中藥材大品種全産業鏈創新研究的模式構建
中藥材大品種全産業鏈創新研究的模式構建
孫曉波 劉海濤
(中國醫學科學院北京協和醫學院藥用植物研究所中草藥物質基礎(chǔ)與資源利用教育部重點(diǎn)實驗室/國家中醫藥管理局中藥幹(gàn)預糖脂代謝紊亂性疾病藥效評價重點(diǎn)研究室/
中藥(天然藥物)創(chuàng)新藥物研發北京市重點(diǎn)實驗室)
中藥材作爲中醫藥事業傳承和發展的重要物質基礎(chǔ),是關(guān)系國計民生的戰略性資源。中藥材的有效利用和創新發展彙集瞭(le)中藥的臨床價值、科技價值、生态價值、經濟價值和社會價值,對於(yú)中藥産業的科學發展、大健康産業的引領支撐、醫藥産業的調整升級、臨床用藥的安全可靠、生态環境的改善保護,具有十分重要的意義。
中藥材全産業鏈創新研究以中藥農業爲基礎,中藥工業爲主體、中藥商業爲紐帶,包含瞭(le)中藥材種植(養殖)、産地初加工,飲片(含配方顆粒)炮制加工,中成藥及健康産品研發生産、倉儲流通、銷售使用等,涵蓋瞭(le)中藥材源頭生産到終端産品流通的各個環節,其中,質量控制貫穿中藥材從“地頭”到“床頭”的全過程全周期,通過中藥材種植、加工、流通及其經營主體的無縫對接,實現中藥材一二三産業深度融合,以産業鏈帶動創新鏈,形成種好藥、創好藥、制好藥、用好藥的漸進循環模式。中藥現代化20年的曆程,湧現出一批應用廣泛、綜合帶動性強、市場價值大、産業鏈相對完備(bèi)的中藥材,如:人參、三七、阿膠、肉苁蓉等,彰顯瞭(le)強大的經濟拉動作用,這類品種被行業内統稱爲中藥材大品種,其已成爲中藥産業提質增效升級的重要突破口。中藥材大品種全産業鏈的創新研究模式必将有效提升中醫藥對經濟發展的貢獻度、對脫貧攻堅的精準度、對綠色發展的帶動度,爲經濟社會發展增添新動力。
下面以三七爲例,介紹一下其全産業鏈的創新研究模式與産(chǎn)業(yè)化應用。
三七Panaxnotoginseng(Burk.)F.H.Chen是五加科人參屬多年生草本植物,起源於(yú)2500萬年前第三紀古熱帶山區。三七首次明確(què)記載於(yú)《本草綱目》(1578年),“味微甘而苦,頗似人參(cān)之味。凡杖撲傷損,瘀血淋漓者,随即嚼爛罨之即止,青腫即消散。若受杖時,先服一、二錢,則血不沖心,杖後尤宜服之,産(chǎn)後服亦良。大抵此藥氣溫,味甘微苦,乃陽明、厥陰血分之藥,故能治一切血病”,詳細描述瞭(le)三七止血和治療金瘡(chuāng)的神奇功效。作爲(wèi)品質穩定、療(liáo)效顯著的中藥材,三七散瘀止血、消腫定痛的傳(chuán)統功效一直被世人所公認(rèn),享有“金不換”“南國(guó)神草”“參(cān)中之王”等美譽。

人們對三七功效的認識及應用基本上是基於(yú)中醫臨床的經驗摸索與積累,直到20世紀70年代仍然主要圍繞傳統功效“散瘀止血,消腫定痛”的臨床應用,市場用量不大,具有一定的局限性。20世紀80年代以來,尤其是經過中藥現代化20年的發展,三七的臨床應用已由傳統的治療跌打損傷擴展到心腦血管領域,並(bìng)在預防和治療心腦血管系統疾病及康複保健等方面顯示出獨特的優勢和巨大的發展潛力。三七的社會需求量從20世紀80年代的0.12萬噸增加到目前的1.2萬噸左右。目前,三七種植面積超過70萬畝(1畝≈667m2),年産(chǎn)量大約4.5萬噸,以三七爲原料的中成藥制劑有400多種,含有三七的中成藥制劑批文3000多個,使用三七作爲産(chǎn)品原料的中藥企業有1500餘家,相關産(chǎn)品年銷售收入達(dá)500億元,三七已成爲我國近幾年發展最快的中藥材大品種。
