中药汤剂自组装技术的研究进展

Research progress in self-assembly technology of traditional Chinese medicine decoctions

摘要

目的 通过对近年来中药汤剂自组装技术的研究进展进行系统综述，为今后课题研究提供参考。 方法 在中国知网、万方、PubMed、SCI-HUB等数据库中搜索相关文献并进行总结。 结果 中药汤剂中多种活性成分在煎煮过程中可通过多种非共价键结合发生自组装行为，提高了中药汤剂的生物利用度和溶解性，降低了毒性和不良反应。其研究热点集中在抗菌、抗肿瘤、增溶、减毒等方面。 结论 通过综述明确了中药汤剂自组装的表征方法、形成机制及研究价值。

Abstract

Objective To provide a systematic review of the research progress in self-assembly technology of traditional Chinese medicine decoctions in recent years， and provide references for further realated researches. Methods Relevant literatures in databases such as CNKI， Wanfang， PubMed， and SCI-HUB were searched and reviewed. Results Self-assembly reactions occurr between various active ingredients during the boiling process via non-covalent bond. The self-assembly reactions can improve the bioavailability and solubility of the active ingredients， while reduce the toxicity. More researches were focused on antibacterial， anti-tumor， solubilization， and detoxification according to the self-assembly reactions. Conclusion The certain characterization method， formation mechanism， and research value of self-assembly of traditional Chinese medicine decoctions were clarified through the review.

Graphical abstract

关键词

中药汤剂 / 自组装 / 活性成分 / 生物利用度 / 溶解性

Key words

traditional Chinese medicine decoction / self-assembly / active ingredients / bioavailability / solubility

中药汤剂治疗疾病历史悠久，具有浓缩、易服、易吸收等特点，被广泛应用于中医临床实践中，其可以根据患者不同病情和体质进行辨证论治，有针对性地进行个体化治疗，用于治疗疾病及综合调理机体功能。清代著名医学家尤乘在《寿世青编·卷下·用药例丸散汤膏各有所宜》中云：“汤者荡也，煎成清汁是也，去大病用之”。中药来源多为天然动植物，药物成分相对较为复杂，其中包含了多种活性成分，并且这些成分之间存在一定的相互作用，可以提高临床疗效，降低对人体的毒性，减少不良反应。但中药也存在半衰期短、生物利用度低、体内稳定性差等问题亟需解决。鉴于传统的研究思路难以全面阐释中药的药效物质基础，有学者认为应当重视中药的物理结构与药效之间的关系，进而提出了“结构中药学”概念，即认为中药成分的相互作用关系、存在形式和物理状态对生物利用度、体内转运过程和起效机制有重要影响，是中药药效物质起效的物理基础^［1］。

中药的作用机制一直是中药学研究的基础，也是中医临床中较为关注的问题，中药的药效通常由其中所含的有效成分和复杂化学组合的相互作用所决定。随着光谱学和其他分析技术的发展，中药化学结构及其活性的关系已明确，但同时中药中存在多种化合物组合，有些作用机制不能完全用中药化学来解释。近年来中药纳米自组装的发现，为解决上述问题提供了新的视角。中药自组装是指中药活性成分由于非共价键力，即氢键、静电力、范德华力、π-π堆积等相互作用，自发排列成有序结构（如纳米颗粒、纳米纤维、胶束和囊泡）的过程^［2-3］。有研究者发现，中药从生药、炮制、煎煮、制剂的成型和储存以及最终给药到体内等多个阶段都存在自组装现象^［4］。ZHUANG Y等^［5］从60味中药及 24个中药复方水提取物中均发现了中药自组装纳米颗粒的存在。

