中药药理学论文范文

2022-05-13

下面小编整理了一些《中药药理学论文范文(精选3篇)》的相关内容,希望能给你带来帮助![摘要]中药学专业是中医药高等院校的特色专业,药理学和中药药理学实验在中药学专业学生主干课程中占有重要地位。该文通过开展药理学和中药药理学综合性实验—不同药物对麻醉兔血压的影响,大力推进课程设置创新性实验项目,进而加强本科生科学思维、实践技能等综合能力的培养,同时利于教学相长,并为其他综合性实验设置打下基础。

第一篇:中药药理学论文范文

《中药药理学》教学改革尝试

《中药药理学》是中药学专业的一门专业骨干课,是以中医药理论为指导,运用现代科学方法,研究中药和机体相互作用及作用规律的一门学科。高等医学院校的药理学课时数偏少,进一步影响了药理学的教学质量,而且高等医学院校学生的课程很多,除了预习、复习之外,很难挤出一定的自学时间,这在一定程度上又增加了药理学的教学难度。本文就我院近年来对中药药理学的一些教学改革作了以下尝试,其中一些经验值得参考和借鉴。

作者: 黄群莲 吴知桂

第二篇:关于中药学专业学生开展“药理学”和“中药药理学”综合性实验的体会

[摘 要]中药学专业是中医药高等院校的特色专业,药理学和中药药理学实验在中药学专业学生主干课程中占有重要地位。该文通过开展药理学和中药药理学综合性实验—不同药物对麻醉兔血压的影响,大力推进课程设置创新性实验项目,进而加强本科生科学思维、实践技能等综合能力的培养,同时利于教学相长,并为其他综合性实验设置打下基础。

[关键词]药理学和中药药理学;综合性实验;中药学专业

中药学专业是中医药高等院校的特色专业,药理学课程和中药药理学课程在中药学专业学生主干课程中占有重要地位。药理学课程是所有医学生必修的一门基础课程,其研究主要为是药物和机体(包括病原体)之间的相互作用及其作用规律。而中药药理学课程的任务则要求的是所有的研究必修在中医药理论指导下,然后结合中医临床疗效,通过现代科学技术及方法,探讨中药和机体相互作用及作用规律;探讨中医药对疾病的防治作用及其作用规律,进而指导临床医生更好的合理用药。由于实验教学本身的实践性、直观性、综合性和探索性等特点,能够让学生在做实验的过程中能够更好地领悟在课堂上学习的内容。而综合性实验还能够让学生掌握一些动物模型的建立方面比如发热、疼痛模型,以及一些生物指标的测量方法以及一些实验室基本设备的使用,同时,还可以培养学生的创新及实践能力[1]。

一、药理学和中药药理学综合性实验内容的设计及组织形式

实验教学是理论教学的辅助,为了配合药理学和中药药理学理论课的教学,巩固和加深学生对理论知识的理解和掌握,我们以作用于传出神经系统药物为基础,我们设计了综合性实验—不同药物对麻醉兔血压的影响。实验内容包括如下几个方面。

1.课前准备:给同学布置任务,预习与传出神经系统药物相关的解剖学、生理学、病理生理学及药理学相关的教材中涉及的基础知识,查阅与药物调节家兔血压相关科研文献;教师在“学习通”教学平台上提供课件、讲义、视频等参考资料,事先录制实验项目中涉及的实验技术、实验仪器的操作与使用的小视频,同时提供实国家虚拟仿真实验教学项目共享服务平台中家兔血压调节项目网址,便于学生直观体验,充分预习,主动思考,带着问题上课。

