天然产物药物发现的创新策略——白头翁皂苷B4案例研究

康乃馨 ,  赵建平 ,  高鹏浩 ,  卢越 ,  陈重 ,  李笑然 ,  Ikhlas A. Khan ,  杨世林 ,  许琼明 ,  刘艳丽

工程（英文） ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11) : 302 -316.

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工程（英文） ›› 2025, Vol. 54 ›› Issue (11) : 302 -316. DOI: 10.1016/j.eng.2025.06.036
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天然产物药物发现的创新策略——白头翁皂苷B4案例研究

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Innovative Strategies in Natural Product Drug Discovery: The Case of Anemoside B4

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摘要

白头翁皂苷B4（AB4）是从中药白头翁中提取的一种三萜皂苷，因其具有显著的抗炎和免疫调节活性而受到广泛关注。此化合物已获得国家药品监督管理局药品审评中心的临床试验批准，用于治疗轻度和中度溃疡性结肠炎。在发现通过注射给药可使其发挥活性之前，AB4的治疗潜力未能得到充分认可。本文探讨了AB4研发背后的科学依据和理论框架，为从天然药物中发现先导化合物或候选药物提供了全新研究范式和创新策略。本研究通过对AB4的细胞靶点、生化途径以及给药途径的深入研究，对AB4成药性评估及临床潜力有了深刻认识。AB4分子中的多个糖单元导致其水溶性过高，从而限制了其生物利用度和药代动力学特性。为解决该问题，研究者采用了化学方法与酶水解技术对其进行结构修饰，成功获得一系列分子量降低、生物利用度提高、药理活性增强且更具临床潜力的衍生物。这些进展为AB4及其衍生物作为治疗药物的持续开发奠定了坚实的基础。

Abstract

Anemoside B4 (AB4), a triterpenoidal saponin derived from Pulsatilla chinensis, has garnered considerable attention for its potent anti-inflammatory and immunomodulatory activities, culminating in its approval for clinical trials by the Center for Drug Evaluation, National Medical Products Administration, for the treatment of mild to moderate ulcerative colitis. Despite this, AB4’s therapeutic potential remained underexplored until the development of its injection formulation. This review discusses the scientific rationale and theoretical framework behind AB4’s development, offering a new paradigm and innovative research strategy for discovering lead compounds or drug candidates from natural medicines. In-depth investigations into AB4’s cellular targets, biochemical pathways, and administration routes have provided valuable insights into its druggability evaluation and clinical potential. The high water solubility of AB4, attributable to its multiple sugar units, imposes limitations on its bioavailability and pharmacokinetic profiles. To address this, structural modification via chemical methods and enzymatic hydrolysis have been employed, resulting in derivatives with reduced molecular weight, improved bioavailability, enhanced pharmacological activity, and greater clinical potential. These advances lay a solid foundation for the continued development of AB4 and its derivatives as promising therapeutic agents.

Graphical abstract

关键词

白头翁皂苷B4 / 发现过程 / 抗炎作用 / 免疫调节 / 临床潜力 / 结构修饰

Key words

Anemoside B4 / Discovery process / Anti-inflammation / Immunomodulation / Clinical potential / Structure modification

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康乃馨,赵建平,高鹏浩,卢越,陈重,李笑然,Ikhlas A. Khan,杨世林,许琼明,刘艳丽. 天然产物药物发现的创新策略——白头翁皂苷B4案例研究[J]. 工程（英文）, 2025, 54(11): 302-316 DOI:10.1016/j.eng.2025.06.036

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1 引言

天然产物具有丰富的多样性与生物活性，加之其在传统医学中的应用历史，推动了众多临床药物的研发，并为新药先导化合物的研究与开发提供了思路[1‒3]。先导药物的确定通常需要开展广泛的文献调研和基于细胞模型的活性筛选，进而通过动物模型进行成药性评价。这些研究工作可为潜在的临床应用与创新药物研发奠定基础[2]。体外活性较弱或生物利用度较低的化合物，往往容易在这一过程中被忽视。本文以白头翁皂苷B4（AB4）为例，阐述一种从天然药物中发现候选先导化合物的创新研究策略。

白头翁（Pulsatilla chinenis）具有清热解毒的功效。鉴于AB4是白头翁中含量最丰富的三萜皂苷，并有可能成为其主要活性成分，因此我们对AB4的抗炎与免疫调节活性展开了研究。初步体外抗炎筛选实验显示，在脂多糖（LPS）诱导的Raw264.7巨噬细胞中，AB4对诱导型一氧化氮合酶（iNOS）和环氧合酶-2（COX2）无明显的抑制作用，且对炎性细胞因子的释放影响也极弱。此外，AB4能降低猪圆环病毒诱导的内皮细胞中E-选择素的表达及白介素-10（IL-10）释放[4]。因此，AB4抗炎活性不显著，且有报道指出，在治疗四氯化碳（CCl4）诱导的小鼠肝损伤方面，AB4的疗效不及成本更低廉、来源更广的齐墩果酸[5]。

