基于監管科學的中藥質量評價方法的整合研究思路和發展方向

白 鋼，張鐵軍，劉昌孝

? 中藥質量控制專欄?

基于監管科學的中藥質量評價方法的整合研究思路和發展方向

白 鋼1，張鐵軍2，劉昌孝2*

1. 南開大學藥學院，天津市分子藥物研究重點實驗室，藥物化學生物學國家重點實驗室，天津 300353 2. 天津藥物研究院，天津市中藥質量標志物重點實驗室，釋藥技術與藥代動力學國家重點實驗室，天津 300462

中藥質量標志物（quality marker，Q-Marker）或生物標志物（quality biomarker，Bio-Marker）的確證需要整合多學科的技術方法，通過探索成分、活性與功效之間的多元整合模式，創新復雜體系質量屬性的科學表達方式，建立能體現以中醫理論為基礎的中藥質量屬性的客觀評價體系。聚焦中藥臨床價值，結合產品特色優勢，揭示其科學內涵，強化其質量屬性參數與科學監管的關聯，通過“藥材來源-制劑加工-藥效評價-臨床療效”全過程的傳遞溯源可控性研究，構建中藥復方整體質量一致性的監管體系，以期為中藥質量控制方法的研發提供可借鑒的研究路徑、科學依據和技術方法。此外融合大數據背景下的中藥質量的信息技術與人工智能技術也是未來應該關注的發展方向，通過科學監管保障和提升中藥品質，助力中藥的高質量發展。

質量標志物；生物標志物；質量屬性；完整性；多元整合評價；監管科學

藥品科學監管貫穿其生命周期的全過程，涉及安全性、有效性、質量評價所需的標準與技術方法。由于復方中藥科學內涵的復雜性、化學成分的多樣性、原料的不穩定性，使其質量控制遠比化藥和生物藥更困難。中藥質量標志物（quality marker，Q-Marker）聚焦了質量屬性的本質，以中醫理論為基礎、以有效性為核心、以成分的特有性為依據，從可測性及可傳遞溯源等方面為中藥質量監管提供了可行的工具[1]。加強中藥Q-Marker與有效性和安全性的關聯研究，開展整體質量表征和多元化控制研究越來越受到多方面的關注[2]。本文通過梳理近年來中藥Q-Marker研發體系的進展，提出了以臨床優勢和品種特色為依據，通過整合多學科的技術手段，揭示中藥質量屬性背后的科學問題，并在此基礎上提煉和整合化學或生物的關鍵質量參數，通過創新數學表達模型和方法為復雜體系的科學監管提供研究范式。

1 中藥Q-Marker評價體系的研究進展

1.1 基于藥效與成分相關聯的研究策略

自2016年中藥Q-Marker的概念提出以來[3-4]，其研究思路與技術方法也在不斷發展與完善。有通過方證代謝組學方法建立血清藥物化學與方劑有效性的聯系，結合臨床療效體現方劑配伍可溯性的Q-Marker研發體系[5-6]；有通過強調對中藥功效的整體把控，將Q-Marker引入中藥功效評價中，構建系統中藥學的理論體系[7]；有以活性為導向，以多元統計分析為手段，以多維變量為基礎，整合系統生物學和網絡藥理學的研發策略[8]；有基于整合藥理學，通過“化學指紋-代謝指紋-網絡靶標-生物效應-中醫功效”建立多維關聯的研究路徑[9]；以及通過“組效相關、多組多效”，基于功效明確主治，通過譜效關系分析實現“見譜見效”的研究思路等[10]。基于上述藥效與成分的關聯研究策略，目前已經成功開展了元胡止痛片[11]、丹紅注射液[12]、芪藶強心膠囊[13]、黃芩湯[14]、銀藍膠囊[15]等系列中藥復方的Q-Marker發現研究。

1.2 基于生物效價相關聯的研究策略

目前中藥質量評價呈現多元化趨勢，采用單一或某幾種簡單的指標作為質量評價標準難以被共識所接受[16]。單純的化學基準還不能全面反映中藥質量屬性，因此基于效應基準的中藥質量控制方法，生物標志物（quality biomarker，Bio-Marker）的概念也隨之出現，希望通過將Bio-Marker與化學標志物相關聯來更全面的反映藥物的有效性和安全性[17]。例如基于消化酶活力的雞內金質量評價[18]以及抗凝血效價的丹紅質量研究[19]。同時通過成分含量差異反映活性與功效變化的研究思路，金銀花[20]、貝母[21]等質量評價方法也有報道。以藥效為中心的“大質量觀”的評價模式，也為中藥質量控制的多元化提供了借鑒[22]。