1 中药汤剂自组装的表征方法

中药汤剂在煎煮过程中，通过一系列物理和化学反应，可自组装形成不同粒径的聚集体。采用超滤法、超速离心-透析法等方法可对中药汤剂进行物理相态拆分。通过扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）等技术可观察自组装聚集体的形貌及聚集程度。通过马尔文激光粒度仪、动态光散射仪（dynamic light scattering，DLS）、纳米颗粒跟踪分析技术（nanoparticle tracking analysis，NTA）等进行粒径及电位测定。通过高效液相色谱法（high performance liquid chromatography，HPLC）、超高相液相色谱法（ultra performance liquid chromatography，UPLC）、紫外光谱法、傅里叶红外光谱法、荧光光谱法、核磁共振波谱法、X射线衍射法等方法进行结构及成分分析。李会竹等^［6］通过超滤法将麻杏甘石汤中的混合胶体拆分成小（s）、中（m）、大（b）3种不同大小的胶体颗粒，通过TEM观察胶体形态，并使用超高效液相色谱-串联质谱（ultra performance liquid chromatography tandem mass spectrometry，UPLC-MS/MS）测定有效成分的含量，通过对呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）感染小鼠模型验证，发现b段改善感染RSV小鼠炎症细胞浸润及肺损伤的效果更优。

2 中药汤剂活性成分自组装的研究现状

中药材含有多种不同的活性成分，其中包括生物碱、黄酮类化合物、多糖、挥发油、苷类、鞣质等，这些成分具有不同的药理作用和药效。管庆霞等^［7］从皂苷类、多糖类、蛋白质类等多方面阐述了中药复方汤剂中纳米自组装的形成原理。它们之间的自组装行为可以发生在同种成分中，也可发生在不同成分间^［8］。

2.1 多糖类成分自组装行为的研究现状

天然多糖来源广泛，大多数植物、藻类和动物类中药中均含有丰富的多糖。有研究发现，中药多糖具有调节免疫、抗肿瘤、抗氧化、抗病毒感染、保护神经、降血脂、降血糖等作用^［9］。多糖类结构中含有大量的亲水基团，其可以通过氢键或疏水基团与其他结构自组装成不同复合物，进而实现药理作用的改善^［10］。近年来多糖类活性成分的自组装行为研究成果见表1。

灵芝是灵芝科属真菌，具有补气安神、止咳平喘等功效。灵芝多糖是灵芝的主要有效成分之一，具有抗肿瘤、抗氧化、抗感染、免疫调节等多种功效^［11］。寇芙嘉等^［12］利用灵芝多糖的亲水基团与另一种天然三萜类化合物熊果酸的疏水基团结合，制备了两亲性的化合物，通过其自组装包载抗肿瘤药物10-羟基喜树碱（hydroxycamptothecin，HCPT），制备成粒径均一的纳米药物，该药物可以达到缓释HCPT的效果。

中药当归来源于伞形科植物当归的干燥根。具有补血活血、调经止痛、润肠通便等功效。当归多糖（angelica sinensis polysaccharides，ASP）是当归的主要活性成分之一，具有抗肿瘤、抗炎症、抗氧化、免疫调节等药理作用^［13］。李凯文等^［14］研究了ASP与锌离子（Zn²⁺）在汤剂中的自组装行为，结果表明，二者可自组装成当归多糖锌（ASP-Zn）复合物。该复合物为球形的囊泡结构，Zn²⁺掺入了ASP高分子柔性链中，改变了ASP的结构。当该复合物质量浓度为1 g·L^-1时，ASP-Zn及ASP对2，2-二苯基-4-硝基苯肼自由基（DPPH·）的清除率分别为40.20%、30.60%，ASP-Zn明显大于ASP。

2.2 蛋白质类成分自组装行为的研究现状

蛋白质分子具有特殊的空间结构，其分子直径通常在1~100 nm之间，因其复杂而精妙的拓扑结构，及其他小分子无法比拟的生物亲和性和生物相容性，成为构建超分子聚合物的理想单元^［17］。蛋白质分子间自组装以弱相互作用为主，通过氢键、范德华力、静电、疏水作用等多种作用力的加合而成^［18］。近年来蛋白质类活性成分的自组装行为研究成果见表2。

饶文君^［19］通过对黄芪中的黄芪蛋白进行分离纯化，研究并确定了黄芪蛋白自组装颗粒的形成条件。通过Folin-酚法测定游离蛋白的浓度，可知其自组装率为89.6%。并以该自组装颗粒作为载体成功装载了黄芪甲苷，装载率为35.3%。细胞生物活性实验结果表明，与黄芪蛋白原液相比，黄芪蛋白自组装颗粒以及装载了黄芪甲苷的黄芪蛋白自组装颗粒均对 HepG2 细胞具有抑制作用，且后者的抑制作用更强。

