第三节 中药化学研究的意义和作用
中药化学研究是中药现代化研究的重要内容。通过对中药（及复方）有效成分的研究，不仅可以阐明中药性味及功效，即防治疾病的物质基础，寻找或发现可供创制新药的有效物质或提供先导化合物，进而促进新药的研制，而且对建立中药及复方的质量评价体系与标准，提高、保证中药质量、临床疗效和在医药市场上的竞争力，开发新的中草药资源，推动中医药整体研究水平的提高，加快中医药研究的步伐，都具有极其重要的意义。
一、中药化学在中医药现代化中的作用 （一）阐明中药药效物质基础，探索中药防治疾病的原理通过对中药有效成分的研究，不仅可以阐明中药的药效物质基础，也可为探索中药防治疾病的原理提供前提和物质基础，促进中药药理学的发展。迄今为止，许多中药特别是一些常用中药防治疾病的物质基础已被阐明。如《本草纲目》中记载大黄可以“下瘀血、血闭、寒热，破瘕积聚、留饮宿食，荡涤肠胃，推陈出新，通利水谷，调中化食，安和五脏……直至于下痢赤白，里急腹痛，小便淋沥，实热燥结，潮热谵语，黄疸诸火疮”。现已阐明大黄中的番泻苷类成分具有泻下作用，游离蒽醌苷元则对多种细菌有抑菌活性，苯丁酮类具有一定的抗炎镇痛作用，大黄鞣质具有明显的降低血清尿素氮的作用，而茋类成分则是其抗高血脂的有效成分。
（二）促进中药药性理论研究的深入中药理论是中医学理论体系的重要组成部分，其核心是以性味、归经、升降浮沉等为主要内容的中药药性理论。从中药的性、味、功效和产生这些功效的相关物质基础着手研究，对阐明中药药性的科学内涵大有裨益。
近年来，一些学者探讨了中药的化学成分与中药药性之间的关系，并取得了一些有意义的研究结果。如通过测量热证和寒证大鼠治疗前后植物神经平衡状态与尿中儿茶酚胺（catecholamine）类及17-羟皮质酮，发现寒证大鼠表现为心率减慢、尿中儿茶酚胺和17-羟皮质酮的排出量减少、氧耗量降低；热证大鼠则相反。温热药附子、吴茱萸、细辛、蜀椒、高良姜、丁香等都含有消旋去甲乌药碱（dl-demethylcoclaurine），此成分为β受体激动剂，具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推测去甲乌药碱可能是热性中药的物质基础。通过研究还发现，一些温热药如麻黄、陈皮、青皮有升压、强心作用。在这些中药中，麻黄含麻黄碱，陈皮、青皮含新福林（synephrine）。这两种化学成分及去甲乌药碱与肾上腺素一样，都具有儿茶酚胺的类似结构，由此进一步提出中药中具有儿茶酚胺类结构的化学成分可能是热性中药的物质基础。
对中药化学成分与中药五味之间的相关性研究也总结出一些初步规律。如辛味药含挥发油成分最多，其次是苷类和生物碱。许多药理实验研究证明，麻黄、桂枝、紫苏、细辛、防风、生姜等解表药均有发汗解热作用。14味行（理）气药中的13味为辛味，其化学成分亦以含挥发油成分者占多数，如枳实、陈皮、佛手、厚朴、木香、香附、乌药、荔枝核等。中药麻黄味辛、微苦，性温，具有发汗散寒、宣肺平喘、利水消肿等功效。以往的研究证明，麻黄挥发油中的α-松油醇（α-terpineol）能降低小鼠体温，是其发汗散寒的有效成分；具有肾上腺素样作用、能收缩血管、兴奋中枢的麻黄碱（ephedrine）和具有松弛支气管平滑肌作用的去甲麻黄碱（norephedrine）是其平喘的有效成分；而利水的有效成分则是具有升压利尿作用的伪麻黄碱（pseudoephedrine）。近年的研究进一步阐明，麻黄中还含有多糖类成分，且具有较强的免疫抑制作用，体外实验虽无松弛支气管平滑肌作用，但是对卵蛋白诱导的哮喘动物却有良好的止喘作用等。由此认为麻黄辛味的物质基础是生物碱类、挥发油类成分，苦味的物质基础是多糖类成分，其平喘功效是辛味和苦味共同作用的结果。这也证实并解析了中医药理论认为麻黄具辛开苦降功效的客观性及其科学内涵。
