中藥藥性中“苦味”形成機(jī)制及生物學(xué)意義

呂佳樺， 朱 嬋， 唐宗湘

(南京中醫(yī)藥大學(xué) 醫(yī)學(xué)院·整合醫(yī)學(xué)學(xué)院， 江蘇 南京 210023)

中醫(yī)“五味”的藥性理論將中藥分為“辛、甘、酸、苦、咸”五味，其中苦味是中藥藥性的主要特性之一，也是廣泛存在于大部分中藥中的一種屬性。傳統(tǒng)中醫(yī)認(rèn)為苦味藥中苦味物質(zhì)即為藥效物質(zhì)[1]，但苦味藥物的藥理作用與特點(diǎn)的系統(tǒng)研究目前較少，且苦味藥物的生理作用機(jī)制很多也不清楚。本文將苦味中藥的類(lèi)型和物質(zhì)成分、苦味產(chǎn)生的生物學(xué)基礎(chǔ)、苦味藥物的臨床應(yīng)用及苦味存在的生物學(xué)意義等進(jìn)行探討，期望能對(duì)中藥藥性研究和臨床應(yīng)用提供參考。

1 傳統(tǒng)中藥中的苦味藥

1.1 苦味中藥的種類(lèi)

病先于藥，在先民尋找藥物治病的過(guò)程中，經(jīng)歷過(guò)漫長(zhǎng)的探索，神農(nóng)嘗百草反映了早期尋藥的故事?？辔蹲鳛橹兴幈旧淼囊环N特質(zhì)和容易被鑒定的特點(diǎn)，在中醫(yī)藥長(zhǎng)期發(fā)展和傳承過(guò)程中被保留了下來(lái)，通過(guò)中國(guó)歷代藥物學(xué)家的總結(jié)歸納提出了“四氣五味”理論，并成為中醫(yī)治病過(guò)程中需要遵循的原則之一，構(gòu)成了中醫(yī)學(xué)的重要內(nèi)容。在傳統(tǒng)藥物識(shí)別方式中，舌嘗感受是界定藥性的最重要方式，但隨著藥物種類(lèi)的增加，研究方法和思路的多樣化，藥性確定的途徑產(chǎn)生了一些變化。目前研究者通過(guò)對(duì)五味理論溯源發(fā)現(xiàn)，中藥五味的標(biāo)定有真實(shí)味道和理論藥味兩大類(lèi)依據(jù)。第一類(lèi)是以舌嘗法對(duì)藥材的味道為苦味標(biāo)準(zhǔn)，而第二類(lèi)是通過(guò)理論藥味進(jìn)行反推得到的苦味藥[2]。以《中華人民共和國(guó)藥典》(2020版)收錄的中藥為依據(jù)，在藥典收載的2 711種中藥中，苦味藥有1 015種，占總數(shù)的37.44%。除了通過(guò)品嘗區(qū)分苦味藥物外，現(xiàn)在研發(fā)的電子舌也可以區(qū)分不同苦味的藥物類(lèi)型，且根據(jù)反應(yīng)的強(qiáng)度區(qū)分苦味程度。

1.2 苦味物質(zhì)的類(lèi)型

苦味物質(zhì)大致可以分為三大類(lèi)：生物堿、苷類(lèi)和苦味質(zhì)[3]；其中，生物堿成分占比最多，占苦味藥的40.5%，其次為揮發(fā)油、黃酮類(lèi)和糖類(lèi)。在藥效方面，一般認(rèn)為苦能瀉、能降、能燥、能堅(jiān), 具有瀉下、瀉火、降氣、堅(jiān)陰、燥濕等作用[4]。

1.3 苦味的分級(jí)

苦味的分級(jí)常用苦度來(lái)衡量?？喽?intensity of bitterness)是用于藥物苦味評(píng)價(jià)的等級(jí)指標(biāo)。不同的苦度是不同的苦味分子與受體的親和力不同導(dǎo)致的?？喽葴y(cè)量的基本方法是舌嘗法，即傳統(tǒng)人群口感評(píng)價(jià)法，該方法存在較大的主觀性與變異性。現(xiàn)階段電子舌技術(shù)可以通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物溶液各種化學(xué)信息的收集，再基于已知信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析也可以得到藥物的苦度，實(shí)現(xiàn)了定量化與穩(wěn)定性。按照電子舌檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)可以將藥物的苦度分為1—5共5個(gè)等級(jí)，分別為不苦、微苦、苦、很苦、極苦[2]。例如：極苦藥中的黃連和苦參，前者主要活性成分為生物堿，其中的黃連素具有抗炎、降血糖、調(diào)血脂和保護(hù)心血管的作用[5]；后者主要成分為生物堿和黃酮類(lèi)，具有抗癌、止癢等作用[6]。中等苦味藥中的梔子(環(huán)烯醚萜類(lèi)、有機(jī)酸類(lèi)以及梔子黃色素等)和黃芩(黃酮類(lèi)、苯丙素類(lèi)、甾醇類(lèi)以及揮發(fā)油等)在抗炎、解熱、鎮(zhèn)痛、保肝、降血脂、抗血栓、神經(jīng)保護(hù)、鎮(zhèn)靜催眠、抗微生物、清除自由基、抗氧化等方面起作用[7-8]。微苦中的決明子(蒽醌)和青蒿(倍半萜)在降壓、截瘧等具有明顯效果[9]。

