近期，北京中医药大学王鹏龙教授在科爱创办的期刊Bioactive Materials上发表研究文章：该团队基于中医临床经典复方麻杏石甘汤的配伍用药特点，首次发现了该方四种主要成分形成的无载体超分子水凝胶药物。揭示18α/β-甘草酸这一对天然差向异构体在多元组装中引发的“蝴蝶效应”，系统阐明其组装机制、微观形貌、细胞摄取及生物活性差异，为源于中药复方的手性分子设计功能水凝胶药物开发提供新思路。
01
研究内容简介
口服给药因高依从性和便捷性，是应用最广泛的给药途径。然而，胃肠道环境复杂，对溶解度低、稳定性差、半衰期短及无法穿过肠屏障的药物构成了重大挑战。近年来，水凝胶作为一种有潜力的口服递送体系受到广泛关注。一方面，水凝胶具有稳定性，可保护药物免受胃肠道环境降解，另一方面，其具备缓控释放特性，有助于延长半衰期、优化药代动力学。目前，无载体水凝胶研究多集中在单成分或双成分体系，其功效相对有限。相比之下，多成分协同作用可以更精确地满足复杂疾病的治疗需求，更符合中药方剂中“君”-“臣”-“佐”-“使”的配伍理论。因此，开发多元无载体水凝胶药物已成为该领域的一个重要方向。然而，多组分体系结构复杂，相关研究仍然稀缺且具有挑战性。此外，手性分子在水凝胶设计中的重要性也引起了广泛关注。不同手性分子在自组装过程中的不对称空间排列可形成不同的超分子结构，调控生物学行为，这一独特的性质强调了分子手性在生物医学水凝胶设计和开发中的重要性。
麻杏石甘汤（MXSGT）是源自《伤寒杂病论》的经典方剂，距今已使用1800余年，中医临床常用于清宣肺热，疗效确切。本研究基于该方水煎煮形成的超分子物质基础，发现其中关键活性成分18α-甘草酸（α-GA）和18β-甘草酸（β-GA），可分别与伪麻黄碱（PSE）、苦杏仁苷（AMY）及镁离子（Mg²⁺）进行共组装，获得了两种四元超分子体系α-Quad和β-Quad。研究发现，尽管α-GA与β-GA凝胶性质相似，但其单手性中心构象的差异引发了显著的“蝴蝶效应”，导致二者在组装机制、微观形貌、细胞摄取及生物活性方面差异显著。其中，β-Quad具有pH响应性，可避免药物分子在胃酸环境中快速降解，并在肠道pH条件下实现缓控释放，从而提高口服生物利用度。同时，β-Quad源于MXSGT，能够通过调控PI3K/Akt/NF-κB和MAPK信号通路，重塑炎症微环境，在发热及急性肺损伤动物模型中均表现出良好的解热抗炎效果。作为首个报道的四元无载体超分子水凝胶，β-Quad在口服药物递送方面显示出重要潜力，也为源于中药复方的手性分子设计功能水凝胶药物开发提供新思路。
图1：单手性中心差向异构化诱导的“蝴蝶效应”及β-Quad口服后的解热抗炎机制。
一、α-Quad和β-Quad的理化性质
随着浓度的增加，α-Quad越来越不稳定，最终形成沉淀；β-Quad保持澄清透明，形成稳定的水凝胶，表明β-GA的载药能力更强。α-Quad的电位是-27.8 ± 0.74 mV，微观表现为不规则块状；β-Quad的电位是-31.5 ± 0.44 mV，微观表现为边缘规则的球形颗粒，粒径365 ± 30 nm。在一个月的观察期内，β-Quad的宏观形态保持均一，且Zeta电位从-31.5 ± 0.44 mV逐渐降至-43.2 ± 3.4 mV，表明该体系的胶体稳定性随时间推移而增强。与α-Quad相比，β-Quad具有可注射性、稳定性、剪切变稀性、可愈合性等优异的材料学性质，在口服给药领域显示出巨大的应用潜力。
图2：α-Quad和β-Quad的理化性质。A 结构式；B 宏观照片；C-D α-Quad的电位和SEM图像；E-F β-Quad的电位和SEM图像；G β-Quad的粒径；H-I 一个月内β-Quad的宏观照片及电位；I-K α-Quad和β-Quad的材料学性质。
二、α-Quad和β-Quad的组装机制
