中药材质量的研究方法和进展

张雅娟，姜云耀

(清华大学 药学院 中药研究院，北京100084)

中西医结合、中西药并用在防控新冠病毒肺炎疫情中取得了良好的临床疗效和救治前景。近来疫情在全球快速扩散，情势危急，中国方案和经验备受世卫组织和各国关注，包括“三药三方”在内的中医药驰援海外参与救治。这表明中医药在世界临床医学的地位和国际影响力进一步提升，为中医药走向世界带来新的契机。长期以来，中药无论是在获得国内新药审批还是通过国外药品审批都非常困难，根本原因在于中药质量评价标准的落后，根源则是中药有效成分不清楚、作用机制不明确,质量可控性差。

2019年10月20日中共中央、国务院印发的《关于促进中医药传承创新发展的意见》中明确提出要加强中药材质量控制，促进中药饮片和中成药质量提升，加强中药质量安全监管。中药质量直接关系到人民的健康，并且和日常生活、社会进步息息相关。随着老龄化程度的加重，中医药大健康产业的作用也逐渐凸显。广大群众预防保健的意识不断提高，医疗卫生健康和中药质量规范需迎合时代的步伐，进一步提高。但中药市场缺乏管理，中药质量良莠不齐，不良事件频发，若想充分发挥中医药的作用，传承中医药精髓，加强中药市场管理刻不容缓。

加强中药质量控制要从源头抓起，中药材是中成药和中药饮片的基本原料，是中药产业链的源头环节和中药质量的首道保障。中药材质量的安全性和有效性，不仅关系中药产业自身生存发展，更对中医药整体价值产生全局性影响，是中药产学研各方必须承担的一项紧迫任务。近两年来，我国药监部门高度重视中药材质量下滑的问题。2019年6月，国家药品监督管理局药品审评中心首次发布《中药材质量控制与研究技指导原则(征求意见稿)》，明确提出“应认识中药材作为中药制剂源头的重要性，提升中药材源头质量控制能力”“要根据中药材的特点和生长物候期，制定科学的生长年限、采收期及采收方案”等要求。常见的中药材其质量与选种、育苗、生长条件、人为干预、采收、加工、炮制、贮藏、制剂工艺等环节息息相关[1]。从一棵幼苗成长到成为治病救人的良药，中间的每一个环节都对中药的质量产生极大的影响，决定着它的价值。因此，中药质量要从药材这一源头抓起，要运用现代技术和科学的方法对中药材质量进行全面研究。影响中药材质量的每一个步骤都需要相关标准去规范，加大中药市场监管力度。

传统的鉴别方式包括看、摸、闻、尝、水试、火试等[2]，这些方式能快速的对中药材真伪进行鉴别，但要求鉴定人员具备一定的专业知识及经验。还有一些药材及其混淆品在气味、外观鉴别方面相似，简单的鉴别很难将它们区分，如山银花。目前常用的方法则更多的依赖现代科学技术，如分子鉴别法、化学鉴别法、形态鉴别法和生物效应鉴别法等,还有将现代互联网技术结合其中的新型鉴别方法[3]。中药材发挥作用的物质基础是化学成分，因此目前主要依靠测定指标成分含量和指纹图谱技术对中药材质量进行控制[4]。然而，指标成分的含量和指纹图谱的相似度评价并不能全面、真实地反映中药材质量。如何科学的评价中药材的质量，一直是中药质量标准的研究热点，科研人员也开展了大量的研究工作。

1 本草考证

通过查阅古今文献，参照考古实物，调查产地分布，产地实地考察，分析生态习性、植物生长周期特点等方法，结合文字训诂、时代背景、政治因素，对中药基原、名称、产地、形态、道地、品质、功效、用药剂量、用药部位、采收、加工和炮制等进行综合分析。