依照上述分級(jí)類(lèi)型，何飛武等[3]對(duì)《藥典》中苦味藥的分類(lèi)進(jìn)行研究，對(duì)“苦”藥重新做分類(lèi)，并認(rèn)為口嘗苦性味也“苦”、口嘗苦但性味不“苦”和口嘗不苦但性味“苦”均列為“苦”藥，但我們最初對(duì)“苦”藥的認(rèn)識(shí)還是基于口嘗；因此，基于口嘗和性味均“苦”的標(biāo)準(zhǔn)例舉了不同苦味分級(jí)下部分“苦”藥的藥用部位、活性成分和含量等相關(guān)信息(表1)。

表1 苦味分級(jí)下的幾種苦味藥主要成分

2 苦味產(chǎn)生的機(jī)制

2.1 苦味受體的分子類(lèi)型

在酸、甜、苦、辣、咸的味感覺(jué)中，酸、辣和咸的感覺(jué)通過(guò)激活細(xì)胞膜上的膜通道來(lái)調(diào)節(jié)[16]，而甜味和苦味則主要通過(guò)兩類(lèi)不同G蛋白耦聯(lián)受體家族(T1Rs和T2Rs)完成。表達(dá)在味蕾Ⅱ型細(xì)胞上的T2Rs受體是感受苦味的功能性受體;同一種苦味受體能被多種苦味物質(zhì)激活[17]，一種苦味物質(zhì)也可以激活不同的苦味受體[18]?？辔稄V泛存在于不同的物種中，脊椎動(dòng)物中的硬骨魚(yú)類(lèi)已發(fā)現(xiàn)有3～6種苦味受體(斑馬魚(yú)4種，河豚6種)，人和哺乳動(dòng)物中苦味受體數(shù)目變化較大，人類(lèi)、獼猴、小鼠、大鼠分別為24、26、33、36種；目前在脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)編碼苦味受體基因最多的物種是兩棲類(lèi)的青蛙，已發(fā)現(xiàn)有49種苦味受體分子[19]。比較這些物種中味覺(jué)受體的多少，似乎與物種進(jìn)化的高低關(guān)系不大，但與生活環(huán)境的復(fù)雜程度有關(guān)。能夠在陸地和水中生活的兩棲類(lèi)，由于環(huán)境變化差異較大，其感受苦味的分子也比較多，因此認(rèn)為苦味也是物種進(jìn)化過(guò)程中為適應(yīng)生存環(huán)境而保留下來(lái)的一種重要分子。感受苦味的分子類(lèi)型在不同物質(zhì)中存在差異的特點(diǎn)可能也反映出這些物種對(duì)不同物質(zhì)選擇和適應(yīng)環(huán)境的一種策略。

2.2 苦味受體在不同組織中均表達(dá)

在組織表達(dá)與分布上，傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為T(mén)2Rs廣泛表達(dá)在十二指腸以上消化系統(tǒng)，除舌外，在胃竇、胃底等部位也檢測(cè)到T2Rs的表達(dá)[20]。但最近的研究表明，心肌細(xì)胞、腦細(xì)胞、呼吸道、生殖系統(tǒng)中也有T2Rs表達(dá)，且表達(dá)于這些部位的苦味受體均具有特殊的功能[21]。