结合紫外光谱、圆二色谱、红外光谱、核磁共振氢谱及分子动力学模拟、DFT计算结果，揭示α-Quad和β-Quad的共组装机制：在氢键和配位键诱导下，α-Quad以平行方式排列，阻碍其与溶剂分子的接触，形成不规则块状，最终形成沉淀；β-Quad以对称交错方式排列，更易与溶剂构建三维交联网络，形成纳米颗粒，宏观表现为水凝胶。
图3：α-Quad和β-Quad的谱学分析。A和D 紫外光谱；B和E 圆二色谱；C和F 红外光谱；G和H 核磁共振氢谱。
图4：α-Quad和β-Quad的分子动力学模拟和DFT计算分析。A α-Quad在0、20和50 ns时的结构变化；B β-Quad在0、20和50 ns时的结构变化；C α-Quad在50 ns时的分子间相互作用；D β-Quad在50 ns时的分子间相互作用；E IGMH分析；F α-Quad和β-Quad的共组装过程示意图。
在明确单手性中心差向异构化对α-Quad与β-Quad组装机制、微观形貌、宏观性质影响的基础上，本研究进一步探究了上述差异对二者生物活性的影响。因此，从细胞水平系统评估了α-Quad与β-Quad在重塑炎症微环境中的作用与机制。RAW264.7细胞中的NO含量结果表明，各单体均具有一定的抗炎活性。其中，α-GAMg优于β-GAMg，与报道的α-GA的抗炎活性优于β-GA的结果一致。但共组装后，α-GAMg的抗炎活性反而下降，而β-GAMg的抗炎活性则进一步增强。为了解释这一现象，我们进行了细胞摄取实验，结果表明，相较于不规则块状，纳米颗粒更易被细胞摄取，因此β-Quad表现出更强的生物活性。流式细胞术和WB结果进一步证实，β-Quad可以促进巨噬细胞从M1型向M2型转化，抑制PI3K/AKT/NF-κB和MAPK信号通路，从而调控炎症微环境，发挥抗炎作用，且效果显著优于α-Quad。
图5：α-Quad和β-Quad体外重塑炎症微环境。A RAW264.7细胞安全性评价；B NO含量；C 细胞摄取定量分析；D α-Quad和β-Quad摄取差异示意图；E和F CD80+/CD206+比例变化及定量分析； G-H WB及定量分析。
四、α-Quad和β-Quad的胃肠道吸收特征
接下来我们探究了α-Quad和β-Quad的胃肠道吸收特性。α-Quad在模拟胃液和模拟肠液中均迅速溶解，而β-Quad在模拟胃液中可以以水凝胶的形式稳定存在，在模拟肠液中迅速溶解，表明其具有pH响应性；在体小肠绒毛吸收实验表明，β-Quad的肠吸收含量显著高于α-Quad，与药物释放结果一致。证明β-Quad的稳定性和pH响应性使其可在胃酸环境中稳定存在，而在小肠环境中缓慢释放吸收。对比β-Quad及其机械混合物的抗炎活性、细胞摄取及体内代谢，证明β-Quad的优异性能源于其组装行为。
图6：α-Quad和β-Quad的胃肠道吸收特征。A-B pH响应性；C 释放曲线；D-E 在体小肠绒毛吸收冷冻切片及半定量分析；F 肠组织成分定量分析；G NO含量；H细胞摄取定量分析；I 药代动力学实验方案示意图；J 血清成分定量分析；K β-Quad及其机械混合物口服差异示意图。
五、β-Quad对急性肺损伤模型的治疗效果及重塑炎症微环境机制研究
《伤寒论》中记载麻杏石甘汤具有辛凉宣泄、清肺平喘的功效，因此采用急性肺损伤模型评价β-Quad和MXSGT的治疗效果。通过检测肺泡灌洗液、肺组织及血清中的炎症因子，结合肺功能评价、肺水肿程度、MPO与SOD活性，以及肺病理切片等指标，结果显示模型构建成功，且β-Quad在多数指标中的治疗效果要优于MXSGT。进一步通过转录组测序、Elisa蛋白定量和免疫荧光探究其作用机制， 证明β-Quad可以促进肺巨噬细胞从M1型向M2型转化，并通过PI3K/ AKT/NF-kB和MAPK信号通路发挥抗炎作用，从而减少炎症因子的表达，重塑炎症微环境。