朱文娟等[5]通过整理独活相关资料，包括独活正品、地方习用品种、易混品和伪混品，对独活各种植物基原进行文献考证，为明确独活的正确来源和资源分布，减少市场中的掺假、作假乱象, 保障用药安全提供依据。王雨婷等[6]通过查阅历代文献和《中国植物志》,对黄精的源流、名称、产地、形态、功效进行考证，明确了现代药用黄精的3个品种来源。王艺涵等[7]通过查阅古籍以及《中国药学大辞典》《中国植物志》《Flora of China》《中药志》《中药材品种论述》和《中国药典》等近、现代文献典籍，对经典名方中莪术、郁金、 姜黄和片姜黄的名称、基原、道地、品质、用药部位、采收、加工和炮制进行考证，并对川郁金、姜黄和莪术在经典名方中的应用提供合理建议。翁倩倩[8]等通过对历代本草、医籍方书和现代文献资料及著作的考证研究，系统梳理了古代经典名方中升麻类药材的名称、基原、道地产地、品质、药用部位、采收加工和炮制，考证发现(Cimicifugafoetida) L.是古代药用升麻的主要来源。此外，亦有文献报道了泽泻、远志、枳壳、半夏、天南星、车前、没药、枇杷、厚朴、白术、石斛、巴豆、知母、黄柏、何首乌、草珊瑚、延胡索、艾草、五味子、地龙、丹参、枸杞、佛手、马钱子、萆薢、祁术、党参、黄芪、莲子、薄荷、苍耳子、龟甲、款冬花、麻黄、三七、辛夷、淫羊藿、贯众、细辛、玉竹、人参、巴戟天、蛇床子、甘草、橘红、益智、地榆、羌活、青蒿、草苁蓉、乳香、蛇附子、陈皮、五加皮、香附、云芝、金银花、葶苈子、飞仙藤、黄芩、益母草、川楝子、黄连、沉香、连翘、菟丝子、雷公藤、板蓝根、吴茱萸、天麻、川芎、紫花地丁、地黄、火麻仁、芡实、贝母、牛蒡子、防己、西河柳、功劳叶、大蓟、葛根、姜黄、清风藤、菊花、败酱草、白芷、重楼、虎刺、苍术、荜茇等药材，紫堇属药物、景天属药物、珍珠属药物、茯苓类药材、乌头属中药、金粟兰属药物、血竭药物以及经典名方中芍药类药材、牛膝类药材、术类药材、柴胡药材、石菖蒲药材、蔓荆子、黄柏、百合等300余种中药的草本考证。

2 本草基因组学

是利用组学技术研究中药基原物种的遗传信息及其调控网络，阐明中药防治人类疾病分子机制的学科，从基因组水平研究中药及其对人体作用的前沿科学[9]。本草基因组学为模式中药的研究、本草学的生物基础、针对性的中药育种、中药合成生物学以及中药基因库的构建提供了理论基础和有效的技术平台。研究者因此能够通过测序、组装和记录基因组，并进一步分析它们的遗传功能，进而系统地对药用植物进行研究。而且，基因组信息可以与转录组学、蛋白质组学和代谢组学数据相结合应用于中药相关的生物学研究领域，从而开展基于大数据的中药遗传和生物学性质的研究[10]。本草基因组学是研究中药基原物种遗传信息的有效工具，可在中药资源保护、评价、发掘、利用等全产业链研究和应用中发挥重要的作用[11]。

陈士林[12]课题组利用新一代测序技术对灵芝菌株进行了全基因组测序和组装，获得了灵芝的全基因组图谱，获得43.3 Mb的基因组信息，预期编码了16 113个基因。研究发现了一系列编码细胞色素P450s (CYPs)的基因以及转运蛋白和调节蛋白等协同参与次级代谢的蛋白质。总共鉴别出了24个CYP基因簇。此外，研究发现了78个与羊毛固醇合酶共表达的CYP基因，其中16个与可特异羟化睾酮的真菌CYPs具有高度相似性。SHEN Q等[13]报道了1.74 Gb的青蒿基因组，含有63 226个蛋白编码基因。研究通过转录组的数据揭示了青蒿中已经演化出了复杂的青蒿素生物合成转录调控网络，并构建了能够提升青蒿素生物合成的转基因青蒿株系。XU Z C等[14]采用第三代PacBio测序技术绘制了高杂合度卷柏的基因组图谱，共组装到卷柏的二倍体基因组301 Mb，基因组注释到27 761蛋白质编码基因，11%的蛋白编码基因在脱水状态下显著高表达,进一步分析揭示了卷柏耐旱的分子机制。除此之外，目前已对蓖麻、灵芝、三七、铁皮石斛、人参、菊花、丹参、罂粟、紫芝、穿心莲、天麻、赤芝、长春花等超过40种中药进行了本草基因组学的测序分析。