宋彬彬^［20］从甘草中分离得到甘草分离蛋白，热诱导实验结果表明，甘草分离蛋白自组装成近球形纳米颗粒。通过优化pH驱动实验条件，将该纳米颗粒对姜黄素的最大装载量提高到了（785.33±5.20） mg·g^-1，且提升了姜黄素的胞内外抗氧化能力及对HepG2的抑制能力。

2.3 三萜类成分自组装行为的研究现状

三萜类化合物在自然界中广泛存在，人参、甘草、紫苏、黄芪等多种中药中都含有多种三萜的苷元及苷。三萜类化合物具有独特的手性结构、多修饰位点、良好的生物相容性和可控的降解性。三萜类化合物自组装的形成主要是通过其刚性骨架间的范德华作用以及分子间的氢键实现的^［29］。近年来三萜类活性成分的自组装行为研究成果见表3。

甘草酸是甘草中的一种三萜皂苷类化合物，具有两亲性，亲水部分由葡萄糖醛酸残基构成，疏水部分是甘草酸残基，在水中容易形成自组装胶束，可以作为药物载体并能改善药物的吸收^［30］。丹参酮Ⅱ‍A是中药丹参的主要有效成分。最新研究结果表明，其具有明显的抗肿瘤活性^［31］，但水溶性差，口服生物利用率低，限制了其临床应用。梁启凡等^［32］通过采用薄膜分散法将丹参酮Ⅱ‍A包封于甘草酸自组装胶束中，制备了载丹参酮Ⅱ‍A-甘草酸自组装胶束（Tan Ⅱ‍A-GL/Micelle，TGM）。TGM相较于游离丹参酮Ⅱ‍A及甘草酸，促细胞凋亡率分别由12.28%、13.32%上升至31.16%，对鼠源性脑胶质瘤细胞GL261具有良好的细胞毒性。

白桦脂酸是从白桦树中提取的五环三萜类化合物，具有降血糖、抗癌、护肝等多种功效。褚怡冰^［33］通过“超声乳化-磁辅助分离”手段从白桦树皮中提取出白桦脂酸纳米颗粒，并以此作为载体包封姜黄素，平均载药量为80.1%。实验结果表明，该纳米颗粒降低了由酒精诱导的HepG2人肝癌细胞DNA荧光强度、Ca²⁺浓度和活性氧水平，显著提高了酒精诱导的HepG2损伤细胞的存活率。

2.4 中药汤剂中其他自组装行为的研究现状

中药汤剂中成分复杂，除上述活性成分外，在其他汤剂中也发现了自组装现象。这些自组装行为的发生，是汤剂中多种复杂成分共同作用的结果。近年来中药汤剂中发现的自组装行为研究成果见表4。

PING Y等^［41］研究发现，在白虎汤中，只有粳米存在时才会自组装形成纳米颗粒。从汤剂中分离出这种纳米颗粒，通过对以干酵母诱导的发热模型大鼠进行解热实验，结果表明，纳米颗粒的解热作用与白虎汤原汤剂相当，且更容易吸收。病理结果显示，该自组装颗粒相较于白虎汤原汤剂，改善肺损伤的作用更明显。

尚尔雨等^［42］通过透析与超速离心相结合的方法，并用TEM、粒径分析等方法，从六君子汤中观察到了平均直径约为100 nm的自组装颗粒。实验结果显示，自组装颗粒的存在，可使难溶性成分（人参中的人参皂苷、茯苓中的茯苓酸、陈皮中的黄酮）等的溶出度提高。

3 中药汤剂自组装在临床应用中的研究前景

中药纳米自组装技术在药物传递、肿瘤治疗、抗菌等领域具有较好的应用前景。通过纳米自组装技术，可以提高中药有效成分的溶解度，提升药物的稳定性，延长药物在体内的循环时间，从而提高药物的治疗效果。此外，纳米自组装还可以通过靶向修饰，实现药物的靶向传递，减少对正常组织的毒性和不良反应。