2.正式上课:首先授课教師统一回答同学们在课前在预习生理学、病理生理学及药理学相关的教材中涉及的基础知识过程中遇到的问题,及观看学习通及虚拟仿真实验教学中的实验视频遇到的问题。然后授课教师重点讲解本综合性实验中涉及解剖学、生理学、病理生理学及药理学的知识是如何关联到一起的,这是本综合性实验授课过程中的重中之重。通过授课教师把这几个学科联系到一起,让学生能够感受到之前各学科之间的关联性,有助于学生提高学生学习兴趣。然后授课教师播放视频,讲授本综合性实验具体实验步骤:A手术:耳缘静脉注射麻醉家兔,检查麻醉深度,固定家兔,颈部剪毛,剪开颈部皮肤,钝性剥离,分离气管,气管插管,分离颈总动脉,分离迷走神经,颈动脉插管。授课教师讲授每一个操作的注意事项,特别注意的是颈总动脉插管操作,事先要留出足够长度的颈总动脉,以确保动脉插管在动脉内的长度,保证插管的稳定性;B观察外界因素和不同药物对麻醉兔血压的影响:夹闭一测颈总动脉,肾上腺素,去甲肾上腺素,异丙肾上腺素,酚妥拉明,肾上腺素,普萘洛尔,乙酰胆碱,阿托品,刺激迷走神经。授课教师详细讲解给药顺序及给药剂量,还需要提醒学生每次给药后要立刻给予生理盐水,一遍药物更快发挥作用;C小组讨论:各实验小组讨论,麻醉兔在给予不同刺激和不同药物后,血压为什么出现了不同变化,授课教师分别参与不同小组讨论并给予指导。

3.课后实验报告:实验报告是学生对整个实验过程的记录及实验结果的思考与总结。教师对实验报告做出即时反馈,进行个性化评判,让学生从中获益。首先,我们优化实验报告撰写内容。本综合性实验—不同药物对麻醉兔血压的影响,不用于验证性实验,因此实验报告的书写有所不用。其中,实验报告中的“实验目的”“材料”“实验方法与步骤”,每位同学的内容可以相同。但是“实验结果”“小结与讨论”具体要求如下:“实验结果”,要求每个同学要熟悉生理记录仪软件的操作,自己把每个药物对血压影响的截图保存打印后帖子实验报告上,“小结与讨论”需要以科研论文形式呈现,让学生在完成报告的同时,熟悉了科研小论文的撰写过程。其次,加强教师对实验报告的个性化评价。每位同学的实验报告的都需要有较深的个性化评语,返还给学生后,让学生真正了解到本次实验还有哪些不足[2]。

二、药理学和中药药理学综合性实验实施效果

1.巩固理论知识,提高运用知识的能力。综合性实验“不同药物对麻醉兔血压的影响”需要解剖学、生理学、病理生理学及药理学多学科知识,学生要在实验中有好的结果,就必须提前预习实验的过程,通过上网观看有关教学实验的视频或者查阅文献资料以便更好地理解实验原理、操作步骤和注意事项。这样就可以帮助学生对课本中的知识点有更加清晰的认识,提高学生的学习兴趣,巩固了对这个实验所涉及的理论知识点,使学生对学科前沿和动态有所了解,并能做到学以致用。学生通过课前预习,课上实验及课后实验报告的书写,会进一步增加对教材知识的理解,并增加对学科知识交叉概念的理解。

2.提高实验操作技能。本实验较为复杂,需要耳缘静脉注射,分离气管,气管插管,分离颈总动脉,动脉插管等一系列精心操作,因此通过本实验操作,提高了学生的操作技能。

3.提高独立解决问题的能力和自主学习能力。学生在预习实验的过程中,实验前的各种疑惑可以通过自行查阅材料、上网观看视频,或者是同学之间相互交流讨论而得到解答,这样既锻炼了学生在网络上查找资料的能力,也提高了学生独立解决问题的能力,激发学生的求知欲望和学习热情,开拓学生的思路和眼界,使学生的实践创新能力得到锻炼和提高,而不会在实验课时依赖教师的讲解或者盲目地照着实验指导书做实验。

4.培养学生的团队精神。我们在药理学和中药药理的实验教学中发现,团队精神对于一个实验的顺利完成至关重要。在综合性实验开始前,每个实验组的小组长首先要详细分配每个组员需要完成的任务,然后再开始实验,例如配置药物,动物称重,给药剂量,记录给药及记录血压,统计、分析实验数据。然后开始正式实验,在实验过程中,当同学完成自己的任务,还要协助其他同学完成任务,而最后的分析实验数据则是需要全体成员参与,共同探讨本次实验结果[3]。

参考文献

[1]谷彬,刘思妤.综合性实验教学在机能学教学中的实施[J].教育教学论坛,2015(18):253-254.

[2]丁航,李彩虹,杨勤,等.对医学本科生开设生物化学与分子生物学综合性实验的体会[J].教育教学论坛,2019(17):239-240.

[3]张喆,李良同,刘春颖,等.综合性实验项目开设与本科生能力培养[J].教育教学论坛,2019(16):270-271.