3 DNA条形码分子鉴定

DNA条形码分子鉴定法是利用基因组中一段公认的、相对较短的DNA序列来进行物种鉴定的一种分子生物学技术，是传统形态鉴别方法的有效补充[15]。中药材DNA条形码分子鉴定法弥补了传统中药材鉴定方法在基原鉴定上的局限性，为确保中药的临床用药安全性和有效性提供了新技术和新方法，也为中药材的基原鉴定提供了科技支撑[16]。目前，国家药典委已将该方法纳入2010年版和2015年版的《中国药典》[17]。

庞中化等[18]通过对310份东亚钳蝎样本的测序分析，建立了东亚钳蝎的正品COI数据库，并确定东亚钳蝎正品和伪品的DNA条形码。通过该方法能够准确地鉴定全蝎的基原动物及其伪品。马丽杰等[19]通过对35份东北透骨草及其混伪品的基因组DNA进行双向测序分析，构建了Neighber-jioning (NJ)系统进化树，预测了ITS2二级结构，最终建立了东北透骨草的DNA条形码，对东北透骨草的基原进行准确鉴别。吴田泽等[20]提取了32份13种不同荚蒾属植物样品的基因组DNA进行测序分析，并比较了种内、种间序列差异,构建系统聚类树，确定荚蒾属植物的DNA条形码，为鉴定荚蒾属植物提供了分子生物学的方法。此外，中药材DNA条形码分子鉴定法也被成功用于人参、何首乌、川贝母、冬虫夏草、半夏、香青兰、麦冬、肉苁蓉、沙棘、白头翁、苍耳子、艾纳香、藏红花、苦杏仁、金花茶、天南星、臭蒿、鸡骨草、紫苏子、冬葵子、苘麻子、龙葵、鸡血藤、地黄、藤梨根、防风、荆芥、锁阳、黄连、金莲花、甘草、百合、柴胡、地枫皮、陈皮、白芷、党参、五加皮、远志、绞股蓝等中药材，人参、金莲花、北沙参、桔梗、羌活、王不留行、泽泻、知母、黄芩、重楼、丹参等中药材种子，当归属、芦荟属、乌头属、百合属、菱属、石斛属、黄精属、菊属、悬钩子属、兰属、荚蒾属、睡莲属植、水仙属、白头翁属、黔产党参属、金钱豹属、人参属、乌头属、蛇葡萄属、蔷薇属、冬青属药用植物，灵芝属真菌，海马、鹿茸、蛤蚧、蛇蜕、蜈蚣、穿山甲、哈蟆油、水蛭、炮山甲、熊胆粉、雪蛤、金环胡蜂、僵蚕、麝香、地龙等动物药材以及蛇胆川贝胶囊、三七片、普乐安片、如意金黄散等中成药组分的基原物种鉴定研究。

4 中药质量标志物(Q-marker)研究

中药Q-marker概念是刘昌孝院士基于规范中药质量研究和标准建立，考虑中药传统理论、遣药组方、成药制备、剂型和用法等复杂性, 以克服现有质量标准不足,提高质量一致性、可控性和朔源性为目的提出的，是存在于中药材和中药产品(如中药饮片、中药煎剂、中药提取物、中成药制剂)中固有的或加工制备过程中形成的、与中药的功能属性密切相关的化学物质,作为反映中药安全性和有效性的标示性物质进行质量控制[21]。中药Q-marker把中药“有效性-物质基础-质量控制标志性成分”密切地关联在一起,对符合中医药辨证论治思想的中药质量评价方法的建立以及中药标准化的建设具有重要的科学意义[22]。