在中药归经的研究中，通过探讨同一归经中药的相同化学成分或相同结构类型的化学成分，以此阐明归经的物质基础。也有学者通过研究中药化学成分的药理作用或考察中药中的某种有效成分在体内药物代谢动力学的特点来探讨与归经的关系。如麻黄碱对支气管平滑肌有解痉和升压作用等，伪麻黄碱有明显的利尿、抗炎作用，麻黄多糖具有治疗慢性肾炎的作用，说明麻黄入肺、膀胱经是有依据的。再如川芎嗪（tetramethylpyrazine）是川芎的有效成分，川芎嗪在动物体内主要分布在肝脏和胆囊中，与川芎归肝、胆经一致。
（三）阐明中药复方配伍的原理中药在临床上大多以复方的形式应用。为了阐明中药复方配伍理论的科学内涵，对复方进行有效成分的研究是极其必要的。对单味药的有效成分进行研究，是开展中药复方有效成分研究的前提和基础。从药效学看，中药的配伍不是同类药物的累积相加，也不是不同药物的随机罗列，而是根据病证的不同和治则的变化，按照中药配伍理论优化组合而成。中药通过配伍，可以加强疗效，降低毒性和副作用，适应复杂多变的病情，或改变、影响药效。从中药的有效成分方面看，按照中药配伍理论组成的方剂，也不是单味药有效成分的简单加和，可能存在一种中药有效成分与它种中药有效成分的物理或化学作用。
中药方剂各组成药味的有效成分之间通过配伍最有可能出现的物理变化是溶解度的改变，从而对药效产生相应的影响。如很多含柴胡的方剂常配伍人参，经研究证明，柴胡的主要有效成分是柴胡皂苷a、d（saikosaponin a、d）等，它们的水溶性较差，用水煎煮时溶出率较低。但与人参配伍后，因人参中的有效成分人参皂苷类有助溶作用，可使柴胡皂苷的溶出率有较大的提高，从而提高了临床疗效。甘草与甘遂配伍是中药“十八反”之一。研究结果表明，在煎煮过程中，甘草中的有效成分甘草皂苷（glycyrrhizin）能增加甘遂的毒性成分甾萜类成分的溶出率，使其毒性增加，故甘草不宜与甘遂配伍是有道理的。
中药方剂各组成药味的有效成分通过配伍产生化学变化的情况也比较多。含生物碱的中药与含大分子酸性成分的中药配伍时，往往会因它们之间产生难溶性物质而使生物碱在煎煮液中的含量降低。如黄连与吴茱萸配伍，煎煮液中来源于黄连的小檗碱（berberine）的含量较单味黄连煎液降低37%，并初步发现是小檗碱和吴茱萸中的黄酮类化合物生成沉淀而致。四逆汤由附子、干姜、甘草三味中药组成，其煎液的毒性比单味附子煎液的毒性要小得多，半数致死量约为后者的5倍，表明这三味药配伍可减低附子的毒性。进一步的研究发现，乌头和甘草合煎与乌头单煎相比，毒性成分乌头碱（aconitine）的溶出率降低了22%，故推测四逆汤的毒性较低是由于其乌头碱与甘草皂苷生成了难溶于水的物质，从而使煎液中的乌头碱的溶出率降低。