苦味受體在不同類(lèi)型細(xì)胞中表達(dá)，但苦味受體細(xì)胞興奮后均需要將信息傳給神經(jīng)系統(tǒng)才能產(chǎn)生包括苦感在內(nèi)的感覺(jué)。在哺乳動(dòng)物中，味蕾上的味覺(jué)感受細(xì)胞呈梭型，其基底端連接味神經(jīng)，游離端延伸至舌表面形成味覺(jué)小孔。數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)味覺(jué)感受細(xì)胞聚集形成味蕾，多個(gè)味蕾聚集在一起形成乳突，分布在舌的不同側(cè)[22]。味蕾細(xì)胞有4種，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ型，其中感受苦味的感受器屬Ⅱ型[23]?？辔妒荏w不僅只表達(dá)在味蕾，而且也表達(dá)在腸胃組織、呼吸道和腦組織等[24]。最近的研究表明：表達(dá)在腸道簇細(xì)胞的苦味受體(Tas2rs)被激活后，可以通過(guò)下游的信號(hào)通路促使IL-25以囊泡的形式從簇細(xì)胞中釋放出來(lái)，觸發(fā)Ⅱ型免疫反應(yīng)，因此，吃苦味食品可以刺激簇細(xì)胞提高警惕，增加免疫能力[25]；胃內(nèi)不同區(qū)域也存在苦味受體(T2R10)，這種受體的配體具有一共同特征——苯環(huán)結(jié)構(gòu)，例如：熊果苷(arbutin)和水楊酸(salicin)，前者有抗菌作用，而后者有抗感染作用[26]；T2R9(苦味受體中的一種)通過(guò)胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)的調(diào)節(jié)影響腸道中葡萄糖和胰島素的穩(wěn)定[27]；消化道上存在的這種化學(xué)感受器(苦味受體)作為感知所吸收物質(zhì)的化學(xué)成分(包括藥物和毒素)具有重要的意義。

呼吸道上表達(dá)的苦味受體參與了呼吸道氣流的控制和呼吸道的防御反應(yīng)：苦味劑激活表達(dá)于氣道平滑肌上的苦味受體后，引起氣道平滑肌舒張和支氣管擴(kuò)張，其作用強(qiáng)度是β-腎上腺素受體激動(dòng)劑的3倍[28]；苦味劑還可以加快氣道上皮細(xì)胞運(yùn)動(dòng)纖毛的擺動(dòng)頻率，促進(jìn)打噴嚏和調(diào)節(jié)呼吸速率[28]。苦味受體在神經(jīng)系統(tǒng)中也有表達(dá)，Singh等[29]通過(guò)逆轉(zhuǎn)錄酶RT-PCR分析顯示大鼠大腦不同區(qū)域存在與T2R4、T2R107和T2R38相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)錄物,但大腦中表達(dá)苦味受體的生理意義仍然不清楚。另外，T2R5苦味受體在睪丸中也表達(dá)，T2R5基因敲除后會(huì)導(dǎo)致睪丸體積和質(zhì)量減少，精細(xì)管外徑減小，精子數(shù)量降低，從而影響生殖功能[30]；心肌細(xì)胞上表達(dá)的T2Rs可能與心肌細(xì)胞發(fā)育的營(yíng)養(yǎng)功能有關(guān)[31]；肥大細(xì)胞上表達(dá)的T2R與抑制肥大細(xì)胞活化有關(guān)[32]?？辔妒荏w的廣泛分布表明苦味受體可能參與各種生理功能，也暗示苦味中藥在消化系統(tǒng)和非消化系統(tǒng)中具有不同的作用。

最近研究表明：機(jī)體內(nèi)的苦味物質(zhì)(例如：膽汁酸)能夠激活機(jī)體內(nèi)新發(fā)現(xiàn)的一種受體——MrgprA1，這類(lèi)受體是一種G蛋白耦聯(lián)受體，主要表達(dá)在外周背根神經(jīng)節(jié)(DRG)神經(jīng)元上，當(dāng)激活該受體后引起小鼠的瘙癢反應(yīng)[33]，雖然，目前知道MrgprA1參與了機(jī)體癢覺(jué)的產(chǎn)生，但推測(cè)該受體應(yīng)該還有其他生理功能。這一發(fā)現(xiàn)可以拓寬我們對(duì)苦味受體的認(rèn)識(shí)，即機(jī)體中可能存在多種類(lèi)型的苦味受體(除T2Rs外)，這些受體在機(jī)體內(nèi)扮演多種生理功能。

