9]。應用該技術結合指標定量分析方法，建立了山綠茶、川芎、天麻、木蝴蝶、紅花、余甘子、蛇床子、菟絲子等中藥材及氣滯胃痛顆粒、大川芎片、雙蓮方等中藥復方的質量控制方法[14-16]，解決了單一波長檢測信息不足、定量不準的關鍵問題，為中藥整體成分表征提供了新途徑。

1.1.3 電化學指紋圖譜技術

電化學指紋圖譜技術是將被測物質作為整體考慮，通過振蕩體系中物質濃度的變化，獲得被測體系特征振蕩波形，顯示其特性圖譜，從而反映被測體系的整體特性[17]。該技術不需要繁瑣、復雜的前處理方法，具有直觀、簡便、分析速度快、選擇性好、靈敏度高等特點，尤其適用于糖類、蛋白類等復雜成分分析[18]。目前，電化學指紋圖譜技術結合相似度評價法已用于多花黃精、白術、黃芩等30味中藥的定性定量評價[19]。盡管電化學指紋圖譜技術越來越受到重視，但其仍存在研究深度不夠、缺乏復雜樣品分析、數據分析淺薄等問題，仍需深入分析挖掘。

1.1.4 元素指紋圖譜技術

中藥質量評價模式多以有機化學指標的定性和定量分析為主，然而無機元素的含量與種類差異也是影響中藥藥效和品質的重要因素。無機元素可與體內含氮、氧、硫的有機物形成配位鍵，也可與體外有機分子形成配合物，從而發揮生物功能[20]。劉曉娜等[21]基于Q-Marker理論，提出元素標志物（E-Marker）概念。

元素指紋圖譜技術能夠全面表征中藥所含的無機元素特征，是E-Marker辨識的重要方法。電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）以其靈敏度高、檢測限低的優點，成為常用的元素分析方法，已經用于建立西洋參、龜齡集膠囊、藿香正氣制劑等中藥及中藥復方的元素指紋圖譜[22-24]。

激光誘導擊穿光譜（Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）是一種快速的、高效的微區多元素檢測技術，其與傳統元素分析技術相比，具有樣品制備簡單、多元素原位在線及遠程檢測等優勢，成為建立元素指紋圖譜研究的新興手段[25]。LIBS在中藥質量評價中的應用還處于初始階段，其在檢測靈敏度，基質效應及便攜檢測等方面仍存在挑戰。

1.2 中藥標準物質替代測定法

隨著多指標成分質量控制研究的不斷發展，需要大量的實物對照品來進行定性和定量分析，而有些對照品存在制備方法困難、價格昂貴等問題，為對照品供應體系及藥物生產研發企業帶來了巨大的壓力。中藥標準物質替代測定法，包括一測多評法、對照提取物法、質-量雙標法等，成為解決上述問題的有效途徑，能夠實現中藥多指標整體質量控制。

1.2.1 一測多評法

一測多評法是采用一種穩定且廉價易得的對照品作為內標參照物，建立內標參照物與各待測組分之間的校正因子，從而計算待測組分含量的多指標質量評價方法[26]。自其提出以來，在烏蕨、緣毛紫菀、斑花黃堇、蒼耳子等多種中藥及其復方的質量控制標準研究中得到充分的應用[27-29]，并開發出新的應用形式，如一測多評結合指紋圖譜法、一測多評結合對照提取物法等[30-31]。盡管一測多評法在一定程度上解決了對照品不足、對照品昂貴的問題，但其存在在不同系統中重現性較差的問題，仍具有一定的局限性。

1.2.2 對照提取物法

中藥對照提取物法是經特定提取工藝制備的含有多種有效/指標性成分的對照物，是用于中藥鑒別或含量測定用的標準物質[32]。中藥對照提取物法從首次納入《中國藥典》2005年版到《中國藥典》2020年版，由當年的2種被收載發展到23種被收載，體現了對照提取物在質量標準研究中的優勢。

