目的:构建一种基于超分子主客体化学组装的聚集诱导发光囊泡材料（AIE-HG-Vesicle）用于递送小干扰RNA（siRNA）及实现荧光成像功能，并探究其被肿瘤细胞摄取的效果及其基于siRNA对肿瘤细胞的杀伤效果。方法:通过合成聚乙烯亚胺树型分子修饰的β-环糊精（H-β-CD-dendrimer）作为主体化合物，同时合成含有四苯乙烯AIE基团的Bola型金刚烷（G-Ada-AIE）作为客体化合物，通过超分子主客体自组装过程制备得到AIE-HG-Vesicle囊泡材料用于负载siRNA。通过透射电子显微镜及动态光散射仪测试其形貌和尺寸，通过荧光分光光度计测试其聚集诱导发光性质，通过凝胶阻滞实验测试其对siRNA的负载效果，通过激光共聚焦显微镜测试负载siRNA的AIE-HG-Vesicle囊泡材料在肿瘤细胞内的递送效果，并通过MTT实验测试负载siRNA的AIE-HG-Vesicle囊泡材料对肿瘤细胞的杀伤效果。结果:AIE-HG-Vesicle具有囊泡状形态，直径约为100 nm，壁厚约为9 nm，且表面带正电荷可有效负载siRNA。负载于AIE-HG-Vesicle的siRNA表现出良好的稳定性，且负载siRNA后的AIE-HG-Vesicle可将siRNA递送到HeLa细胞内部，并可通过聚集诱导发光现象被观测到，负载siRNA后的囊泡对HeLa细胞有明显的杀伤效果。结论:构建了AIE-HG-Vesicle可用于递送siRNA，该材料具有荧光成像和基于siRNA的肿瘤细胞毒性作用，后期有望应用于肿瘤体内治疗。

在前期提出的超分子“印迹模板”理论基础上,分析总结了中药四性的历史沿革与研究现状,运用超分子化学理论对中药四性的产生进行了深入剖析:人体与中药为具有相同“印迹模板”的巨复超分子体系,不同类型(热、寒性)中药有效成分群(客体分子)与不同状态下人体(主体分子)以非共价键发生结合,通过释放(或吸收)能量,能够纠正人体由于受到外界寒邪/热邪侵袭而造成机体超分子自识别、自组织、自组装、自复制过程发生偏移的情况,使机体回归正常状态,宏观上表现为中药四性.基于此,提出了中药四性研究的体内、体外两类方法,体外方法包括物理内能法和主客体分离及制备超分子聚合物的方法;体内方法包括生物体热研究、动物行为学观测法、体表温度观测法.超分子“印迹模板”理论是研究中药四性的有效工具,而超分子化学理论与传统中医药理论的融合必将成为推动传统中医药走向现代化的强大助力.

“十八反”是传统中药配伍禁忌的重要内容,涉及中药临床用药安全有效的关键基础问题.在前期提出的中医药超分子“印迹模板”自主作用规律的基础上,以中药“十八反”反药对为对象,对其当前研究基础进行整合分析.首先分析总结了中药“十八反”的历史沿革,再运用超分子“印迹模板”解析中药配伍:中药配伍是将2种或2种以上中药有效成分群(客体分子)之间以非共价键进行结合,形成新的超分子体系,再与人体(主体分子)发生印迹作用,按“印迹模板”产生药效与毒效,宏观上表现出中药的配伍规律.基于此,再从超分子化学角度分别对“十八反”各组药对进行整合分析,最后提出了“十八反”的化学动力学、网络动力学、谱毒效动力学逐层推进的超分子毒与效整合研究方法,以期为“十八反”配伍禁忌机制研究提供思考和借鉴,为临床应用提供参考.

在前期提出超分子化学对中药四性理论特殊影响的基础上,进一步分析中药升降浮沉的历史沿革、研究概况,并运用超分子“印迹模板”理论对中药“升降浮沉”理论进行解析,提出对中药“升降浮沉”的评价方法.人体与中药均是印迹模板印迹作用的聚集体,在印迹模板作用规律下,不同类型的中药成分与人体的靶点通过“锁-钥”关系以非共价键结合,中药客体超分子通过键的作用可纠正人体主体超分子在自识别、自组织、自组装、自复制过程时发生的寒热、气机失调.人体具备抵抗外界病邪侵袭的能力,有赖于其气机“升降出入”的正常;中药具有“升降浮沉”的性能并能祛除病疾,有赖于其能调整人体气机紊乱,或顺应气机、祛邪外出以增强机体免疫的能力.基于此,在分析中药“升降浮沉”药理作用的基础上,探究其物质基础,并建立中药“升降浮沉”的评价方法,通过超分子印迹模板理论对中药升降浮沉进行剖析,揭示其科学内涵,推动中药药性理论不断创新.