Xin Dong等[23]建立了高效液相色谱结合代谢组学技术定量分析甘草Q-marker的方法，并基于HPLC和HPLC-Q-Exactive/MS方法建立的色谱图，进行不同的多元分析，选择了七个定量指标作为甘草的Q-marker，并建立了可靠的定量方法。刘永利等[24]基于中药Q-marker的理念及研究模式，确定了人参的Q-marker为人参皂苷Rf、Rg1、Re与Rb1，西洋参的Q-marker为拟人参皂苷F11和人参皂苷Rg1、Re与Rb1，三七的Q-marker为三七皂苷R1和人参皂苷Rg1、Re与Rb1，并建立了人参、西洋参和三七的质量控制方法。李斐[25]采用UPLC-Q-TOF/MS技术，结合中药血清药物化学和网络药理学方法，确定了吴茱萸的Q-marker，同时根据Q-marker的作用靶点探讨了吴茱萸镇痛、止呕和毒性的作用机制，并建立了吴茱萸Q-marker的HPLC含量测定方法。此外，中药Q-marker研究已经用于香加皮、黄芩、延胡索、黄芪、葛根、丹参、陈皮、枳实、枳壳、车前子、牛蒡、益母草、赶黄草等中药材，酸枣仁汤、元胡止痛方、金铃子散、补阳还五汤等中药方剂以及交泰丸、脑震宁颗粒、海马补肾丸、杏贝止咳颗粒、清热灵颗粒、双黄连制剂、元胡止痛滴丸、丹红注射液、冠心静胶囊等中成药的研究。

5 植物代谢组学研究

植物代谢组学是建立在代谢组学的基础上，以植物为研究对象对不同物种、不同基因型和不同生态型的植物在不同生理期或受到某种外界刺激干扰前后的所有小分子代谢产物进行定性和定量分析，并找出代谢变化的规律[26]。植物代谢组学通过对植物提取物中所含化学成分的全面检测，分析因地理位置、环境气候变化、土壤条件、采收和加工方式等导致的中药化学成分差异，进行中药材基原的鉴别和品质的评价[27]。

章莎莎等[28]通过植物代谢组学方法分析了北柴胡、红柴胡、三岛柴胡、黑柴胡等几种不同品种柴胡的挥发油含量和组成，结果发现北柴胡和红柴胡在挥发油含量及组成上存在显著的差异，北柴胡与三岛柴胡和黑柴胡在挥发油含量上也具有明显差异。庞溢媛等[29]利用UHPLC-MS/MS的植物代谢组学方法对一年生和两年生不同采收期的黄芩进行化学成分种类和含量动态变化的分析，指认了不同采收期的差异代谢物及其含量变化，并建议以黄芩素等黄酮苷元类成分为目标的5月采收，以黄芩苷等黄酮苷类成分为目标的7～8月采收。许晓双等[30]利用超高效液相色谱-四极杆-飞行时间质谱对不同产地的远志药材进行代谢组学研究，分析产地、生长方式、药用部位等因素对远志药材质量的影响，结果发现产地是影响远志药材质量的关键因素。

6 中药药效物质基础研究

中药药效物质是指中药中含有的能够表达药物临床疗效的化学成分总称，与中药有效性和安全性等质量问题密切相关，也是制约中药现代化和国际化发展进程的关键科学问题[31]。当前，《中国药典》是评价中药材合格与否的法定标准，然而《药典》中的药材标识成分并不一定是其发挥作用的药效成分，标识成分的含量也不能完全反应药材的质量。因此，发掘能真正反应中药材临床效果的药效成分对评价中药材质量具有重要意义。