對照提取物法是通過單一對照品對對照物中的多個指標性成分進行含量標定，實現中藥多組分同時定性定量分析的方法[33]。該方法具有理化特性穩定、專屬性強、對照品使用少、成本低、簡便快捷等優勢，能夠解決目前中藥質量控制研究中的諸多問題。目前，已開展了防風色原酮類對照提取物、玄參對照提取物、丹參多酚酸對照提取物、決明子萘駢吡喃酮類對照提取物等多種中藥對照提取物的研究與應用。盡管中藥對照提取物法具有較好的發展前景，但其在國內還處于起步階段，存在批間一致性及量值傳遞準確性較差、缺乏穩定性的問題。

1.2.3 “質-量”雙標評價法

針對一測多評法及對照提取物法存在的重現性差、穩定性差的問題，筆者所在課題組創新性的提出“質-量”雙標法（圖1），即以對照藥材為基準，建立同基原藥材不同產地特征圖譜，以藥材與對照藥材指紋圖譜的相似度為指標，實現藥材整體化學成分“質”的清晰，判斷藥材的真偽優劣；采用現代分析技術，明確特征峰與藥效成分，以某一單一成分或添加內標的方式為參照，進行其他化學成分的相對定量，實現藥材特征成分“量”的明確。

相對于其他質量控制方法，“質-量”雙標法具有突出優勢，其優勢表現在：①定量與定性相結合，既能評價真偽，又能判斷優劣；②依托指紋圖譜技術，可結合全時段等基線多波長覆蓋融合指紋圖譜技術，能夠整體反映中藥內在化學成分；③定性評價以對照藥材為參照物，定量評價以單一成分或內標為參照物，參照物具有穩定性及均一性；④不依賴于多種對照品，僅需一種廉價、易得的對照品，減少檢測成本；⑤方法依托常規色譜質譜分析法，具有穩定性好，精密度好的共性特征。課題組應用該方法，建立了一種枳殼藥材質-量雙標控制方法，可以彌補目前枳殼藥材質量控制的不足，為中藥質量提升提供新方法[34]。

2 基于“化學基準與藥理效應基準”相結合的中藥質量評價方法

中藥具有質量整體性與功效特異性的屬性，其發揮藥效是化學物質組群的綜合生物效應，導致藥效物質基礎難以充分闡明，與藥效屬性相關的質量標志物難以確定，能夠反映整體藥效的質量控制方法難以建立的問題[21]。基于化學基準的中藥質量控制模式，雖然實現了化學成分的整體有效控制，但仍存在與藥效關聯性不強，不能直接反映臨床療效的問題。因此，建立基于“化學基準與藥理效應基準”相結合的中藥評價方法是保證中藥功效關鍵所在。

2.1 基于“譜-效”關系的中藥質量評價方法

為探尋與藥效屬性相關的質量標志物，李萍等[35]、李戎等[36]提出了“等效成分群迭代反饋篩選策略”“譜效關系”研究法，將化學成分與藥效緊密結合，構建以藥效為導向的質量控制方法。中藥譜效關系研究作為藥效作用與化學成分之間的紐帶，取得了較好的研究成果。2019—2021年，學者們開展了130多味中藥針對抗腫瘤、抗氧化、抗炎等60多種藥效的譜效關系研究（圖2），成為中藥藥效質量標志物篩選的最為常用且最為重要的手段。同時，學者們通過多年實踐經驗，在歸納總結的基礎上，提出了以譜效關系為基礎的譜效色卡評價法、多功效/反向功效精準質量評價法等新方法。

2.1.1 譜效色卡可視化質量評價法

筆者所在課題組基于譜效關系研究方法，以“多組分、多功效”的中藥及中藥復方為研究對象，建立譜效色卡可視化質量評價方法[37]。其核心內容是基于指紋圖譜技術及譜效關系研究方法，設計“譜-效”色卡軟件，將待檢測樣品指紋圖譜數據導入軟件，直接計算出待測樣品針對不同病癥的藥效，并通過色卡的顏色直觀顯示待測樣品質量的優良可劣。該方法操作簡單，能夠實現中藥及中藥復方整體或單獨藥效的真實、直觀、可視。將其應用到氣滯胃痛顆粒的質量控制中，能夠保障其臨床用藥的有效性、均一性、穩定性。