（四）阐明中药炮制的原理中药炮制因其具有独特的制药理论和制药技术而成为中医药学的重要组成部分。中药材在用于临床前都要经过炮制，以达到提高疗效、降低毒副作用、改变药物药性或功效、便于贮藏和服用等目的。研究中药炮制前后化学成分或有效成分的变化，将有助于阐明中药炮制的原理、改进传统的炮制方法、制定控制炮制品的质量标准、丰富中药炮制的内容等，这也是发掘和提高祖国医药学遗产的一个重要方面。如延胡索的有效成分为生物碱类化合物，用水煎煮溶出量甚少，醋炒后延胡索中的生物碱与醋酸结合成易溶于水的醋酸盐，使水煎液中溶出的总生物碱含量增加，从而增强了延胡索的镇痛作用。又如乌头和附子均为剧毒药，其毒性成分主要为乌头碱等双酯型生物碱。将乌头用蒸、煮等方法进行炮制，使乌头碱等化合物的酯键水解，生成毒性较低的醇胺型生物碱乌头原碱（aconine）。制乌头仍保留镇痛消炎作用，但毒性却大大降低。黄芩有浸、烫、煮、蒸等炮制方法。过去南方认为黄芩有小毒，必须用冷水浸泡至颜色变绿、去毒后再切成饮片，称为“淡黄芩”，而北方则认为黄芩遇冷水变绿影响质量，必须用热水煮后切成饮片，以色黄为佳。中药化学相关研究表明，黄芩在冷水浸泡过程中，其有效成分黄芩苷可被药材中的酶水解成黄芩素，后者不稳定易氧化成醌类化合物而显绿色。药理学研究也证明，生黄芩、淡黄芩的抑菌活性比烫、煮、蒸的黄芩低。可见用冷水浸泡使有效成分损失，导致抑菌活性降低，而用烫、煮、蒸等方法炮制时，由于高温破坏了酶的活性，避免了黄芩苷的水解，故抑菌活性较强，且药材软化容易切片。因此，认为黄芩应以蒸或用沸水略煮的方法进行炮制。
二、中药化学在中药产业化中的作用中药产业是我国医药产业的重要组成部分，担负着保障人民健康，提高民族素质的重要作用。它不仅为我国和世界人民提供了安全有效的药品，而且也为我国的经济发展起到了积极的促进作用。在人类“回归自然”的浪潮中，天然药物，尤其是我国具有悠久历史、品种繁多、用途广泛、资源丰富、发展前景广阔的中药日益为大多数国家和民族所认识与接受。积极开展中药现代化研究，提高中药产业化水平，是推进中药国际化进程的必须前提，也是我国中药工作者义不容辞的责任。中药化学的研究，对于推动中药产业化发展具有非常重要的作用。
（一）建立和完善中药质量评价标准为了更好地评价和控制中药的质量，最常用的方法是以中药材及其制剂中的某种、多种有效成分、标志性化学成分、主要化学成分作为评价指标，应用中药化学的检识反应、鉴别方法、各种色谱法（如薄层色谱法、高效液相色谱法、气相色谱法及高效毛细管电泳法等）以及各种波谱法（如红外吸收光谱法、核磁共振波谱法及质谱法等）进行定性鉴别和含量测定。近年，更加注重中药质量控制的整体性和均一性，采用以多种（类）成分为指标，多模式、多分析方法组合评价目标中药质量，希望建立更加符合中医药理论和实践的要求，更准确、更全面地反映其自身质量的系统评价方法和体系，如以特征图谱、指纹图谱作为主要专属性鉴别方法，与以多指标成分定量分析相结合的中药质量评价新模式。
对中药复方制剂应尽量选用方剂中的君药、主要臣药，以及贵重药、毒剧药中的有效成分作为质量控制的指标。如果中药制剂中的有效成分含量过低，也可选用有效部位来进行检测，如总生物碱、总黄酮、总皂苷等。如果有效部位也不易测定，还可采用对照药材制备成对照溶液进行检测。
可见，无论上述哪种情况，其前提都是明确中药或复方中的有效成分或化学成分的种类、化学结构，必须以中药化学的研究成果为基础。