目前，中药药效物质基础的研究方法有很多，比较常用的方法有分离与活性筛选方法[32]、中药谱效学方法[33]、血清药物化学方法[34]、目标成分敲除/敲入方法[35]、计算机虚拟筛选方法[36]、化学生物学方法[37]、药代动力学方法[38]、代谢组学方法[39]、网络药理学方法[40]等。Jinmei Wang等[41]应用谱效关系和成分敲除方法研究敲除的16个白芷成分对酪氨酸酶的激活作用，并根据各成分对白芷生物活性的贡献度确定了白芷水提取中分别对酪氨酸酶具有抑制和活化作用的活性成分。庞晨等[42]采用成分敲出/敲入模式结合微量液基稀释法，并运用HPLC-MS技术辨别分析了藜蒿叶水提物中抗白色念珠菌的药效组分，主要包括脱氢丹参酮ⅡA,丹参酮ⅡA和丹参酮Ⅰ,以及3种萘啶酸衍生物。冯康虎等[43]利用转基因胚胎血管生成斑马鱼模型对地黄不同部位的促血管生成作用的药效成分进行筛选，并分离出了地黄促血管生成的药效成分咖啡酸。熊婷等[44]利用网络药理学方法结合分子对接技术探索牛膝防治阿尔茨海默病的主要活性成分和作用靶点，从牛膝中筛选出小分子烷烃、酯类、羧酸类、黄酮类和蒽醌类等58个有效成分，通过Ca MK-IIα、Ca MK-IIβ、Ca MK-IIγ、Akt1和TNF-α等36个靶蛋白，MAPK信号通路、Wnt信号通路等12条通路发挥防治阿尔茨海默病的作用。此外，苦地丁、黄柏、知母、淫羊藿、黄连、牛黄、姜黄、葛根、甘草、何首乌、红花、熊胆、大黄、柿蒂、茯苓、山楂叶、当归、蟾酥、尖叶假龙胆、荭草、茅苍术、赤芍、鸦胆子、淫羊藿、连翘、石菖蒲、柿叶、泽泻、杜仲、龙血竭、附子、板蓝根、陈皮、土木香、女贞子、半夏、三七、漏芦、川芎、麻黄、鸡骨草等药材，当归补血汤、乌头汤、清热除湿汤、参麦方、苓桂术甘汤、清眩降压汤、四物汤、大黄附子汤、大承气汤、防己黄芪汤、补肾益智方、黄芩汤、真武汤等方剂以及双金散结颗粒、橘红痰咳液、丹参川芎嗪注射液、桂枝茯苓胶囊、复方五仁醇胶囊、桃红四物汤、复方夏连胶囊、颈腰康胶囊、脑脉通、六味五灵片、复方丹参滴丸、疏风解毒胶囊等中成药的药效物质基础研究也已被报道。

7 中药功效物质基础研究

中药功效是在传统中医理论的基础上对中药临床作用的系统总结,是多种特定化学成分在特定病证条件下对机体进行整体调节作用的生物学效应，这些特定化学成分就是中药的功效物质[45]。虽然以药效成分为指标在一定程度上可以反应药材的质量和疗效，但并不符合传统的中医药理论，不利于以中医理论为指导的临床应用和功效评价。因此，以发挥中药功效作用的化学成分作为质控标准更符合中医药理论，能更真实地反应中药的质量和功效，更适用于中药质量的评价。

目前，已有科研团队开展了中药功效物质基础的相关研究。如刘建勋团队通过建立病证结合动物和细胞模型及其评价技术指标体系，结合药效学评价、证候评价、药效指征成分，建立了中药复方功效物质基础的研究思路和方法[45]；乔延江团队提出了基于系统中药学的中药功效标志物的研究方法[46]；任钧国等[47]对547味中药、335种传统功效和86种药理作用进行了关联性研究等。然而，由于缺少中药功效的评价指标以及适合的动物模型，中药功效物质基础的研究仍然是一个难点，需要广大科研工作者投入更多的时间和精力开展深入的研究。