1.3 基于藥代與有效性相關聯的研究策略

將體內暴露成分作為Q-Marker的篩選和發現手段近年來也逐漸興起[23]。以多維化學物質組為基礎關聯“體外-體內”成分的研究方法，目前也成為多種復方中藥Q-Marker篩選的重要路徑，例如補陽還五湯[24]、血脂靈片[25]、大承氣湯[26]、糖脂清片[27]、丹參多酚酸[28]、參枝苓[29]等。此外，近來以“有效性”為核心，以Q-Marker為載體，又提出了以“物質-藥代-功效”相關聯的創新研發模式[30]。通過對物質基礎-體內過程、體內暴露-生物效應、劑型選擇-釋藥規律以及配伍規律-生物效應的關聯研究，嘗試借助“有效性”的全鏈條評價為中藥新藥開發以及大品種臨床價值挖掘提供研究路徑。

1.4 基于化學計量學的Q-Marker研究

由于復方配伍環境的復雜性導致影響功效的變量極其復雜，簡單的定量分析不能準確地反映實際情況，需要引入化學計量學算法創新數學表達模式進行系統分析和評估[31-32]。目前已開展的研究有將Q-Marker作為分子連接指數，通過綜合療效指數分析來提高中藥的質量標準[33-34]；通過總量統計矩陣將指紋圖譜轉化成正態分布函數對中藥質量進行整體表征[35]；基于等效成分群辨析技術建立“蜘蛛網”多維評價體系[36]；采用層次分析-熵權法對核心質量屬性進行權重分析[37]；通過將有效成分含量與生物活性等指標相關聯的二分類Logistic算法[38]；將近紅外光譜技術引入Q-Marker研究，整合生物活性預判與人工神經網絡算法，將光譜屬性與功效相關聯，利用質量綜合評價指數（Fq）進行整體評價[39]等方法不斷涌現，豐富了Q-Marker的評價手段。此外嘗試利用大數據分析進行中藥質量的智能化評價的方案也被提出[40]，大數據背景下的中藥質量信息技術的興起將會給中藥科學監管提供新的發展方向[41]。

2 明確臨床優勢和品種特色揭示關鍵質量屬性

2.1 關鍵質量屬性的提煉需要充分體現其科學價值

明確中藥的臨床優勢和特色，發現其關鍵質量屬性參數是中藥品種二次開發的關鍵。《中國藥典》2020年版一部雖然要求根據需要選擇一些化學成分進行定性和定量分析，或對有害物質進行限量測定，以確保中藥復方的安全性和有效性。然而對這些成分在制造過程中的可追溯性，與功效的關聯性沒有明確要求[42]。要建立科學的中藥復方監管體系就不可避免地要回答：發揮功效的物質基礎是什么（What）？靶器官/靶點在哪里（Where）？作用機制是什么（Why）？其可追溯情況如何（When）？等其所涉及的關鍵科學問題。聚焦這些科學問題揭示其科學內涵，發現其背后的關鍵質量屬性參數，以Q-Marker或Bio-Marker為抓手，通過強調質量源于設計（QbD）和過程控制分析（PAT），在生產和應用全過程中開展溯源傳遞的科學監控，才能最終保障和提高中藥的質量[43-44]。

2.2 關鍵質量屬性參數的發現需要整合多學科技術方法

以中醫理論為指導，構建與臨床功能主治相吻合的藥理模型，開展功效相應的量效評價，通過針對靶器官或系統開展多組學整合分析，揭示藥物調控的核心模塊、關鍵靶點通路，為詮釋其生物學機制和臨床價值提供理論依據；通過化學物質組學研究借助液質鑒定技術，結合分子網絡分析，系統解析和梳理中藥復方中含有的化學成分、體內暴露成分及其代謝產物，可為Q-Marker的溯源傳遞奠定物質基礎；聚焦核心機制或效應模塊，通過體內暴露成分的網絡藥理學預測，基于活性與成分的關聯分析，基于效應通路的譜效篩選以及基于靶點的親和質譜鑒定等技術，發現功效相關的Q-Marker或Bio-Marker；整合上述系統生物學與化學物質組學的研究結果，選取關鍵Q-Marker設計合成小分子探針，開發基于化學生物學的藥物示蹤與靶點捕獲研究體系，深入開展藥效成分與靶點互作研究，分別在“蛋白、細胞、動物以及臨床”水平詮釋中藥治療相關疾病的關鍵科學內涵；選取能體現臨床優勢和產品特色的關鍵質量屬性參數，開展從“藥材、加工、制劑以及體內”全過程傳遞溯源的可控性研究、穩定產品質量、突出品種價值，為復雜體系質量屬性的科學表達與應用提供可借鑒的研究范式（圖1）。

圖1 基于系統論與還原論相結合的中藥關鍵質量屬性參數發現策略

3 構建中藥質量屬性科學表達體系的機遇與挑戰

3.1 建立符合中藥特點的質量評價體系還存在技術挑戰

以中藥Q-Marker為統領的關鍵質量屬性參數貫穿中藥產業的全過程，可用于指導藥材的遴選、工藝參數優化、質量控制以及藥效評價。因此通過Q-Marker或Bio-Marker，建立基于質量屬性完整表達的中藥復方質量評價技術體系，對保障中藥質量促進行業的健康發展有著重要意義。但目前建立符合中藥特點的科學表達體系還存在技術挑戰：（1）如何體現君臣佐使的中醫配伍理論還存在大量尚未闡釋的科學問題；（2）如何加強質控指標與功能主治的關聯性尚有大量的工作需要開展；（3）如何科學表征和全面展示其質量屬性，簡便可行的檢測手段和方法還有待突破；（4）一些復雜藥物或成分，例如動物藥、礦物藥、多糖等大分子的可測性尚存在技術挑戰；（5）中藥質量相關的大數據信息與處理技術還在不斷的發展完善。

