中药小分子与细胞膜相互作用的信号获取与分析

The pharmacological studies on traditional Chinese herbs mainly focus on the understanding of the acting mechanisms of Chinese herbs. It has great significance in the guidance of diets and treatment of diseases. From the view of biochemistry, the first step for the small molecules to act in the body is to interact with cell membranes, which may be a breakthrough point to insight into the acting mechanisms of Chinese herbs. Until now, however, such studies are still at an exploratory stage, which is far from the formation of universal pharmacological theories. Based on this condition, in this project we propose to obtain some important signals from the interaction between small molecules in Chinese herbs and cell membranes, by employing three model small molecules in Chinese herbs, constructing mimetic biomembranes and immobilized cell membranes, and adopting electrochemical technology together with some accessorial methods. Based on the deep analysis of the signals such as acting concentrations, acting positions, dynamic processes etc., together with pharmacological knowledges, we may have the opportunity to investigate the interaction mechanisms, pharmacological processes, and even physiological meanings.

中药的药理研究无论对于理解中药发挥生理活性的方式，推动中药的发展，还是对于指导人类的膳食健康，解决某些疾病难题都是不可或缺的。在生物化学研究层面，中药小分子在体内发挥作用的第一步就是与细胞膜发生相互作用，这成为一个很好的切入点来深入了解其体内作用的机制。然而，目前相关领域的研究还处在探索阶段，距离形成共识性的药理理论还有很大的差距。本项目正是着眼于此，期望通过三种模型中药小分子（姜黄素、山柰酚、白藜芦醇）的选取，模拟生物膜和固定化细胞膜的界面构建，以及电化学技术和其它辅助手段的联合运用，获取中药小分子与细胞膜相互作用过程中的一些重要信号，如中药小分子的作用浓度、作用位置、作用的动力学过程，以及细胞膜的通透性、双电层结构的变化等，并结合药理学的相关知识进行较为深入的信号分析，为深入理解中药小分子与细胞膜相互作用的药理学机理以及生理学意义提供帮助。

本项目提出运用电化学技术以及光谱学等辅助手段研究中药小分子与生物膜的相互作用，获取中药小分子与生物膜相互作用过程中的一些重要信号，对其进行比较、分析和阐述，为理解中药小分子的药理学机理以及生理学意义提供帮助。在项目实施过程中，我们紧密围绕项目所提出的问题，按照预定方案开展了一系列相关的研究工作：1）运用不同方式，在电极表面构建多种模拟生物膜体系；2）选取姜黄素、山奈酚等模型中药小分子作为研究对象，研究其电子传递、氧化还原活性等关键性质；3）在前两部分工作基础上研究中药小分子与模拟生物膜的相互作用，通过获取相互作用中膜的阻抗、通透性以及中药小分子电子传递等关键信号的变化，结合模拟生物膜及中药小分子自身的结构和性质，解析中药小分子与模拟生物膜的作用方式和作用机理。通过上述工作的开展，我们初步得到一些中药小分子与模拟生物膜相互作用的重要结论：山奈酚等黄酮类中药小分子，由于其良好的亲水性，将倾向于吸附在生物膜表面；而姜黄素作为一种两亲性的分子，既可以吸附于生物膜表面，也可以插入到膜内，具体方式取决于姜黄素的浓度大小以及生物膜本身的性质特别是通透性。当然，上述结论尚需进一步的实验验证。总体来说，本项目的开展一方面为理解中药小分子的体内作用方式提供了新的视野；另一方面通过在电极表面构建模拟生物膜及分子相互作用的研究体系，对相关的研究工作提供了良好的借鉴。除了上述中药小分子与生物膜的相互作用研究之外，我们还在中药小分子与蛋白质的相互作用方面做了一定的研究工作，其中涉及的方法和理论将为本项目后续研究的拓展提供重要借鉴。在项目的资助下，已发表（含1篇录用）标注有国家自然科学基金（31200742）的SCI论文8篇（其中影响因子大于5.0的2篇，第一作者或通讯作者6篇），授权专利1项，协助学科带头人培养的学生已有1人顺利获得博士学位，5人顺利获得硕士学位，目前还协助培养在读博士生1人，独立指导在读研究生2人，圆满完成项目的既定目标。