2015年，一项突破性研究证实，AB4经注射给药后，在动物模型中展现出与地塞米松相当的抗炎及免疫调节活性，同时毒性更低、副作用更小[6‒7]。基于上述研究结果，研究者成功开发了白头翁总皂苷提取物的注射制剂，并已获中华人民共和国农业农村部批准，成为新型兽用药物[8‒9]。

近年来，针对AB4抗炎和免疫佐剂活性的研究进一步证实了其免疫调节作用[10]。后续研究主要聚焦于AB4的给药途径，包括静脉注射、腹腔注射[11]、肌内注射[12‒13]以及冻干粉针剂的开发。然而，由于对注射给药安全性的顾虑，这些研究均未获准进入临床试验。研究表明，AB4用于治疗炎症性肠病（IBD）的口服有效剂量过高，成本高昂，阻碍了其商业化进程。最终，在2025年，AB4及AB4栓剂作为中药创新药1.2类，获得国家药品监督管理局（NMPA）签发的《药物临床试验批准通知书》（通知书编号：2025LP00620和2025LP00621），获准用于治疗轻度和中度溃疡性结肠炎（UC）。

尽管羽扇豆烷型五环三萜类化合物[如白桦脂酸（BA）、羽扇豆醇]具有良好的药理活性，但其生物利用度低、成药性差，限制了临床转化[14‒15]。研究证实，结构修饰是改善这类化合物药代动力学特性的必要手段。AB4同样具备进行类似结构修饰的潜力，可通过此策略提高其生物利用度，进一步拓展未来临床应用。

本研究不同于传统研究范式：在探索AB4抗炎与免疫调节活性的过程中，我们跳过了常规的体外活性筛选，优先采用动物模型直接进行体内活性评价；同时，尽管三萜皂苷制剂存在潜在安全性风险，我们仍选择注射给药途径，这与慢性炎症性疾病的常规研发思路不同。这一新的研发思路充分挖掘了AB4的潜在临床应用价值，为基于天然产物的新药研发提供了重要思路。鉴于AB4的药理活性发现过程具有借鉴意义，本文从以下三个方面进行阐述：①阐明AB4的发现历程及研究空白；②重点介绍AB4分子机制研究的关键进展；③总结AB4的临床转化前景。

2 AB4 抗炎与免疫调节作用的发现

本研究团队从事天然药物及中药活性成分发现研究已近二十年，自2006年起持续关注白头翁这一中药品种[16]。白头翁根部对结肠炎具有显著的治疗效果，且富含三萜皂苷类成分。然而，三萜皂苷类化合物因存在细胞毒性、溶血作用和刺激性等问题，导致其临床应用受限[17‒18]。白头翁中的三萜皂苷按苷元结构主要分为齐墩果烷型皂苷和羽扇豆烷型皂苷[19]，按糖链组成又主要分为单糖链皂苷和双糖链皂苷[20]。单糖链皂苷的特征是仅在苷元的C-3位连接一条寡糖链，其C-28位保留一个游离羧基；而双糖链皂苷则在苷元的C-28位还连有额外的寡糖链[21]。首先，我们对白头翁中的36种三萜皂苷进行了系统的分离和结构鉴定[22‒24]。为筛选具有治疗潜力的活性成分，我们评估了这些皂苷的细胞毒性，并探讨了其结构与毒性之间的关系。结果表明，双糖链皂苷无明显细胞毒性和溶血性，且羽扇豆烷型皂苷的安全性优于齐墩果烷型皂苷[25]。前期分析表明，AB4属于羽扇豆烷型双糖链皂苷，安全性较好；同时，该化合物来源独特，仅存在于白头翁属植物中，且在白头翁中的含量高达9.31%，因此，AB4成为本研究的研究对象[26]。

尽管AB4具有潜在研究价值，但早期报道提示AB4对慢性髓系白血病、肝癌[27]和结直肠癌[28]具有细胞毒性，这给将其作为抗炎药物进行评估带来了困难。然而，Xu等[29]经研究发现，上述研究所用AB4样品的纯度均低于95%，远低于本团队药效评价中达到的99.5%以上纯度；由此推测，所报道的细胞毒性可能源于测试样品中的微量杂质，而非AB4本身。这一推测随后得到了验证，白头翁中的单糖链皂苷确实表现出强烈的细胞毒性[29]。为解决纯度问题，我们开发了一种采用大孔吸附树脂结合动态轴向压缩柱系统的制备工艺，可批量制备高纯度AB4 [30]。后续体外细胞毒性评价证实，高纯度AB4的毒性低，为进一步的活性筛选提供了可靠的实验材料。

