Biacore解锁中药奥秘：精准药理与高效筛选

中医药学，作为中华民族悠久历史文化的瑰宝，历经数千年的实践与发展，已经形成了独特的理论体系与治疗方法。其“整体观念”与“辨证论治”的核心思想，在维护人类健康、治疗疾病方面展现出了不可替代的价值。然而，随着现代科学技术的发展，传统中医药学面临着如何与现代科学相结合，实现其现代化、国际化的挑战。

在这一背景下，深入研究中医药的药理机制，明确其活性成分及其与生物靶标之间的相互作用，从而进行新药开发，成为中医药现代化研究的关键所在。这不仅有助于提升中医药的临床疗效，还能为中药新药的开发提供科学依据，促进中医药在全球范围内的广泛应用。

Biacore 基于表面等离子共振（SPR）技术，凭借其高灵敏度、实时检测以及无需标记等优势，为中医药研究提供了一种全新的视角和工具。不仅是对传统研究方法的有益补充，更可以推动中医药现代化、国际化。

• 中药活性成分解析

2021年，第二军医大学联合上海大学建立了一套基于Biacore的方法来筛选TCM中的活性成分的方法。以白芍根（RPA）为例，利用Biacore技术揭示了白芍根抗炎机制及其活性成分。

研究人员利用CM5芯片固定TNF-R1蛋白，将一系列不同稀释比的RPA提取物注入芯片表面，以初步评估潜在生物活性成分与TNF-R1之间的相互作用。有趣的是，RPA提取物对TNF-R1的结合活性呈浓度依赖性（图1.A），这表明RPA提取物中的某些成分能够与TNF-R1结合。为了揭示哪些成分能够与TNF-R1结合，研究人员使用Biacore进行了垂钓实验，回收到了与TNF-R1结合的活性成分。将收集到的样品在UPLC-QTOF/MS系统上进行鉴定（图1.B-F）， 实验结果显示，芍药苷和丹皮酚被鉴定为潜在的活性成分。

图1 通过SPR及质谱技术发现白芍根中的活性成分

为了进一步确认芍药苷和丹皮酚直接与TNF-R1相互作用，研究人员通过Biacore测定出芍药苷与TNF-R1的亲和力为4.9μM（图2.A和B），丹皮酚与TNF-R1的亲和力为11.8 μM（图2.C和D）。

图2 Biacore技术测定芍药苷、丹皮酚与TNF-R1的亲和力

为了探究芍药苷和丹皮酚如何发挥其药理学活性，研究人员设计了Biacore竞争实验。首先，验证了芍药苷和丹皮酚与TNF-α不结合（图3.A和B）。然后，将芍药苷（10或20 mM）与TNF-α预混合并进行Biacore检测。与单独TNF-α相比，混合物中芍药苷浓度越高，响应越低（图3.C）。这一结果表明，芍药苷在与TNF-R1结合时能够与TNF-α竞争。同样，也观察到了丹皮酚与TNF-α之间类似的竞争关系（图3.D）。竞争分析表明，来自白芍根的这两种化合物和TNF-α可能具有TNF-R1的相同结合位点，并能够相互竞争；因此，芍药苷和丹皮酚通过阻断TNF-α与TNF-R1的结合，从而发挥其抗炎作用。

图3. Biacore竞争实验验证芍药苷和丹皮酚将阻断TNF-α对TNF-R1的生物作用

在本研究中，研究人员开发了一种综合策略，将基于Biacore的筛选、亲和力测定和阻断/竞争实验相结合，探索中药生物活性成分，这种策略不仅可以用于阐明中药的作用机制，还可以用于发现新型中药衍生药物。

• 天然产物开发

慢性高血压是人类最常见的慢性疾病之一，其长期发展可通过引起心脏、肾脏、大脑和眼睛等多个靶器官的结构和功能变化，严重危害人类健康。目前，血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）已成为预防和控制高血压最常用的治疗方法之一。卡托普利、依那普利、福辛普利等ACEI药物在临床实践中得到了广泛应用。然而，尽管这些药物具有治疗效果，但也伴随着一些严重的副作用。近年来，许多天然化合物被发现具有强大的ACEI活性。