3.1 中药汤剂自组装在抗菌方面的研究

抗生素的乱用导致了很多严重的后果，抗生素耐药性的增加，使得原本可以治疗的感染性疾病变得难以治愈，增加了病患的痛苦和医疗费用。在过去的几十年里，很少有新的抗生素被引入临床，迫切需要新的抗生素来对抗耐药性越来越强的细菌。纳米抗菌是指利用纳米技术开发的一种抗菌技术，纳米级的材料具有较大的比表面积和独特的物理、化学性质，因此在抗菌方面具有独特的优势。无机纳米银是当前研究最广泛的无机抗菌材料，其具有抑菌能力强、耐高温、安全性好等优点，但也存在产率低、造价高、毒性不确定等缺点^［48］。天然纳米抗菌剂具有抗菌性好、无毒性、绿色安全等优势，逐渐进入了人们的视野。

秦祉剑等^［49］从芍药甘草汤中分离出了自组装纳米颗粒。通过实验验证了该自组装颗粒可以降低多种炎症因子的表达水平，减少炎性细胞浸润等，从而达到治疗银屑病小鼠的目的。

HUANG X等^［50］研究发现了天然中药提取物小檗碱与肉桂酸可以通过氢键和π-π堆积自组装形成蝶形三维结构纳米颗粒（见图1）。该纳米颗粒显示出了良好的抑菌活性，对耐多药金黄色葡萄球菌（methicillin-resistant staphylococcus aureus，MRSA）有较好的抑制作用，并具有更强的生物膜去除能力。其生物相容性和连续释放特性良好，毒性也较小。

3.2 中药汤剂自组装在抗肿瘤方面的研究

恶性肿瘤是全世界范围导致死亡的主要慢性疾病之一，发病率和死亡率均呈逐年上升的趋势。化疗是治疗肿瘤的主要方法之一，但长期治疗具有疗效差、耐药性高、费用昂贵以及药物毒性和不良反应大等缺陷^［51］。中药在抗肿瘤治疗方面具有靶点多、不良反应小、治疗效果好等优势^［52］。中药自组装纳米颗粒联合化疗药物进行抗肿瘤治疗，不仅可以提高化疗药物的溶解度和稳定性，还能增强其靶向和释放能力，通过不同的抗肿瘤途径达到协同增效的目的^［53］。

林岱^［22］从苦杏仁中分离出了11S球蛋白。对其进行热处理时发现存在自组装行为，结合键类型主要以二硫键、氢键为主。在碱性环境下，蛋白质浓度越高，自组装发生的速率越快；温度越高，形成的纳米颗粒的粒径越大，且形成的纳米颗粒具有良好的低温稳定性。通过用该纳米颗粒装载抗癌药物苦杏仁苷与紫杉醇，可以提升抗癌药物对癌细胞增殖的抑制作用，对人乳腺癌细胞（human breast cancer cells，MCF-7）增殖抑制率提高了42.88%。

熊果酸（ursolic acid，UA）是一种三萜类化合物，具有抗肿瘤转移、抗血管生成、抗炎和抗增殖的潜力作用^［54］，是天然植物夏枯草或者铁冬青的有效成分之一。表没食子儿茶素没食子酸酯（epigallocatechin gallate，EGCG）是绿茶中含量较丰富的成分之一，具有抗肿瘤、抗氧化和心血管保护能力^［55］。UA与EGCG可以通过氢键和疏水作用自组装成纳米粒。通过上皮细胞黏附分子（epithelial cell adhesion molecule，EpCAM）适配体修饰的UA和EGCG的无载体、自组装的纳米药物，用于靶向荷瘤小鼠肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）治疗，见图2。对HCC治疗的实验结果表明，该自组装纳米颗粒能明显抑制肿瘤生长，且对小鼠无明显的毒性^［56］。

3.3 中药汤剂自组装对降低毒性作用的研究

甘草具有解百毒的功效，常在组方中起解毒、调和诸药的作用。《本草纲目·草部第十二卷》引甄权语：“诸药中甘草为君，治七十二种乳石毒，解一千二百般草木毒，调和众药有功，故有国老之号。” 甘草常与雷公藤、马钱子、附子等配伍，起到减毒的作用^［57］。李冰洁等^［58］研究发现，甘草和附子在煎煮过程中蛋白质会发生自组装行为。通过自组装，甘草蛋白与乌头碱可形成平均粒径为（238.20±1.23） nm的甘草蛋白-乌头碱稳定胶体颗粒，通过小鼠急性毒性实验发现，注射乌头碱单体的小鼠全部死亡，而注射相同乌头碱含量的甘草蛋白-乌头碱颗粒的小鼠全部存活。且该胶体颗粒在室温下较稳定，具有成为药物候选载体的可能性。