作者:韩冬 曹占鸿 潘建衡 李玉梅 李丽静 张亚杰 黄晓巍

第三篇:中药药理学的原子分子研究方法

摘要:以原子分子物理学和量子化学为理论支撑、应用X线光谱技术做为实验技术,对中药药理学开展原子层面的电子结构研究,以原子层面电子结构的视觉,解析中药物质基础药理学的作用机理,以期应用新的研究方法及现代的科学理论与语言解析中药机理,形成中药领域新的研究方法和新理论。

关键词:原子分子;电子结构;中药药理学;X射线发射谱;分子体系;量子化学

Atomic and molecular research methods of pharmacology of traditional Chinese Medicine

ZHANG Lunan1, MA Ming2, JIN Hongtao3, YUAN Jilong4,WANG Jian5,

WANG Chunjiang6, JIA Tao7, GUO Yanchuan2, YANG Guifang8,

HU Hailong8, QIAN Limin1

1、Anhui Fanya Sipaite Spectroscopy Co., Ltd., Anhui 241001, China

2、Technical Institute of Physics and Chemistry, CAS, Beijing 100190, China

3、Institue of Materia Medica Chinese Academy of Medical Science,Beijing 100050, China

4、Liaoning Provincial People's Hospital, Shenyang 110008, China

5、Canadian Light Source Inc, University of Saskatchewan, SK S7N 2V3, Canada

6、Northeast International Hospital, Shenyang 110008, China

7、Beijing Fanya Sipaite Science and Technology Co., Ltd., Beijing 100085, China

8、Fuzhou University,Fujian Fuzhou 350108,China

Key words: Atom and molecule; Electronic structure; Pharmacology of traditional Chinese Medicine; X-ray emission spectrum; Molecular system;Quantum chemistry

中醫药以整体、动态和辨证的思维方式认识生命与疾病的复杂现象,具有不可否认的科学性和合理性。但是中医药规律更多的是在宏观表象的经验总结上,缺乏现代科学技术的解析,难以被现代社会特别是国际社会普遍理解和接受(1)。中药复方是一个极其复杂体系,中药复方化学成分的高度复杂性和中药复方药效物质基础的不明确性,是目前中药药理学面临的研究重点,药效物质基础与生物机体两大系统复杂的相互作用研究,更是中药药理学所面临的极大挑战(2)。

虽然西方现代医药在剂量和毒性方面存在明显的缺陷,但是由于在分子机制方面有一套能够自圆其说的理论与实践结果,在疗效方面可以立竿见影,近200年来逐渐成为了主宰世界医疗领域的主流医药技术(3)。

运用现代科学技术手段研究中药内在规律和本质,揭示其科学内涵,实现中药研究的理论科学化、技术现代化、标准规范化、描述客观化,已成为亟待解决的科学问题。

1 研究现状

中药药理学是中药研究中最活跃的领域。近些年来,在活性成分筛选研究、生物技术研究、药理现代化研究、中药复方制剂研究、中药系统生物学研究、质量控制技术研究等等方面,采用了一系列的现代化等技术和方法。特别是在化学鉴定的研究方法,已经进入到了以核磁共振、质谱、X射线衍射等现代光谱技术为主导,以及各种光谱、质谱技术连用的阶段(4),采用了红外光谱 (IR)、拉曼光谱(Raman)、核磁共振 (NMR)、X射线荧光光谱 (XFS)、等离子体发射谱(ICP-MS)、X-射线衍射 (XRD)、电子衍射 (ED)、中子衍射 (ND)等,同时已经有研究者利尝试X射线电子能谱(XPS)(5)、同步辐射X射线荧光法(SR-XRF)、X射线吸收谱技术(XAS)等技术(6),量子化学理论计算等方法(7,8,9)。

尽管如此,中药药理学的研究还是局限在分子层次,无法解析药效物质基础与生物机体两大系统复杂的相互作用机理。张伯礼院士(10)认为要特别注重对物质基础和生物体内极微量及不同形态、价态的化合物新的检测方法的开发和应用,开展中药在体内形态及不同价态的药效学、毒理学、药代动力学等基础课题的综合系统研究,包括形态结构、价态配位、动态代谢、量效关系、毒效机制等,解析各类问题间的逻辑关系,探讨应用新的方法技术,形成新的解决方案。