近年来，已经创建了多种筛选天然抑制剂的技术，包括磁珠固定化、酶固定化、比色法、分光光度法、荧光法、高效液相色谱法等。但这些方法存在实验复杂，结果易受温度影响，结果重复性差的问题，此外，上述方法无法提供抑制剂与靶标的动力学信息，这对于后续的构效关系研究和化合物的结构转化至关重要。

研究人员选择了Biacore技术作为筛选天然化合物的关键技术，如表1所示，槲皮素、原花青素、异槲皮苷、金丝桃苷、芹菜素、葛根素和槲皮素醇等化合物均以剂量依赖的方式与芯片上的可溶性ACE1（sACE1）结合，类似于阳性试剂卡托普利。对比发现，异槲皮苷（图4）对sACE1的亲和力最强（KD 5.76 × 10−6 M），而阳性对照卡托普利和槲皮素醇的亲和力最弱（KD 4.83 × 10−5 M）。

表1 Biacore检测天然化合物、阳性对照与sACE1的亲和力

图4 Biacore检测异槲皮苷与sACE1的亲和力

此外，在该研究中，研究人员通过分子对接模拟，筛选出了与ACE1的C端和N端结构域对接的白藜芦醇。然而，Biacore测定显示它与ACE1没有直接的结合，酶活性测试的结果与Biacore的结果一致，白藜芦醇在体外并不抑制ACE1。因此，“分子对接+Biacore”干湿实验相结合的方法才能最大保障结果的准确性。

综上所述，Biacore技术在中药研究中具有以下优势，可以为中药的深入研究、新药发现提供了强有力的技术支撑。

• 精准评估： Biacore能够实时、无标记地监测生物分子间的相互作用，从而精准评估中药成分与生物靶点的亲和力以及动力学参数。

• 高灵敏度：Biacore技术具有极高的检测灵敏度，能够检测到极低浓度的中药成分与生物靶点的相互作用。

• 无分子检测下限：Biacore检测无分子量下限，不仅可以检测高分子量的多糖、蛋白质，还可以应用于低分子量的生物碱、黄酮类、萜类等小分子化合物的检测。

• 高效筛选：Biacore技术能够快速地筛选中药中的复杂成分，尤其是那些与特定生物靶点（如酶、受体等）有潜在相互作用的活性成分。

通过引入Biacore等现代生物技术手段，中药研究得以从传统的经验式、试错式研究向科学化、精准化转变，推动了中药的现代化进程，提升了中药在国际医药市场上的竞争力。

Biacore分子互作和SCIEX液质联用系统，在中药新药成分鉴定和验证方面，提供了重要的科学依据，助力了中药新药在全球范围内的开发和广泛应用。

为此Cytiva和SCIEX将于8月27日14:00联合举办"精准药理，高效筛选--分子互作及质谱技术联合揭开中医药奥秘"为主题的网络研讨会，为广大用户介绍最新研究进展和技术应用。

扫码报名，立即参会

Reference

1. Lv D, Xu J, Qi M, Wang D, Xu W, Qiu L, Li Y, Cao Y. A strategy of screening and binding analysis of bioactive components from traditional Chinese medicine based on surface plasmon resonance biosensor. J Pharm Anal. 2022 Jun;12(3):500-508. doi: 10.1016/j.jpha.2021.11.006. Epub 2021 Dec 1. PMID: 35811628; PMCID: PMC9257445.

2. Wu Q, Jiao Y, Luo M, Wang J, Li J, Ma Y, Liu C. Detection of Various Traditional Chinese Medicinal Metabolites as Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors: Molecular Docking, Activity Testing, and Surface Plasmon Resonance Approaches. Molecules. 2023 Oct 17;28(20):7131. doi: 10.3390/molecules28207131. PMID: 37894610; PMCID: PMC10609061.