图7：β-Quad对急性肺损伤模型的治疗效果。A 实验设计示意图；B 肺泡灌洗液、C 肺组织、D 血清中的炎症因子含量；E 全血中的炎症细胞含量；F 肺功能；G 肺组织湿重/干重；H MPO活性；I SOD活性；J 肺组织病理量化评分；K 肺组织H&E染色切片。
图8：β-Quad在急性肺损伤模型中重塑炎症微环境的机制。A 火山图；B KEGG富集分析；C GO富集分析；D Elisa含量测定；E 免疫荧光。
六、β-Quad对发热模型的治疗效果及机制研究
进一步采用LPS诱导的大鼠发热模型，评价β-Quad和MXSGT的全身性解热抗炎作用。造模后8小时内，模型组体温显著升高，表明造模成功；β-Quad和MXSGT均能有效抑制体温升高，且β-Quad的解热效果更好。通过Elisa检测大鼠血清炎症因子及下丘脑关键蛋白含量，结果显示β-Quad可通过抑制PI3K/Akt/NF-κB和MAPK信号通路，减少炎症因子释放，进而减轻肺部炎症并下调下丘脑发热介质PGE2的生成，其治疗效果优于MXSGT。
图9：β-Quad对发热模型的治疗效果及机制研究。A 实验设计示意图；B 解热活性；C Elisa检测炎症因子含量；D Elisa检测关键蛋白含量；E 作用机制示意图。
02
论文第一及通讯作者简介
第一作者
皮雯敏：北京中医药大学中药学院中药化学系博士研究生。主要从事中药药效物质基础研究。
通讯作者
王鹏龙：北京中医药大学中药学院教授，博士生导师。入选国家高层次人才特殊支持计划、北京市科技新星、中华中医药学会青年托举人才、北京中医药大学壶天青年学者等；担任中华中医药学会中药化学分会副主任委员、国家中医药管理局中药化学重点学科后备学科带头人等。围绕“基于超分子化学探究中药复方物质基础及其配伍机制”研究方向，攻关中药复方物质基础及其配伍机制关键科学问题，以第一或通讯作者在ACS Nano、Advanced Functional Materials、Bioactive Materials、Acta Pharmaceutica Sinica B、Small等发表SCI论文80余篇，授权专利5项，原创性证实中药超分子是复方物质基础的重要组成部分，且与中药配伍增效减毒机制密切相关，研究亮点两次被国家自然科学基金委报道；第一完成人获中国民族医药学会科学技术一等奖、北京市青年教学名师奖等。
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资助信息
该研究获国家自然科学基金（No.82274072）；北京市自然科学基金（No.7242221, No.7254503）；北京市中药基础与新药研究重点实验室（北京，100102）的支持。
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原文信息
Wenmin Pi, Gen Li, Hailing Qiu, Yihang Zhao, Yaozhi Zhang, Xinru Tan, Jihui Lu, Zhijia Wang, Xuemei Huang, Penglong Wang*. Single chiral center epimerization-modulated multi-carrier-free oral hydrogel for remolding inflammatory microenvironment via PI3K/Akt/NF-κB and MAPK signaling pathways. Bioactive Materials, 55 (2026) 623-639. DOI: 10.1016/j.bioactmat.2025.09.042.
来源：BioactMater生物活性材料
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