实践证明,对于比化学药更为复杂的中药药理学体系的研究,仅仅依靠现有的分子层次研究方法,已经很难获得满意的研究成果,需要在现有的研究基础上,探讨建立新技术和新方法,在原子层面开展研究,特别是通过对原子层面内壳层电子结构实验解析,通过原子分子物理学和量子化学等理论计算双重验证,通过中药药理学理论的研究,形成中药药理学新的研究方法。

2 中药药理学的原子分子研究方法与原理

中药药理学的原子分子研究方法,其核心是应用原子分子物理学和量子化学、中药药理学等作为理论支撑,运用X射线光谱技术对分子体系内原子的电子结构进行实验解析,同步获得原子分子物理学和量子化学理论计算的验证,实现对药理学机理的解析。这是一个从中药物质基础分子体系到生物分子体系、从分子结构到形态、价态、原子的电子结构、表面效应与量子效应等不同层面,进行系统深入解析的过程,也是一个从实验到理论计算双重验证的过程。

分子是物质中能够相对稳定独立存在并保持该物质物理化学特性的最小单元,分子是由原子构成的。现代科学已经证明,电子结构决定了物质的性质(11)。

应用X射线光谱技术,诸如显微扫描透射X-射线显微镜(STXM)技术、X射线电子能谱(XPS)、X射线吸收谱(XAS)、X射线发射谱(XES)和X射线共振非弹性散射(RIXS)等技术,可以对中药物质基础和生物机体的分子结构中原子的电子行为开展研究,获得在原子与电子结构水平的X射线光谱实验与解析结果。

中药药理学原子分子研究方法的技术路线:

在中药药理学的复杂分子体系中开展原子分子研究,是中医药科学的前沿课题,也是探索其药理学机理的必经之路。虽然我国目前还缺少相关方面的研究基础和实践,但是世界上许多科学家已经开始了一些有益的尝试(12-21),比较普遍的是应用X射线吸收谱XAS技术开展在植物药、矿物药、汉方药、化学药等等方面的研究。

以X射线共振非弹性散射技术RIXS为标志的X射线光谱技术,是在原子水平解析电子结构的强大工具,具有在原子层面对电子结构精细解析的强大能力。原子分子物理学及量子化学理论,是微观基础研究领域成熟的科学理论,已经极大地推进了物理学、化学、材料学、生物科学等自然科学领域的科学进步,是当前在原子分子领域应用最广泛的科学理论。X射线光谱技术中,X射线扫描透射显微镜STXM技术可以满足在<6nm分辨率下获得样品的形貌及光谱信息;X射线电子能谱的XPS技术,可以获得电子能级及能带的信息;X射线吸收谱XAS,是研究原子邻近结构敏感局域的原子间距、配位数和原子均方位移等参量的最佳工具;由于X射线发射谱XES技术原理是光子进和光子出的“双光子过程”,因此XES可以获得原子芯能级电子占有态和电子轨道的信息;特别是采用选择性光子激发的方式改变入射光能量,这时的XES可以用X射线共振非弹性散射RIXS技术来描述。RIXS总振幅由 Kramers-Heisenberg公式确定 ,为各散射通道的振幅之和 ,在原子单位下有(22):

其中,I(Em)是共振散射强度分布。g表示基态,n表示中间态,f表示终态。D是偶极子算符。Einc是入射光子的能量,En和Eg分别是中间态和基态的能量。Γ 表示中间芯激发态的寿命宽度。

在RIXS过程中入射光频率和散射光频率必须满足能量守恒定律。由此可知,RIXS光谱技术具有以下特点:

( 1)由于入射光子能量较高 ,吸收往往产生原子芯能级 (core levels)的激发 ,且在入射光子能量与原子内电子芯态至未占有态跃迁能量相等时 ,相应的散射通道振幅出現共振效应,即在RIXS过程中散射截面被增强。因而 , RIXS具有很好的原子选择性。

( 2) RIXS过程往往为电子Raman效应引起,并同时为选择定则控制,初始态μ和终态n必须满足这些选择定则。因此, RIXS方法可以用来确定分子占有和未占有轨道的位置、对称性等等电子结构信息。

( 3)由于散射光一般亦为贯穿能力较强的短波长辐射,因此这一方法不仅可以象XPS那样应用于表面研究 ,而且能够得到体 ( bulk)或掩埋 ( buried)层物质结构的信息。

各项X射线光谱技术的基本功能由图2给出(22):