8 其他常用研究方法

高效液相色谱法、气相色谱法、薄层色谱法、高速逆流色谱法和生物方法等也是目前研究者们最常用的中药质量控制的研究方法[48]。田蜜[49]采用高效液相色谱法建立菊苣根的特征图谱，并测定10批不同产地的菊苣根药材绿原酸的含量，对菊苣根的质量进行研究。王玉萍等[50]以正十四烷为内标物，采用气相色谱法测定紫苏叶中紫苏醛的含量，对21批不同产地的紫苏质量进行研究。迟鹏等[51]按照2015年版《中国药典》中《药品质量标准分析方法验证指导原则》的要求，采用薄层色谱法对强力脑心康胶囊中的多糖和肽进行鉴定分析，从而对中成药强力脑心康胶囊的质量标准进行研究。赵子剑等[52]基于生物测定法，根据鱼腥草对照药材对金黄色葡萄球菌、沙门微球菌和白念珠菌等敏感菌株的剂量效应曲线，构建了鱼腥草的生物检定方法，对鱼腥草药材质量进行控制。此外，近红外光谱技术也被用于中药材种类、产地和真伪的鉴别以及有效成分、水分及挥发油等含量的分析[53]。杜敏等[54]利用近红外光谱仪扫描了枸杞子表面不同部位的近红外光谱,通过特定算法对枸杞子产地进行快速无损辨识。但近年来，质谱技术的应用成为中药质量研究的主要方法。赵胜男等[55]利用高效液相色谱-质谱联用技术分析不同生长年限和不同采收期黄芩药材中黄芩素、千层纸素A、白杨素和汉黄芩苷等6种黄酮类成分的含量变化，研究不同采收期黄芩药材的质量。

目前对中药质量的研究绝大部分都只是基于化学成分的研究。一些研究是根据《中国药典》中的标识成分含量高低来判断中药材及饮片的质量；一些研究在《药典》标识成分的基础上又加入了一些活性成分的分析；还有一些研究利用红外光谱技术从宏观角度比较全成分的差异，从而判断中药材质量。但无论采用哪种方法进行研究，都没有明确中药的有效成分，所检测的化学成分不能代表该药材，也不能完全反应中药材的质量。因此，对中药材质量的研究不能缺少药效试验，基于药效学的中药材质量评价才更有说服力。然而，基于药效学的中药质量研究仍然是一个难点。一方面由于实验样本过多，导致试验成本过高，一般课题组难以承担；另一方面中药功效研究缺少成熟的动物模型，如对不同黄芪样品进行评价，黄芪功效为补气，则需要建立动物气虚模型，什么样的指标变化为气虚还不明确，虽然已有气虚动物模型建立的相关报道，但还存在很多争议，仍未得到广泛认可。

除此之外，为了解决中药材质量参差不齐、一致性差的问题，笔者认为应加快启动中药材优质标准的研究和制订。然而，目前对中药材质量标准的研究表现出明显的动力不足。中药材质量标准研究的意义重大，但耗时费力，且需较高的经费支撑，而其成果一般不会给研究部门带来直接经济收益，加之这类研究的学术论文影响因子不高，科研院所和高校往往缺乏积极性，中药材质量标准研究成为中药科研领域的一滩洼地。对中药质量标准的研究国家应当及时引导和扶持。

鉴于中药标准的制定离不开科研机构的帮助与支持，故应加强科研机构和企业之间的交流，合作进行相关研究，使得中药质量标准切实可行并稳步提升[56]。要重视现代技术在中药材质量研究中的应用，使中药材质量标准拥有更多的现代检测方法和路径，融入更多的客观评价指标。尤要重视运用现代技术，开展中药材指标成分特征与药效、功效的相关性研究，建立适合中药材的评价体系和标准体系。要推行中药材优质标准，提高社会资源的利用效能，为推动更多中国生产的医药产品进入国际市场，推动中医药走向世界提供质量保障。