2.3 苦味感覺(jué)傳遞的信號(hào)通路

苦味物質(zhì)種類(lèi)較多，傳導(dǎo)苦味的信號(hào)途徑也有不同的形式，苦味物質(zhì)可以通過(guò)3種途徑引起Ⅱ型TRCs興奮(圖1)：①T2R/TRB-αgust-PDE-cAMP-PKA途徑。該途徑苦味配體與T2R結(jié)合使偶聯(lián)的G蛋白三聚體解離，α亞基通過(guò)磷酸二酯酶(PDE)降低cAMP水平，導(dǎo)致cAMP所抑制的陽(yáng)離子通道抑制作用解除，使細(xì)胞外鈣離子內(nèi)流。②T2R/TRB-β3/γ13-PLCβ2-IP3/DAG 途徑。該途徑與上面途徑的差異是在G蛋白三聚體解離后，β3/γ13二聚體激活磷脂酶Cβ2(PLCβ2)合成IP3使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IP3門(mén)控的Ca2+外流，導(dǎo)致胞內(nèi)鈣離子濃度的增加。③不依賴 GPCR/G 蛋白機(jī)制的途徑。喹啉與部分二價(jià)鹽可以通過(guò)激活細(xì)胞膜上的鉀離子通道使鉀離子內(nèi)流。在第一和第二途徑中，苦味物質(zhì)作用于苦味受體后導(dǎo)致胞體內(nèi)Ca2+濃度增加，胞內(nèi)增加的鈣離子作用于TrpM5通道使Na+內(nèi)流并使ATP通過(guò)CALHM1/3釋放至胞外，從而使神經(jīng)纖維的嘌呤受體P2X2/3激活。

味覺(jué)感受細(xì)胞(TRCs)的基底側(cè)釋放神經(jīng)遞質(zhì)激活深入味蕾的味神經(jīng)?？辔妒荏w作為檢測(cè)苦味物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，具有同樣的分布特點(diǎn)，當(dāng)苦味物質(zhì)激活Ⅱ型TRCs細(xì)胞膜去極化后，會(huì)引起神經(jīng)細(xì)胞突觸后興奮，興奮性信號(hào)沿面神經(jīng)、迷走神經(jīng)、三叉神經(jīng)進(jìn)入腦干中的孤束核經(jīng)丘腦最后到達(dá)島葉皮質(zhì)中味覺(jué)感受區(qū)進(jìn)行編碼[34]。孤束核作為味覺(jué)在大腦中的第一個(gè)中轉(zhuǎn)站，已發(fā)現(xiàn)分別對(duì)苦味和甜味刺激有特異性反應(yīng)的兩群神經(jīng)元，它們分別是表達(dá)Sst的神經(jīng)元和表達(dá)Calb2的神經(jīng)元，這兩群神經(jīng)元互不重疊，可見(jiàn)甜味和苦味的神經(jīng)信號(hào)編碼是通過(guò)各自信號(hào)傳導(dǎo)通路完成的[35]。當(dāng)味覺(jué)信號(hào)傳遞至島葉皮質(zhì)后，島葉皮質(zhì)作為味覺(jué)初級(jí)中樞會(huì)對(duì)下游所傳遞的信號(hào)進(jìn)行整合，區(qū)分出不同的味覺(jué)信號(hào)(Chen等[34]通過(guò)活體雙光子顯微技術(shù)證明了皮層對(duì)味覺(jué)刺激反應(yīng)的特異性，即不同的味覺(jué)信號(hào)在皮質(zhì)中興奮不同的區(qū)域)。整合后的味覺(jué)信號(hào)由味覺(jué)初級(jí)中樞投射到杏仁核與眼眶皮層，形成愉悅與厭惡的情緒。

圖1 苦味信號(hào)在TRCs細(xì)胞中的傳導(dǎo)通路Fig.1 Bitterness signal transduction pathway in TRCs cells

3 苦味與疾病之間的關(guān)系

苦味與多種疾病有關(guān)，一方面，不同疾病或疾病的嚴(yán)重程度會(huì)改變苦味感覺(jué)的敏感性，而另一方面，苦味受體(T2R)可以參與多種機(jī)體調(diào)控與疾病治療。

3.1 糖尿病引起味覺(jué)功能改變

糖尿病病人的味覺(jué)功能普遍發(fā)生改變，對(duì)糖(sugar)和苦味化合物——苯硫脲(Phenylthiocarbamide，PTC)的辨識(shí)能力明顯降低，導(dǎo)致病人飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[36]。有研究表明，在二型糖尿病癥狀緩解后，病人對(duì)糖的辨識(shí)能力恢復(fù)[37]。

3.2 新冠引起味覺(jué)功能改變

自新型冠狀病毒(COVID-19)爆發(fā)以來(lái)，大量病例表明新冠的感染會(huì)導(dǎo)致機(jī)體味覺(jué)功能喪失，對(duì)甜味與苦味的感知下降，有文獻(xiàn)報(bào)道新冠病毒所引起的味覺(jué)喪失可能與神經(jīng)系統(tǒng)的感染與神經(jīng)免疫應(yīng)答相關(guān)[38]。