中药特别是复方中药大多是由多种成分构成的分子结构,即使相同成分经复合后,在不同条件下也可能呈现不同的物理化学关系:复合物中元素之间既可能有物理堆积、又可能存在某些关联元素之间的化学键合等状态;相同成分不同制作方法形成不同的药物形态,例如丸、丹、膏、散、汤剂等,其药理学机理表现出了明显的差异性。由于建立在中药物质基础分子层面现有研究手段只能得到中药物质基础整体分子状态信息,无法获得原子层面的电子结构信息,在微纳及原子电子结构层面研究已经显得力不从心。

在自然科学领域,长时间人们曾认为C60与过渡族金属的化合物只能形成碳化物,不具有新的物理化学性质。钱莉民(22)应用XAS、XES及RIXS技术及量子化学理论对C60-Ti复合物的LUMO和HOMO区域的芯能级电子结构进行了解析,发现了在一定条件下C60-Ti可以成键,形成具有物理性质的化合物,验证了成键部位大多是C60的五环和六环,证明了相同元素在不同条件下化合可以具有不同的物理化学性质,并得到了量子化学理论计算的验证(如图3)。

3 中药药理学的原子分子研究方法应用探讨

在中药药理学应用原子分子研究方法,是从中药物质基础的分子体系到生物分子体系、从分子结构到形态、价态、原子的电子结构等不同层面系统深入的解析,包括形态结构、价态配位、电子结构特性、表面效应与量子效应、动态代谢、量效关系、毒效机制等,开展药效学、毒理学、药代动力学等综合系统研究,解析各类问题间的逻辑关系,探讨其机理,也是一个从实验到理论计算双重验证的过程。

3.1 国内的研究基础

国内研究者已经尝试应用了中药药理学原子分子研究方法中的相关技术,开展了中药物质基础的研究。郭艳芳(5)应用XPS技术对中药雄黄进行了研究,李玉锋(23)等应用 X 射线吸收谱(包括 X 射线吸收近边结构 XANES 与扩展 X 射线吸收精细结构 EXAFS)等技术,在矿物类中药汞的化学形态分析、汞的分布与转化及汞与有机质、蛋白质的相互作用等方面开展了研究,关君等(8,24,25)应用量子化学理论对中药雄黄、大黄素、乌头碱等开展了研究,这些都为应用与开展中药药理学的原子分子研究方法,提供了良好的基础。

在矿物类中药雄黄的成分研究中,曹帅等(26)应用 X 射线衍射技术对炮制前后的雄黄进行分析,发现雄黄药材和雄黄饮片均为 α 雄黄( AsS) 和 β 雄黄( As4 S4 )的混合体,雄黄的主要成分As4 S4,关君等(24,27)应用量子化学方法的研究结果认为雄黄的主要成分为As4 S4,这是迄今大多数科学家比较认可的研究结论。即便如此,就雄黄的化学成分中As4 S4 而言仍然可能存在多种同分异构体。当前在雄黄成分及分子结构依托的XRD实验分析方法,存在只能证明一个物相的存在而不能证明一个物相不存在的局限性,科学家认为具有某些物相的雄黄可能会存在但XRD实验分析方法无法检测出来的状况,致使某些As4 S4 异构体至今仍然未能被发现。

发现更多的和稳定的As4 S4 异构体是当前研究雄黄的关键点之一。由于现有研究方法的局限性,很难准确确定雄黄的成分,即便对雄黄配伍减毒的作用机制存在多种推测,也很难深入系统地阐释雄黄的作用机制并获得进一步实验验证。

3.2 在活性成分研究中的应用

活性成分研究是中药药理學研究的一个重要课题。在原子层面开展中药药理学研究,通过研究物质基础电子精细结构,可以更加精确地确定中药物质基础的活性成分,有利于物质基础药效有效成分与活性关系相关联的深入研究。

在植物源香豆素药用价值研究中,已经发现其具有多种生物活性,对于治疗癌症等疾病有比较确切的药用效果。Kinga OstrowskaKinga Ostrowska(21)等人在对植物衍生香豆素及其合成类似物的细胞毒性活性研究中,应用X射线近边吸收谱XANES和扩展X射线吸收精细结构技术EXAFS,发现了金属配合物比母体配体更加具有活性,并得到了电子结构的实验验证。金属特别是铜等过渡金属的参与,使得金属配合物活性变得更加活跃。应用EXAFS技术提供的Cu(II)阳离子附近的局部原子序信息,发现铜是以+2价氧化态存在于配合物中的(图4)。