2.1.2 多功效/反向功效精準質量評價法

“一藥多效，多藥同效”是中藥的重要特征，同種中藥可能具有多重藥效屬性，不同中藥可能具有同種功效屬性。同一中藥發揮不同功效的物質基礎可能是同一類物質也可能是不同類的物質，僅僅以一類物質為評價指標，無法實現對多功效中藥質量的精準控制。針對這一問題，筆者所在課題組提出多功效精準質量評價法，即以“譜效關系”為基礎，建立化學成分與多重藥效的關聯性，明確針對不用功效的精準Q-Marker，以精準Q-Marker為指標，建立中藥針對不同功效的精準質量控制與評價方法。李彗等[38]研究發現茜草抗肝癌的精準Q-Marker為山柰酚、新橙皮苷、茜草素，茜草抗氧化的精準Q-Marker為大葉茜草素，建立了茜草針對不同藥效的精準質量控制方法。

中藥“一藥多效”還存在著一種特殊的、相對的現象—中藥的反向功效，即同種中藥具有的2種特性相反的功效屬性。針對反向功效中藥這一特殊類型，侯小濤等[39]提出一種反向功效中藥質量標志物研究方法，以代表性中藥三七為例，以三七化學物質組及功效研究結果為基礎，進行成分與藥效的關聯性分析，確定了三七活血作用的精準Q-Marker為人參皂苷類成分，其反向藥效止血作用的精準Q-Marker為三七素、槲皮苷等，建立了三七藥材反向藥效差異的質量控制方法，實現三七藥效的精準控制。

2.2 基于系統生物學技術的中藥質量評價方法

基因組學、蛋白組學、代謝組學及網絡藥理學等系統生物學技術，均具有整體性和系統性的特點，與中醫藥辨證論治、整體觀的理念相符。羅國安等[40]在中醫理論指導下，將中藥學與系統生物學整合，提出基于“系統（藥物）-系統（生物）”模式的中藥復方質量評價方法，將化學物質組成信息與生物標志物群進行相關性分析，探尋與安全性和有效性相關的指標性成分，已成為中藥質量評價的關鍵技術之一。隨著各學科交叉融合創新，以網絡藥理學、代謝組學為基礎的中藥質控方法得到了飛速發展。

2.2.1 基于網絡藥理學的Q-Marker預測法

以現有數據庫或文獻信息為數據基礎，采用生物信息學技術，挖掘藥物化學成分與藥效機制之間的潛在關系，構建“成分-疾病-靶點”關系網絡，預測Q-Marker，具有實現中藥整體療效表征、符合中醫理論、簡單便捷的優勢[41]。筆者以“網絡藥理學”“質量標志物”為關鍵詞，在中國知網中查詢2018—2021年發表的期刊論文，共檢索到利用網絡藥理學進行Q-Marker預測的論文42篇，其中中藥材19篇、飲片4篇、中藥組分3篇、中藥復方16篇，且論文數量呈逐年上漲趨勢，具體信息見表1。該方法在中藥材、中藥飲片、中藥組分、中藥復方中得到了廣泛應用。

2.2.2 基于代謝組學的Q-Marker發現法

代謝組學是通過對內源性和外源性小分子物質進行靶向和非靶向分析，從而反映生物體受刺激或擾動前后代謝動態變化的關鍵技術，其整體分析的特點符合中醫的整體觀，為中藥質控研究開辟了一條新途徑[42]。

代謝組學技術在中藥質量評價中的應用主要包括3個方面：一是采用代謝組學技術對中藥成分（植物代謝物）進行定性定量分析，探尋差異化學成分，發現質量標志物；二是采用血清藥物化學及藥動學方法，探尋吸收入血成分及成分代謝產物作為Q-Marker；三是采用非靶向和靶向方法，探尋藥物干預后生物體內內源性物質代謝變化，探尋差異生物標志物。前兩種方法是以化學基準為基礎的方法，存在與藥效脫節、關聯性不強的缺點；第3種方法是以藥理效應為基準的方法，其不關注化學成分，只關聯功效，存在操作復雜、通用性差等缺點；針對這些關鍵科學問題，建立能夠以藥效成分表達內源性代謝物變化，從而反映生物學客觀實質的方法尤為重要。