3.2 整合多元/多維評價方法可為質量屬性的科學表達提供有效手段

聚焦質量屬性完整表達的問題，以中藥功能主治的有效性為評價指標，以Q-Marker含量和生物活性/效價的變化為依據，建立兼顧化學成分和生物效價的多元/多維質量控制方法，突破質量屬性的可測性，傳遞溯源的可控性技術瓶頸，可為復方質量屬性穩定性評價提供一套體現中醫特色的研究思路[45]。由于所檢測指標的單位和量綱不同，為客觀表征和比較各質量屬性的差異，通過創新數學表達模型和方法，本課題組提出了離散度的概念。通過控制藥材或中藥復方中的Q-Marker的離散度（in）穩定關鍵藥效成分的含量；通過功能主治對應Bio-Marker離散度（’in）穩定藥材的質量；通過配伍組合后方劑整體對不同功能模塊的活性貢獻的離散度（Bio）穩定不同的生物效價；通過引入Fq對不同功效進行多元量效轉換和整合評價，最終穩定整體制劑的功效與質量[43]。進一步通過構建大數據平臺借助化學計量學算法和人工智能技術，通過收集和統計上述多元質量屬性參數，可以為中藥復方質量的科學監管提供創新的技術評價體系（圖2）。

圖2 構建“成分、活性、功效”多元融合的中藥質量屬性完整性表達的創新模式

4 結語

聚焦產品特色開展多組學研究挖掘中藥質量屬性的科學內涵，發現能體現復雜體系質量屬性完整性表達的Q-Marker或Bio-Marker，使中藥復方質量屬性研究回歸到以中醫理論為基礎的本源。結合品種臨床優勢強化質量屬性參數與質量控制體系的關聯，可以為穩定發揮臨床療效提供保障。通過整合質量屬性參數的多元評價體系，從“藥材來源-制劑加工-藥效評價”3個層面，構建復雜體系質量一致性評價技術體系，解決質量屬性傳遞溯源可控性的科學問題。融合大數據背景下的中藥質量信息的數字孿生技術與人工智能技術可能是未來科學監管應該關注的研究方向。總之，通過打造臨床、市場、科學價值貫通的創新研究與轉化服務體系平臺，可以為中藥復方質量的高質量發展提供可借鑒的研究路徑、科學依據和技術方法。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Research approach and development trend of TCM quality evaluation method for multiple integration based on regulatory science

BAI Gang1, ZHANG Tie-jun2, LIU Chang-xiao2

1. State Key Laboratory of Medicinal Chemical Biology, Tianjin Key Laboratory of Molecular Drug Research, College of Pharmacy, Nankai University, Tianjin 300353, China 2. State Key Laboratory of Drug Delivery Technology and Pharmacokinetics, Tianjin Key Laboratory of Quality Markers of Traditional Chinese Medicine, Tianjin Institute of Pharmaceutical Research, Tianjin 300462, China

The identification of traditional Chinese medicine (TCM) quality markers or biomarker requires the integration of multidisciplinary techniques and methods. Through the innovation of the integrity expression of quality attributes of complex systems, the diversified integration mode of ingredients, activities and efficacy should be explored to embody the integrity of quality attributes based on TCM theory. In order to construct the overall quality evaluation system on the consistency for stabilizing and improving the product quality of TCM, the scientific issue and product advantages will be combined with the quality markers closely. Focusing on clinical value orientation, the correlation study between dose response and scientific supervision points for the quality attribute of TCM will be performed on the whole process of "resources - preparation - activity - efficacy". The benefits provide further insights on scientific basis and technical methods for the high-quality development of TCM quality control methods, and assist the innovation and cultivation of TCM products. Based on the regulatory science, the information technology and artificial intelligence technology integrating the quality of TCM under the big data may be a novel direction that should be paid attention to in the future.

quality markers; quality biomarker; quality attribute; integrity; multiple integrated evaluation; regulatory science

R286

A

0253 - 2670(2022)20 - 6313 - 06

10.7501/j.issn.0253-2670.2022.20.001

2022-07-03

國家重點研發計劃（2018YFC1704805）；天津市科技計劃項目（18YFYZCG00060）

白 鋼，博士生導師，教授，研究方向為中藥系統生物學與化學生物學。E-mail: gangbai@nankai.edu.cn

劉昌孝，中國工程院院士。Tel: (022)23006860 E-mail: liuchangxiao@163.com

[責任編輯 時圣明]