随著人們對三七藥用價值認識的不斷提升,制約其發(fā)展和應用的諸多問題(tí)也日益凸現:種質退化,種植技術不規範,産量及品質不穩定,傳統功效的現代臨床應用物質基礎和作用機制不清楚,資源綜合利用、産品開發深度和廣度不足,産業化能力與水平難以滿足日益增長的臨床用藥需求,産品的質量保障及工業化水平亟待提升,産業鏈相對單一、脫節等。對於(yú)中藥材全産業鏈而言,種好藥需要有優質的種質資源和規範的種植、採收、加工技術與管理,生産出品質可靠的中藥材;創好藥需要有深入系統的基礎研究,發現其新的藥用價值,並(bìng)經過多學科融合,研發出安全、有效的創新藥物以滿足未被滿足的臨床需求;制好藥需要有好的原料,明確的活性成分,規範的生産工藝及嚴格的質量控制;用好藥需要有藥效物質與作用機制支撐下的準確臨床定位及科學使用方法。
自20世紀80年代起,我們系統開展瞭三七的基礎及應用開發研究,創新性地提出瞭(le)中藥材全産(chǎn)業鏈研發與綜合利用的原創思維,創建瞭(le)基於(yú)系統生物學原理的集植物育種、栽培、化學物質發現、藥效機制破解、工藝過程自動化控制的基礎研究、應用基礎研究及循證醫學研究爲一體的關鍵技術與方法,曆經理論創新,技術突破及産業化應用,形成瞭(le)以理論、策略、技術、路徑爲支撐的高品質中藥材規範化、規模化種植與創新藥物研發、臨床定位、大規模産業化、市場化的“杠鈴”型創新模式,引領瞭(le)中藥材大品種的全産業鏈綜合開發與利用。

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三七新品種選育及規範化種植技術體系建立
針對三七種植無新品種、種質資源需求量大、群體小、性狀多的問題,建立瞭(le)符合中藥特點(diǎn)的三七遺傳(chuán)特性及表型與活性成分含量相關(guān)聯的三七種質資源評價技術。在系統評(píng)價(jià)現有種質資源的基礎(chǔ)上,曆時14年,發掘瞭(le)育種目标性狀突出的優異種質,培育瞭(le)新品種“苗鄉(xiāng)三七号”和“滇七1号”,結(jié)束瞭(le)三七人工種植400年無新品種的曆史,兩個(gè)新品種在抗逆性、存苗率、單(dān)株重、皂苷含量及單(dān)位面積産(chǎn)量均有顯著提高。針對三七藥材質量不穩定的問題,創(chuàng)新性地開展瞭(le)三七種植環境、施肥、病蟲(chóng)害防控、農藥使用等四大關(guān)鍵環節的系統研究,建立瞭(le)國(guó)内高品質的GAP基地,建立瞭(le)《地理标志産(chǎn)品文山三七》國家标準,首次獲得瞭(le)日本JAS、美國(guó)NOP及歐盟BCS三大國(guó)際機(jī)認證,實現瞭(le)三七高皂苷、低殘(cán)留、低重金屬含量等優質藥材目标,爲血塞通等明星産(chǎn)品的生産(chǎn)提供瞭(le)大量的優(yōu)質三七藥(yào)材原料。
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三七活性成分辨識及功效相關質控技術建立
集成色譜-光譜技術對生三七和熟三七的化學成分進行瞭(le)分離純(chún)化和結構鑒定,發現瞭(le)一系列新的化合物,通過活性追蹤,確(què)認瞭(le)生三七、熟三七各自的關鍵活性成分,爲闡(chǎn)明三七“生攆熟補(bǔ)”的傳統理論和臨床應用提供瞭(le)新的科學依據(jù)。通過對(duì)三七總皂苷及單(dān)體皂苷的活性研究,率先開展瞭(le)以功效與活性導向下的三七産(chǎn)品質量标準研究,創(chuàng)建瞭(le)以活性爲導向的質量标準控制技術,首次建立瞭(le)人參(cān)皂苷Rb1、人參(cān)皂苷Rg1、三七皂苷R1、人參(cān)皂苷Rd、人參(cān)皂苷Re爲(wèi)主要指标的