王喜軍團隊[43]提出基于中醫方證代謝組學的中藥Q-Marker研究策略，是整合了中藥血清藥物化學與代謝組學技術，建立體內顯效化學成分與病癥生物標記物聯系，辨識Q-Marker的有效方法。該策略能夠實現病癥的精準診斷、效應的整體表征、顯效成分與藥效相關生物標志物的精準對接。以中醫方證代謝組學為研究策略，Zhang等[44]研究確定五味子素、異長春花苷等8個成分為生脈散治療阿爾茨海默病的潛在質量標志物；Sun等[45]研究確定了9個關鍵化合物為茵陳蒿湯治療濕熱性黃疸證的質量標志物。

3 基于“化學基準與生物效應基準”相結合的中藥質量評價方法

生物效應評價法，是連接中藥質量與臨床療效的橋梁，是推動中藥質量標準現代化的有效手段。基于生物效應的中藥質量評價是通過檢測中藥作用于生物體所表達出的生物活性來評價中藥質量的方法[46]。從古代神農嘗百草到20世紀50年代單一生物活性指標檢測方法初探到21世紀生物活性檢測方法納入法定標準，中藥生物活性評價法由生物活性值、生物效價、生物毒價等單一生物指標評價發展到效應成分指數、生物效應表達譜等多個生物指標綜合評價，逐漸受到重視和認可，在中藥質量控制方面得到很好的應用[47-49]。

盡管生物效應評價法具有能夠全面反映中藥的整體活性和臨床療效的優勢，但其仍存在操作繁瑣、通用性較差、可及性差、普適性差、缺乏表征方法等問題[50]。Q-Marker理論的創新性提出，為中藥質量控制研究提供了新的思路，中藥生物標志物（quality biomarker，Bio-Marker）在Q-Marker框架下應運而生。構建Q-Marker與Bio-Marker相關聯，生物效應與化學成分相關聯的質控方法，更能全面地反映中藥的有效性和安全性，是中藥質量評控的重要發展方向。

劉振杰等[51]、譚鵬等[52]將化學指紋圖譜、多指標成分定量分析等化學表征與生物效價進行相關性分析，建立了大黃配方顆粒及丹參的綜合品質評價方法，將中藥質量評價與藥材的生物活性或臨床功效結合。白鋼等[53]提出以Q-Marker和生物效價為依據，通過化學計量學建模預測，建立針對不同功效的多元量效轉換關系，實現化學基準與生物效應基準之間“量效轉換”的藥材質量評價模式。依據該研究模式，開展了當歸活血補血功效的綜合評價，為特定功效藥材質量評價提供一種新的研究模式。

4 總結與展望

中藥是遵循中醫藥理論的產物，具有整體性和系統性，其在物質基礎上表現為復雜的混合體系，在生理效應上表現為復雜的綜合體系，物質與效應之間呈現多樣非線性關系。因此，中藥質量控制與評價體系的建立應符合整體性觀念、精準性理念及系統性思維。整體性表現為化學成分整體性及功效評價整體性。

化學成分整體性即基于化學成分屬性，多技術方法聯合使用，多維度分析，整合“有機-無機”“有效-無效”成分，實現化學成分多維全息整體表征；生物效應整體性即在相應病癥下，從分子、細胞、組織、器官、整體等多維度進行研究，整合宏觀和微觀2個層次，揭示中藥整體作用功效。

精準性體現在成分與藥效相關性分析，依據中藥多重功效屬性特點，針對特定藥效，解析與特定藥效密切相關的中藥內在化學屬性，從而實現中藥質量有效性的精準控制。基于中藥復雜體系特點，從“系統-系統”角度，整合多學科技術方法，結合感官評價-化學評價-生物評價等模式，構建“化學成分-生物效應-中醫功效”多維關聯，闡明功效–成分–品質關系，提煉質量標志物，建立多元化中藥質量控制方法，實現質量關鍵因素的可視、可控、可溯源，最終實現中藥質量整體性、精準性及系統性控制。

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