由于XAS光谱的指纹特性,吸收边能量位置的变化反应了原子化学态变化。图5显示,离子键形成过程中电荷转移会影响吸收边缘位置,并导致CuO和乙酰衍生物(2)、(3)配合物随着离子态增加而向更高的能量转移。

3.3 在复杂分子体系研究中的应用

中药复杂分子体系的研究,其难度之大仍然面临巨大的挑战,其中机体内源性生物活性物质、微量及超微量、水溶性、不稳定成分等方面是令人望而生畏的领域。各种成分溶解度是关系到药理学机理、药物在体内吸收及生物利用度的关键,获得准确的分子结构及性质是药理学研究的前提。中药的一种常见传统形态为液体,是复杂的分子体系,在复杂分子体系的研究中,水及溶液的分子体系具有特殊性,雷海民(28)等也采用化学超分子理论对其进行研究。传统的理论认为甲醇通常可以完全溶于水,因而必然在分子水平的基础上均匀混合。就“甲醇-水是均匀混合物”这个结论,Joseph Nordgren(29)等人对甲醇-水混合物进行了原子层面电子结构的研究。通过应用XAS、XES和RIXS技术研究中发现,在甲醇-水混合物吸收谱的前边低能区出现了一些未知的信号曲线(见图5),不符合成为均匀混合物的条件;根据XAS中发现特征峰,应用XES及RIXS技术对图9标记的A~A’-- 区域进行选择性激发,观察到甲醇-水混合物发射谱的主发射峰随着共振激发能量的失调(detuning)变窄,525 eV处强度衰减和发射峰向弹性峰的相反方向偏移,表明甲醇-水混合物中有新的化学物种存在(图6)。X射线光谱技术实验证明了甲醇和水的混合并不是均匀的混合物,而是在它们的混合物中有新的物种产生。量子化学的理论计算,验证了上述实验的结论。X射线光谱技术对深入研究中药复杂的分子体系或复杂的化学混合物是极其有效的工具。采用RIXS技术的选择性激发方法,可以观测到费米能级区域或导带与价带间细微的电子结构变化。此外,XES、RIXS技术也非常适用在液体和溶液性质的研究中,这对于中药物质基础多原子、多形态的研究具有极其重要的意义。

3.4 在药动学研究中的应用

中药药理学的研究,从根本上是物质基础与生物机体作用机理和规律的揭示,是根据其组成各种效应分子与其机体大分子之间相互作用的结果。揭示其作用机理和作用规律,药物剂量状态是药物传递系统中最常见问题之一,应用诸如紫外-可见、热重分析等许多传统方法可以测量药物载体中的载药量,但是基于上述传统技术无法揭示药物传递和药物进一步释放过程所必需的药物分子的完整性和药物分布特性。对药物载体在载药前后的局部化学状态变化进行STXM成像同时完成XANES光谱技术的表征,是一种先进技术。王建等人(14)应用STXM成像及XANES光谱技术同步对装载模型药物布洛芬(Ibuprofen IBU)单个硅酸钙(Calcium silicate hydrate CSH)介孔微球化学状态进行了研究,通过STXM成像和XANES光谱技术对C、O、Si的K边和Ca L边吸收谱表征和探测,发现了Ca L3,2 边的样品亚微米区域的电子结构状态和化学结构状态的特性。扫描透射x射线显微镜STXM以纳米尺寸的X射线束及透射模式,表征了化学环境中元素吸收边的特征。该光谱显微学信息即可以提供单一纳米结构近边区域的成像,又可以提供该区域详细的吸收光谱信息,通过光谱特征 (能量变化峰值、强度变化、新特征消失等)的显著变化,对探测目标原子周围环境的轻微变化非常敏感,可以同时获得药物分子键合状况、加载过程前后状态及其分布状态的信息,非常适用于药动学研究(见图7)。

