随着老龄化进程的不断加快、饮食习惯以及生活方式的改变，重大慢性炎症性疾病和恶性肿瘤正在全球范围蔓延并已演变成严重危害人类健康和社会经济可持续发展的重要公共卫生问题。天然产物尤其是使用历史悠久的中药，具有丰富的临床应用实践，在重大慢病和肿瘤的预治中做出了巨大贡献，但作用靶标及机制不明，亟需借助先进的科学技术手段深入挖掘，助推我国创新药物发展。
近日，《药学学报》英文刊（Acta Pharmaceutica Sinica B, APSB）发表我学会资深专家南京大学生命科学学院孙洋、徐强团队和南京中医药大学马宏跃团队题为“New opportunities and challenges of natural products research: When target identification meets single-cell multiomics”（基于靶标确证与单细胞多组学有机结合的天然产物机制研究新策略）的综述，系统概述了重要天然产物在重大慢性炎症性疾病和恶性肿瘤中的研究进展，总结了天然产物治疗重大慢病的三大类共性作用机制，介绍了标记和非标记的多种靶标识别方法，提出了一种基于靶标确证与单细胞多组学有机结合的天然产物机制研究的新策略，助力中医药的传承与创新。
首先，研究者团队介绍了天然产物（如黄连素、辣椒素、槲皮素、淫羊藿苷、青蒿素、雷公藤甲素、雷公藤红素、丹参酮、穿心莲内酯、大黄素、姜黄素、表没食子儿茶素没食子酸酯、紫草素、喜树碱、紫杉醇、蟾蜍甾烯和硫化砷等）在炎症性疾病和肿瘤中的重要研究进展。
进一步，在天然产物治疗炎症性疾病和肿瘤的作用机制方面，作者总结了三大类共性机制：炎症相关信号通路、程序性细胞死亡和肠道菌群，在调节细胞增殖、分化和迁移、炎症反应、血管发育、维持稳态、宿主对病原体的防御、对中药成分进行生物转化以提高其生物利用度和生物活性等方面发挥作用。
中药在临床上常以复方的形式应用。研究者团队根据研究中是否包含动物实验、回顾性或真实世界实验、随机对照实验，以及药物的人用历史、治疗指南收录和推荐情况，对106种不同类别的复方制剂用于40种炎症相关疾病的情况进行评分，发现心脑血管疾病药物/复方在炎性相关疾病方面的研究较为广泛。此外，文献调研表明，药物/复方用于炎性疾病的研究以回顾性为主，随机对照实验偏少。
天然产物是药物研发的重要来源，有相当比例的临床药物直接或间接来源于天然药物。目前，天然产物靶标的鉴定方法主要包括小分子与亲和探针偶联方法（如色谱法、凝胶电泳法和质谱法等）和非标记的药物靶标蛋白筛选技术（如药物亲和力反应靶标稳定性（DARTS）、细胞热位移分析（CETSA）、靶标结合可及性变化谱（TRAP）和色谱共洗脱（TICC）等）两大类。
天然产物靶标的识别方法多种多样，各有优缺点，多种方法结合使用可能更有利于天然产物靶点的识别。单细胞组学技术作为近年发展迅速的生命科学前沿技术,在肿瘤、炎症免疫、神经发育等众多研究领域都发挥了重要的推进作用。在天然产物机制研究方面，单细胞转录组测序可以全面、准确地研究健康、疾病以及药物处理前后组织中的细胞类型和分子状态的变化差异, 为药物作用靶点和效应通路的发现提供更多信息。多组学的概念也与中医药中的“整体观”和“系统观”不谋而合。研究者团队基于单细胞技术的不断发展，提出一种基于靶标确证与单细胞多组学有机结合的天然产物机制研究的新策略（图1）。首先通过构建合适的疾病动物模型，验证天然产物对该模型的治疗效果；在此基础上，选取上述疾病模型发病部位的组织，进行单细胞多组学测序（包括scRNA-seq和scATAC-seq分析等），鉴定给药前后显著变化的差异细胞亚群；进一步选取差异细胞亚群作为靶细胞（可以使用原代分离的细胞或细胞株），利用TRAP、DARTS等策略寻找天然产物在靶细胞内的结合蛋白，并使用ITC（等温滴定量热）、SPR（表面等离子共振）、MST（微量热泳动）等技术进行靶标蛋白的结合确证；进一步，结合动物水平的基因敲除/敲入和细胞水平的敲低/过表达以及类器官水平验证该靶标蛋白的生物学功能，并对下游通路进行分析以明确天然产物与该靶标蛋白结合影响疾病进展的机制）。“药效评价-靶细胞确认-靶标识别-生物学功能确证”的研究模式，为天然产物及小分子化合物的靶标确证提供了一种可操作的研究范式，助力中医药的现代化与国际化。
江苏省药理学会秘书处孙东东
2022.8.30