（二）改进中药制剂剂型，提高药物质量和临床疗效中药化学在中药制剂的研制中起着十分重要的作用。如中药的有效成分或有效部位的溶解性、酸碱性、挥发性、稳定性、生物利用度等性质是中药制剂剂型选择的主要考虑因素。再如中药制剂的制备过程中的提取、浓缩、精制、干燥、灭菌等步骤无不与中药有效成分或化学成分有关。根据中药有效成分或有效部位的理化性质，还可研制出合理可行的工艺，如选择适当的溶剂和提取分离方法、确定被提取中药材的颗粒大小、溶剂的用量，以及提取的温度、时间、次数等，把中药有效成分最大限度地提取分离出来，将杂质最大限度地除去，这是中药制剂过程中的一个重要步骤。中药制剂的稳定性是保证中药制剂安全有效的重要因素，中药有效成分是否稳定对中药制剂的稳定性影响很大。如中药制剂在整个制备加工过程及贮存放置过程中，某些中药有效成分受到光、热、空气、温度、酸碱度等的影响，可能会发生水解、聚合、氧化、酶解等化学变化，使有效成分破坏，导致中药制剂出现变色、混浊、沉淀等现象，从而使药效降低或消失，甚至产生毒副作用。因此，应针对中药有效成分的理化性质，采用适当的剂型、调整合适的pH值、制备衍生物或采用适当的包装等方法来提高中药制剂的稳定性。
（三）研制开发新药，扩大药源创新药物的研制与开发关系到人类的健康与生存，其意义重大而深远。从天然产物中寻找生物活性成分，通过与毒理学、药理学、制剂学、临床医学等学科的密切配合，研制出疗效高、毒副作用小、使用安全方便的新药，这是国内外新药研制开发的重要途径之一。从经过数千年临床实践证明其临床疗效可靠的传统中药中寻找有效成分并研制开发成为新药，是一条事半功倍的研制新药的途径，其成功率要比从一般天然产物开始高得多。通过中药有效成分研制出的许多药物目前仍是临床常用基本药物，如麻黄碱（ephedrine）、黄连素（berberine）、阿托品（atropine）、利血平（reserpine）、洋地黄毒苷（digitoxin）等药物。
有些中药的有效成分疗效好、毒副作用小，能满足开发成为新药的条件，并且在中药中的含量较高，即可从药材中提取分离后制备成药物供临床应用，如黄连素、吗啡、利血平等。由中药有效成分研制出来的某些药物化学结构比较简单，可以用化学合成的方法大量生产，如麻黄碱、阿托品、天麻素等。
有些中药有效成分在中药中的含量少或该中药产量小、价格高，可以从其他植物中寻找代用品，扩大药源，大量生产供临床使用。如黄连素是黄连的有效成分，但以黄连为原料生产黄连素的成本很高。通过调查和研究发现，三棵针、黄柏、古山龙等植物中也含有黄连素，现已作为生产黄连素的原料。一般来讲，植物的亲缘关系相近则其所含的化学成分也相同或相近，因此也可以根据这一规律按植物的亲缘关系寻找某中药有效成分的代用品。
有些有效成分的生物活性不太强，或毒副作用较大，或结构过于复杂，或药物资源太少，或溶解度不符合制剂的要求，或化学性质不够稳定等，不能直接开发成为新药，可以将其作为先导化合物，通过结构修饰或改造，以克服其缺点，使之能够符合开发成为新药的条件。如青蒿素（artumisinin）是从中药青蒿中分离出来的抗疟疾有效成分，是一个具有过氧化结构的倍半萜类化合物。青蒿素在水和油中的溶解度都不好，临床应用不便，因而影响了疗效。为了解决青蒿素的溶解性能不理想的问题，对青蒿素进行了一系列的化学结构修饰，将青蒿素结构中的羰基还原成羟基，再制备成水溶性的青蒿琥珀单酯钠（artesunate）和油溶性的蒿甲醚（artemether），这两个青蒿素的衍生物都具有速效低毒、溶解性好、生物利用度高、便于临床使用的优点，并均已实现了工业化生产。
从中药中研制开发新药，除将中药的有效成分作为研究开发对象外，也可以将单味中药或中药复方的有效部位或组分作为研究开发的对象，并已有不少研发成功的实例。