質量标準與指紋圖譜分析方法,被納入《中華人民共和國藥典》,形成瞭(le)活性成分導(dǎo)向下藥材、中間體和成品制劑(jì)“三位一體”的質量控制标準。通過(guò)吸附層(céng)析技術、超濾膜過(guò)濾技術,結合梯度洗脫模式和三相純(chún)化策略,成功開發瞭(le)多單元組合的自動化、工業化皂苷生産(chǎn)新工藝,使得三七莖(jīng)葉和剪口總皂苷的産率分别提高瞭(le)3%和5%,同時首次實現原人參(cān)二醇型和三醇型皂苷工業化分離,收率達(dá)到80%。通過(guò)新型真空幹燥技術、工業智能化生産(chǎn)技術等,對(duì)三七總皂苷注射劑設置瞭(le)533個質控點(diǎn),有效保證瞭(le)注射劑的質量穩定,並(bìng)提高瞭(le)效率,降低瞭(le)成本。
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三七關鍵活性物質及靶點發現技術
通過構建網絡藥理學、分子生物學、藥理學等多元化整合藥理學技術,首次發(fā)現三七用於(yú)治療心、腦、糖尿病血管性病變(biàn)的重要物質基礎(chǔ)及關鍵靶點。
3-1揭示瞭三七中具有心血管活性的主要成分
研究證明瞭三七心血管保護作用的藥效物質基礎主要是三七皂苷R1、山柰酚(三七黃(huáng)酮)、人參(cān)皂苷Rb1等。三七皂苷R1通過調(diào)控内質網應激關(guān)鍵靶蛋白GRP78,發(fā)揮心肌保護(hù)作用,抑制轉錄因子NF-κB活化,減(jiǎn)少心肌的炎症反應(yīng)。山柰酚通過抑制p53信号和ERK/MAPK途徑,發(fā)揮心肌保護(hù)作用。人參(cān)皂苷Rb1的保護作用主要是通過調(diào)節雌
激素受體激活PI3K/Akt通路産生抗細胞凋亡作用。
3-2首次發現三七神經細胞保護的分子機制
三七中主要活性成分三七皂苷R1通過激活雌激素受體(tǐ)依賴(lài)的PI3K/Akt信号通路,活化Nrf2/ARE
信号通路,上調HO1,抑制NADPH氧化酶和線粒體來源的超氧化物發(fā)揮(huī)顯著的抗腦缺血作用。進一步研究發(fā)現,三七皂苷R1和七葉膽(dǎn)苷ⅩⅦ可顯著抑制Aβ25-35誘導(dǎo)神經(jīng)細胞凋亡,顯著改善APP/PS1雙轉基因小鼠的學習記(jì)憶能力。利用雙報(bào)告基因技術(shù)建立雌激素受體(tǐ)反應元件轉染PC12細胞模型,首次發(fā)現三七皂苷R1和七葉膽(dǎn)苷ⅩⅦ均可激活ERα,增強(qiáng)ERE活力,活化PI3K/Akt信号通路。首次發現七葉膽(dǎn)苷ⅩⅦ對Aβ25-35誘導(dǎo)神經細胞自噬
體滞留具有明顯的抑制作用。三七皂苷R2可抑制氧化應激和線粒體(tǐ)依賴(lài)的凋亡信号通路的活化。上述三種單(dān)體化合物可能會(huì)成爲防治神經退行性疾病的候選新藥,具有潛在的開發(fā)價(jià)值和較好的新藥研發前景。
3-3闡明自主研發治療冠心病的複方制劑冠心丹參滴丸的主要活性成分
丹酚酸B通過PI3K/Akt信号通路發揮抗心肌細胞凋亡的作用。山奈酚通過(guò)抑制激活p53信号和ERK/MAPK途徑,發(fā)揮心肌保護(hù)作用。三七皂苷