3.3 苦味與肥胖

肥胖也與苦味受體存在著一定關(guān)系。6-丙基硫氧嘧啶(6-propylthiouracil，PROP)是另一種苦味化合物，對(duì)該化合物敏感的年輕人相較于不敏感的年輕人，更頻繁地食用甜食，而對(duì)肉類(lèi)的攝入量則少很多，對(duì)PTC、PROP敏感者在體型上偏胖，而不敏感者則在體型上偏瘦，可能感受苦味的受體分子與肥胖存在某種程度的關(guān)系[39]?？辔妒荏w(T2R)通過(guò)參與化學(xué)感受和胃腸功能調(diào)節(jié)，改變對(duì)食物和飲食渴望的行為，影響體質(zhì)量調(diào)節(jié)和肥胖[40]。

3.4 苦味與呼吸系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)表明，苦味受體T2R38可以廣泛分布在人與小鼠呼吸系統(tǒng)的氣道平滑肌中，對(duì)T2R38的激活可以起到松弛支氣管的作用，這表明部分苦味藥有作為支氣管松弛劑的潛力[41]。另外，在上呼吸道固有防御反應(yīng)中，苦味受體T2R38最近被證實(shí)可調(diào)節(jié)鼻息肉患者對(duì)治療的反應(yīng)[42]。

3.5 苦味藥與癌癥治療

4 苦味感覺(jué)存在的生物學(xué)意義

味覺(jué)是哺乳動(dòng)物重要的生理感覺(jué)之一，苦味作為味覺(jué)中的一類(lèi)，在攝食行為過(guò)程中對(duì)食物選擇和維持個(gè)體生存具有重要意義?？辔陡惺茏鳛橐环N防御性機(jī)制，用來(lái)防止攝入食物中各種結(jié)構(gòu)不同的苦味物質(zhì)。對(duì)含有苦味物質(zhì)的生物個(gè)體本身來(lái)說(shuō)是長(zhǎng)期進(jìn)化出來(lái)的一種保護(hù)機(jī)制：首先，通過(guò)苦味給其他物種一種警示，避免其他物種對(duì)自己的傷害；其次，苦味對(duì)物種本身并非代表有毒有害的物質(zhì)，很可能是對(duì)其有益成分的一種“掩飾”；最后，苦味感覺(jué)的存在可能是物種之間信息相互交流的重要方式?，F(xiàn)實(shí)生活中絕大多數(shù)口服藥物都有不同程度的苦味感受，一直以來(lái)也有“良藥苦口”的主觀認(rèn)知，究竟是苦味成分在發(fā)揮著藥效作用，還是苦味成分與藥效成分存在一種潛在的相關(guān)性？苦味與藥效在成分上的相關(guān)性值得深思。

在中藥藥性特征中，苦味作為5種中藥藥性特征之一，它不僅是藥物真實(shí)的味道，而且是一種功能的體現(xiàn)。在苦味藥與苦味受體的相關(guān)影響方面，存在著一個(gè)化合物可激活多個(gè)受體和一個(gè)受體能被多種化合物激活的現(xiàn)象。大量事實(shí)已經(jīng)表明，一種苦味物質(zhì)可以激活除苦味受體外的其他多種受體發(fā)揮其藥效作用，例如黃連素不僅可以激活苦味受體產(chǎn)生苦味，同時(shí)還可以興奮M受體進(jìn)而降低血壓。這表明苦味藥不僅可以作用于T2Rs，也可產(chǎn)生其他效用。另外，苦味受體與甜味受體T1Rs等存在拮抗作用。

在苦味藥的藥效成分與苦味成分的關(guān)系方面，一直存在不同的觀點(diǎn)。中醫(yī)認(rèn)為藥物中的苦味成分即為藥效成分，但化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)苦味的主要來(lái)源為生物堿、苷類(lèi)與苦味質(zhì)。通過(guò)對(duì)不同苦味分級(jí)下選取的典型藥物進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)這些苦味藥物的活性成分多為生物堿與生物苷類(lèi)，這就暗示生物堿和苷類(lèi)可能就是誘導(dǎo)苦味的主要物質(zhì)。在藥理作用上，苦味藥多存在抗炎作用，部分藥物(例如小檗堿等)對(duì)細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)也有一定作用，但對(duì)于苦味成分與藥效成分的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究與分析。在目前的研究背景下大多苦味藥物的苦度難以進(jìn)行量化研究，進(jìn)而難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)闡明苦味與藥效的相關(guān)性。