中药/天然抗肿瘤药物可通过调节机体免疫功能、抑制肿瘤细胞生长、诱导肿瘤细胞凋亡、逆转肿瘤细胞多药耐药等途径发挥作用,但也面临着自身水溶性和稳定性差、缺乏靶向性与生物利用度低等问题,使其临床应用受到限制.近年来,基于分子间非共价键作用的超分子化学的研究与发展,可为解决上述问题提供有效平台.超分子有机大环主体大多具有独特空穴结构、低毒、高稳定性和易于修饰等特点,可基于其与客体药物之间的非共价键作用构建载药体系而有效传递药物达到治疗效果的提高.该文首先对包括以冠醚、环糊精、杯芳烃、葫芦脲四代以及2类新型超分子大环主体进行较为系统的介绍,进而综述了近年来超分子包合在中药/天然抗肿瘤药物递送中实现药物溶解度与稳定性的提高、药物的靶向传递、协同增效和联合给药、新型治疗疗法不同应用的研究进展,以及探究了超分子聚合物、间接结合药物模式和聚轮烷3种其他载药模式的超分子药物传递体系,为药物的高效利用带来了新思路.

运用中药生物超分子体特征和"印迹模板"作用规律,分析中药炮制"炒炭存性"研究现状及共性问题,并提出破解之策.根据中药炮制"炒炭存性"的历史沿革,运用生物超分子化学理论,阐明其共性问题的根源.中药为巨复生物超分子体,中药炮制就是对生物超分子体的炮制,其本质是在外界高温、高湿条件下,加辅料与不加辅料对生物超分子主客体进行化学变化的中药制药技术.中药"炒炭存性"炒的是主体分子,存的是客体分子,主客体分子的变化规律受控于"印迹模板",反映到饮片药性与药效的变化程度上.超分子化学贯穿始终,可通过超分子拓扑结构特征和印迹行为来表征炭药的"印迹模板"作用规律,并结合定量的炮制火候数学模型,从源头上实现"炒炭存性"的精确炮制,定量控制炭药饮片质量,制订出稳定可控的质量标准.

基于中医药理论现代化研究的现状和发展趋势,结合当前亟需解决的3项重大前沿科学问题和3项重大工程技术难题,辨中医药现代化问题之症结,明中医药现代化难题破解之必由途径,阐述中医药超分子"气析"理论对其破解的决定性作用.置人体与中药于自然界生物演化的历史长河之中,运用超分子化学解析生命进化轨迹,溯中医药理论产生之源.在漫长的生物进化过程中,自然界的各类分子遵循超分子化学规律,按"印迹模板"逐级形成超分子体,由简单到复杂,由无生命的无机络合物再到有生命的酶系统,由简单的单分子到复杂的超分子机器,无不打上超分子化学的烙印.在由逐级超分子体构成生物体链条中,生物超分子化学作用贯穿始终.由"印迹模板"通道结构逐级有序排列构成经络,管控"社会分子";在人体心脏搏血的推动下,溶于血液中的客体小分子物质在脏腑经络主体大分子的"印迹模板"通道中按"气析"进行迁移,宏观表现出中医所述经络脏腑对小分子作用的各向异性,亦即脏象.据此可阐明生命科学本原和中医药"理""法""方""药"原创性理论,解决中医药重大科学问题和工程技术难题,重构并融合中医药基础理论,最终实现现代化.

基于前期提出的中医药超分子"印迹模板"自主作用规律,分析中药毒性的研究现状,结合超分子"气析"理论,阐述中药毒性的超分子"印迹模板"的调控机制:中药(客体超分子)可与人体(主体超分子)发生作用,中药成分群与机体内对应的孔穴通道进行识别,有毒中药的量效问题、减毒处理都与平衡常数及浓度密切相关,当具有相同(似)"印迹模板"药物的浓度相同时,毒性的大小取决于其与靶点作用的平衡常数.因此,提出了中药毒性的平衡常数研究思路,可用超分子印迹作用的平衡常数表征中药毒性,通过研究平衡常数的大小可判断成分产生毒性的主客体分子间作用程度,揭示毒性效应的主客体超分子间相互作用,促进中医药超分子体系及中药毒性的研究.

2021年2月12日,北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室、分子与细胞药理学系刘涛课题组和南开大学化学学院刘育课题组合作在学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表了题为"A general supramolecular approach to regulate protein functions by cucurbit uril and unnatural amino acid recognition"(葫芦脲7和非天然氨基酸主客体识别介导的通用超分子策略用于蛋白质功能调控)的研究工作.

应用现代科学理论和技术探索中药及其复方作用机制,是实现中医药现代化研究的关键问题之一.中药及复方通过多成分作用于多靶点而产生综合药效,阐明其作用机制的核心就要解决成分与靶点网络拓扑的"静态"关联和"动态"整合验证的关键科学问题.目前,阐明中药及其复方作用机制的有效方法是通过网络药理学静态关联体外成分与靶点的拓扑网络,尽管也有对成分-靶点的验证研究,但多借鉴"单成分-单靶点"研究思路,建立一种符合中医药特色的定量整合和整体验证方法较为迫切.根据中医药超分子"气析"理论,中药与人体微观作用机制实际上是中药有效成分群和人体靶点群这2个超分子主客体基于"印迹模板"的"气析"作用,宏观上表现出药性与药效.基于此,笔者提出以超分子"气析"理论为指导,结合超分子化学、网络动力学、定量药理学等方法定量整合并验证网络药理学预测得到的以"印迹模板"为核心的成分与靶点群,寻找最优质量标志物,极大降低中药及其复方多成分-多靶点实验验证难度.