R1通過抑制轉錄因子NF-κB活化,減少心肌的炎症反應。揮發(fā)油類成分則明顯改善微循環(huán)作用,同時增加其有效成分的吸收,體現瞭(le)冠心丹參(cān)滴丸中多個(gè)有效成分與疾病相關多個(gè)靶點(diǎn)之間相互作用,
相互調節的結果。
3-4創立“阿理療法”,解析聯合用藥的科學價值、臨床價值,提升市場價值
創立瞭“阿理療法”,即阿司匹林與理洫王牌血塞通軟膠囊(以下簡(jiǎn)稱(chēng)理洫王)聯合使用治療心腦血管疾病。研究結(jié)果顯示阿司匹林與理洫王聯(lián)合使用在減(jiǎn)少腦缺血再灌注損傷引起的腦梗死體積(jī)、改
善神經功能缺損、減少血小闆最大聚集率、血清抗炎、降低血漿(jiāng)同型半胱氨酸、改善凝血與纖溶系統(tǒng)、保護海馬組織神經細胞等方面,優於(yú)單(dān)用阿司匹林。同時,理洫王能顯著減(jiǎn)輕(qīng)阿司匹林所緻大鼠胃粘膜損傷、十二指腸(cháng)微絨(róng)毛損傷,可顯著抑制阿司匹林所緻大鼠血漿(jiāng)胃泌素和胃動(dòng)素的降低。研究中首次採(cǎi)用活體成像技術,直觀(guān)展示藥效結果。此研究以實驗科學的方式證實瞭(le)理洫王既能協同增強(qiáng)瞭(le)阿司
匹林的抗炎作用和抗腦卒中的療效,又能通過獨有的靶蛋白減輕瞭(le)阿司匹林的副作用,發(fā)揮協同增效、減(jiǎn)少不良反應的作用,爲臨床防治腦卒中提供瞭(le)新思路,揭示瞭(le)中醫藥在重大疾病防治,特别是心腦(nǎo)
血管等慢性疾病上具有的獨特優勢,並且在與西藥聯(lián)合用藥方面體(tǐ)現出協同增效、降低不良反應的巨大優勢和臨床應用前景,提示中西藥聯(lián)用将是解決(jué)重大慢性疾病的重要臨(lín)床途徑(jìng)之一。
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三七創新藥物及大健康産品
自20世紀80年代,在傳(chuán)統功效研究的基礎(chǔ)上,利用已獲(huò)得的植物化學、藥效學、藥理作用機(jī)制的成果,通過(guò)民間(jiān)驗方整理、臨床用藥經驗梳理和三七藥性理論研究,率先開發瞭(le)基於(yú)三七及三七總皂苷爲主要原料的血塞通系列産(chǎn)品(血塞通軟膠(jiāo)囊、血塞通顆(kē)粒、血塞通片、血塞通注射液、血塞通滴丸、無糖型血塞通顆粒、注射用血塞通(凍(dòng)幹(gàn))),主要
用於治療心腦血管疾病,開創瞭三七應用的嶄新領域,形成瞭(le)以三七及其皂苷爲(wèi)主要原料的系列中成藥大品種群,創(chuàng)造瞭(le)世界植物藥單品種劑型最多的典範(fàn),包括注射劑(水劑、凍(dòng)幹粉)、片劑、膠囊劑(jì)、滴丸劑(jì)、軟膠囊劑(jì)、顆粒劑(jì)、丸劑(jì)等,形成瞭(le)巨大的市場規模。
近年來,通過進一步的研究開發,實現瞭三七資源利用的新突破(有效部位、有效成分、組(zǔ)分配伍)。創(chuàng)新性發現瞭(le)三七總皂苷及三七皂苷R1對糖尿病視網膜病變(biàn)的顯著治療作用,劑(jì)量依賴性減輕視網膜微血管病變(biàn),定量結果表明其能夠(gòu)減輕視網膜色素上皮層(céng)細胞丢失,療效程度顯著高於(yú)二甲雙胍,爲其總皂苷制劑在FDA/IND注冊(cè)提供瞭(le)科學依據。