3.5在毒理學研究中的应用

中药体内代谢的后果之一是可能生成具有不同性质的反应活性的产物,对人体产生直接或间接的作用。抗癌药物顺铂和卡铂是治疗多种癌症的主要药物,顺铂在血液中产生含铂的水解产物被认为是比母体药物的毒性更大。为了减少顺铂固有毒性,减轻顺铂毒副作用的策略是通过共同给药即“改善药物”,在体内选择性地灭活这些水解产物。对哺乳动物类典型生物和人类的大量研究表明,含硫药物,如硫代硫酸钠,在消除顺铂毒副作用方面有效。哺乳动物血浆体外研究表明,顺铂可能与硫代硫酸盐反应,产生可能含有Pt-S键的复合物。当哺乳动物血浆中添加顺铂和N-乙酰半胱氨酸、D-甲基苯胺或L-谷胱甘肽,也可能形成具有Pt-S键的复合物。为了解析血浆中与顺铂形成的硫代硫酸盐复合物的化学性质和药物机理,Melani Sooriyaarachchi(30)、O. E. Polozhentsev,(31)等人通过应用XAS技术和量子化学的理论来解析顺铂和硫代硫酸盐在哺乳动物及人体内的生物活性特征,验证了含有硫代硫酸盐和顺铂溶液在生物体内的毒性水解产物灭活机理(见图8),获得了体内代谢脱毒的预期结果。

X射线EXAFS吸收谱来自于附近原子的光电子后向散射,可以在吸收原子周围形成一个局部径向结构。近边光谱中的强吸收来自于拉波特允许(Δl=±1)芯电子向束缚态的跃迁。在上述研究中使用了Pt L3边与2p3/2激发,其活跃的电子跃迁具有实质性的d轨道特性。其中,图9中是顺铂(---)Pt L3和硫代硫酸盐处理后的顺铂(—)临床溶液制备的Pt L3的X射线吸收近边光谱。经硫代硫酸盐处理后的光谱可以看到Pt L3向高能量的方向偏移,为顺铂毒性水解产物在体内失活提供了结构基础。

图9和表1的分析表明,EXAFS衍生的4配位数和EXAFS衍生的Pt-S键长度为2.30A,都抗氧化。X射线吸收光谱的实验结论是,所研究的复合物是一个四硫磺酸Pt(II)实体。加入PbS缓冲液中产生铂-硫代硫酸盐复合物,该复合物与之前在50min时间点的等离子体中观察到的物种直接相似。尽管在体内使用了非常高水平的硫代硫酸盐,但四核体复合物可能实际上不会在体内形成。实验结果表明,硫代硫酸盐与铂的结合模式是通过外部硫原子形成,其作用模式是硫代硫酸盐将这些水解产物隔离并失活,使一些未隔离的铂类物质具有抗癌活性,并产生相应有益的治疗效果。除此之外,固体顺铂的和顺铂的临床制剂光谱非常相似,而且与不含H2S混合物溶液的反应表明,与硫代硫酸盐反应后顺铂的Pt(II)氧化状态不变。

4 展望

开展中药药理学原子分子研究,是一项新的研究方法,有助于在原子层次电子结构水平解析中药药理学机理,获得中药药理学在原子分子水平的研究与解析,有助于中药复方化学成分高度复杂性及中药复方药效物质基础不明确的关键课题的解析。借助新的技术和新的方法,有助于应用现代科学语言诠释中医药理论并赋予中医药在现代意义上的科学内涵,有助于推动中医药的现代化研究进程,提升中医药的现代化水平。

进入微纳与原子时代,原子层面的研究技术和方法已经走进更多的科研领域,成为更多的科技人员强有力的工具。世界各地许多大科学装置如同步辐射光源已经提供了多方位多层次的服务,瑞典MAX IV光源、加拿大萨斯喀彻温大学光源等,都可以提供X射线光谱技术的实验服务。国内的三大光源也正在逐步完善基础设施及实验设备,为科学研究逐步扩大服务范围和服务机时。具有实验室光源(home-made)独立实验室目前也在积极建设中,这些都为在原子层面开展中药药理学物质基础电子结构的研究提供了良好的机遇和条件。

在中药药理学开展原子分子研究的过程中,还有助于建立中药药理学的原子分子理论模型,创立中药药理学原子分子学理论及中药药理学量子化学理论,在集成多学科理论与技术的基础上,建立符合中医药特点的中药方法学体系,这是中药研究的科学目标。

参考文献:

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第一作者:张录楠,中国人民大学,

通讯作者:钱莉民,瑞典乌普萨拉大学物理学博士,高级工程师,主要方向:X射线共振非弹性散射(RIXS)理论与实验技术

作者:张录楠 马铭 靳洪涛 袁继龙 王建 王春江 贾涛 郭燕川 杨桂芳 胡海龙 钱莉民

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