3.4 中药汤剂自组装中增溶作用的研究

中药汤剂中包含了许多种难溶性成分，部分中药纳米自组装颗粒通过自发性的亲疏水作用或表面修饰的相互作用实现纳米粒子组装。在这个过程中，其特殊的结构特性，可以改善疏水药物的水溶性。三萜皂苷类成分具有表面活性剂的性质，可起到增溶的作用^［59］。甘草酸为甘草中三萜皂苷类成分，有研究发现，其同时存在亲水和疏水部分，有类似表面活性剂的结构特点，可以自组装形成凝胶纳米聚集体。随着甘草酸的浓度增加，薯蓣皂苷元和齐墩果酸在水溶液中的溶解度呈上升趋势，甘草酸溶液的浓度达到1 mmol·L^-1时，薯蓣皂苷元及齐墩果酸的溶解度均增加约60倍，薯蓣皂苷元的溶解度由6.15 ng·mL^-1提升到了360.59 ng·mL^-1，齐墩果酸的溶解度由20.09 ng·mL^-1提升到了1 155.36 ng·mL^{-1 ［60］}。

4 中药汤剂自组装在应用中面临的问题

中药纳米自组装有着资源丰富、价格低廉及不良反应少等诸多天然优势，但其应用也面临许多瓶颈需要解决，如纳米载体的选择、自组装体的稳定性等。

由单个或多个活性成分自组装形成的纳米颗粒称为无载体颗粒^［61］。中药汤剂中自组装形成的纳米颗粒均为无载体颗粒。此类纳米颗粒不仅制备方便，还可提高药物的生物利用度，并能减少毒性和不良反应。但仍存在一些缺点，如：①只有少部分中药活性成分具有自组装能力；②与传统纳米载体如纳米脂质体、纳米胶束等相比，其靶向性、临床使用广泛性相对较差^［62］。然而，这些传统纳米载体又存在着安全性不确定及价格相对较高等缺点。因此，除了继续深入研究并优化无载体纳米颗粒之外，发现和制备新型药物递送载体也是解决上述问题的优势选择，如细胞膜、病毒外壳、血小板等生物膜纳米材料的发现，为中药纳米递药提供了新的选择^［63］。

此外，稳定性也是评估药物是否能应用于临床的一个重要指标，中药在煎煮过程中，因温度、煎煮时间、pH值等易变因素的影响，汤剂中自组装形成的纳米颗粒存在稳定性差、颗粒粒径较大等缺点。可采用微沉淀法等制备方法进行改良^［64］，但也存在形成机制与安全性不明确等问题。如何将传统制剂方法和现代技术相结合，以提高其稳定性，成为目前中药自组装研究领域中亟待解决的问题之一。

5 讨论

中药纳米自组装的研究旨在挖掘中药中活性成分的潜力，并利用纳米技术的优势来提升药物的治疗效果和安全性。虽然该领域仍处于发展初期，但已经取得了一些重要的成果，并逐渐应用于药物传递、靶向治疗等领域。随着进一步的研究和技术的发展，中药纳米自组装的研究有望为中医药的现代化和个性化治疗提供新的思路和方法。

但是，中药汤剂药物种类多，药物之间配伍关系随剂量变化复杂，导致其可能存在复杂的多组分纳米化现象。因而目前大多数研究仍停留在配伍相对简单的组方或1到2种有效成分之间的自组装行为，这并不能完全阐释自组装现象与疗效之间的关系，也不利于发挥中药在临床中多成分、多靶点、协同起效的优势。而且中药纳米自组装颗粒的分离、提纯、产出、质量控制等仍需要制定一个规范、标准化流程。虽然目前研究还存在很多难题，但随着相关人员的不懈努力，中药自组装研究一定能为中医药事业的发展做出巨大贡献。

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基金资助

内蒙古自治区自然科学基金项目(2020LH02011)