資源綜合利用優勢(shì)明顯的三七有效組分新制劑(jì)的開發(fā)。以三七葉爲原料,以藥效學研究結果爲導(dǎo)向,分離純(chún)化三七總皂苷和總黃酮,一種技術兼顧(gù)二類組分,且療效高於(yú)單(dān)組分,用於(yú)治療缺血性腦中風瘀血阻絡證,獲得1項發明專利,並(bìng)完成瞭(le)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床研究,且已證明作用效果明顯強於(yú)單(dān)獨(dú)應用三七總皂苷,該(gāi)項研究正在申請新藥證書,並(bìng)獲得重大新藥創(chuàng)制科技重大專項支持。
多靶調(diào)控、組方精緻的三七組分組合物創(chuàng)新中藥開發(fā)。創(chuàng)新性提出利用藥理模型與計算機輔助設計相結(jié)合的研究思路,将三七葉總皂苷與山楂葉總黃(huáng)酮配伍組合,研制開發(fā)治療缺血性腦中風的創(chuàng)新中藥。另一個(gè)組分配伍“三七總皂苷+小檗堿”,用於(yú)治療糖尿病及合並(bìng)症的創(chuàng)新藥物研究已獲授權專利。
三七微量成分新制劑的開發(fā)。創(chuàng)新性地發(fā)現三七中微量成分三七素可用於(yú)治療化療藥物導(dǎo)緻血小闆減少症,正在研制開發(fā)化藥一類新制劑(jì)。目前已經完成FDA的IND申請,促進瞭(le)三七制劑(jì)臨床應用的國際化進程。
通過不斷的研究,我們創(chuàng)建瞭(le)以三七藥材品質爲支撐(chēng),活性物質爲基礎(chǔ),質量控制爲保障,藥效機制爲引導(dǎo),臨床準確(què)定位爲核心的系統關鍵技術,基於(yú)傳(chuán)統功效,發現新的臨床價值與用途,引領開
發瞭一批以三七爲主要原料的原創藥物,在心、腦、糖尿病等血管性疾病的新藥研發(fā)與臨(lín)床應用方面,對(duì)國内1500餘家以三七作爲産(chǎn)品原料的中藥企業,400多種以三七爲原料的中成藥制劑的市場(chǎng)化發(fā)展提供瞭(le)間接支撐,爲形成三七類産(chǎn)品巨大的市場規模做出瞭(le)突出貢獻,産(chǎn)生瞭(le)巨大的直接與間接經濟與社會效益。
利用構建的多元化整合藥理學技術體系,闡明瞭三七作爲心腦血管及神經(jīng)退行性疾病治療(liáo)藥物應用的關鍵藥效物質、作用機制,對(duì)三七的臨床應用給予瞭(le)全新的闡(chǎn)釋,爲促進三七成爲我國(guó)心腦血管性疾病防治應用中最爲廣泛的植物藥作出瞭(le)重要貢(gòng)獻,顯著提升瞭(le)三七的藥用資源價(jià)值、科學價(jià)值、臨床價(jià)值及中藥材國(guó)際有機認證、中藥國(guó)際注冊(cè)能力,爲引領中藥
材大品種發(fā)展及國際化提供瞭(le)新的路徑。
中藥材大品種具有重要的臨床價值、科技價值、生态價值、經濟(jì)價值和社會(huì)價值。各省市陸續出台瞭(le)一系列政策、規劃用於(yú)培育中藥材大品種,然而,在規(guī)模化種植(養(yǎng)殖)的200多種常用大宗中藥材中,真正實現全産(chǎn)業鏈無縫鏈接的,形成像“人參(cān)、三七”這樣的中藥材大品種、大品牌、大産(chǎn)業相對(duì)較少。因此,要繼續堅持創(chuàng)新驅動(dòng),科技引領,以三七全産(chǎn)業鏈創(chuàng)新研究模式爲藍本,實施中藥材大品
種戰略,通過基礎研究、共性關鍵技術突破、産品創(chuàng)制及集成示範(fàn)應用,培育大品種,塑造大品牌,實現一二三産(chǎn)業融合發(fā)展,提升中藥材産(chǎn)業價值鏈,推動(dòng)中藥材産(chǎn)業發展,發揮中藥材在大健康領域和精準扶貧(pín)戰略中的主導(dǎo)作用。