为评估AB4的抗炎活性，我们用LPS诱导的Raw246.7细胞和骨髓源性巨噬细胞建立了经典的体外筛选模型。结果表明，AB4对一氧化氮（NO）的释放、iNOS、COX2的表达以及核因子κB（NF-κB）p65磷酸化的影响较低，提示其体外抗炎活性有限。这些不尽人意的初步结果促使我们探索评估AB4潜力的其他方法。鉴于白头翁在中医临床中的明确疗效，我们转而研究AB4含量与白头翁药材质量的相关性，尤其是其在中医理论指导下与临床疗效的关联，以期揭示白头翁发挥清热解毒（即抗炎与免疫调节）功效的活性物质。

道地药材理论为本研究提供了关键启示。Xu等[31]通过本草考证，确定安徽滁州为白头翁的道地产区；Zhang等[32]经体内外活性筛选证实，滁州产白头翁中的皂苷成分对阿米巴痢疾具有更优疗效；对不同产地白头翁的质量考察亦显示，滁州产白头翁中AB4含量最高[33]。这些结果提示，AB4含量可能与白头翁药材质量及临床疗效相关。基于上述分析，Xu等[29]首次提出AB4是白头翁发挥清热解毒功效的关键活性成分，随后我们通过体内抗炎实验验证了这一假设。

首先，我们分析了AB4体外抗炎活性有限的可能原因：①母体化合物可能需要经过代谢活化；② AB4的作用机制可能较为新颖，无法通过经典的体外筛选模型检测；③种属差异性可能导致AB4在人体内药效更显著。因此，我们放弃体外活性评价，转而采用动物模型进一步评估AB4的抗炎与免疫调节作用。

Liu等[34]发现，白头翁中的三萜皂苷类成分的口服生物利用度较低。因此，在本研究开展前，AB4用于治疗结肠炎等炎症性疾病的体内研究鲜有报道。AB4结构中含有5个糖基单元，可导致其吸收过程复杂，原因如下：一是糖苷键在酸性条件下不稳定，易在胃液中降解[35]；二是肠道微生物可将AB4代谢或转化，进一步降低其在肠道中的含量[36]。传统中医因缺乏现代制剂技术，常依靠方剂配伍来增强口服疗效。上述因素促使本团队的许琼明对白头翁汤——中医治疗炎症性疾病的经典有效方剂——展开了深入分析。

白头翁汤源自张仲景《金匮要略》，由白头翁、黄连、黄柏和秦皮组成，临床主要用于治疗痢疾[37‒39]。方中黄连与黄柏所含的生物碱可通过多种途径提高AB4的稳定性与生物利用度：一方面与含羧基的毒性单糖链皂苷形成不溶性复合物，减少毒性物质释放；另一方面缓冲胃酸，减缓AB4降解，并抑制肠道微生物的代谢作用[40‒42]。秦皮则凭借其抗炎和抗菌特性，可延长AB4在肠道的滞留时间[43]。上述配伍方式实现了减毒增效，提高AB4的口服生物利用度，从而增强其对泌尿系统和妇科炎症的治疗效果[44]。

上述分析表明，提升AB4的生物利用度对增强其抗炎与免疫调节作用至关重要，其中注射给药可获得最高的血药峰浓度，并产生最显著的生物学效应[45]。然而，AB4作为三萜皂苷，注射给药存在明显安全风险，因此系统的安全性评价不可或缺。在完成体外细胞毒性与溶血毒性评价后，我们对小鼠以2.5 g·kg⁻¹的剂量连续腹腔注射高纯度（> 99.5%）AB4，持续14天，结果未观察到小鼠的异常反应，提示其注射给药安全性良好[7]。该结果为后续通过注射途径研究AB4的体内抗炎与免疫调节活性奠定了重要基础。

2014—2016年间，我们评估了AB4的体内治疗效果，结果显示其抗炎活性与地塞米松相当[6]。2016年10月，我们在江西中医药大学的中药固体制剂制造技术国家工程研究中心报道了上述研究成果。后续研究进一步证实，AB4对肾损伤具有保护作用，且通过注射给药可同时发挥抗炎与肾脏保护的活性[46‒48]。

总之，本研究在中医理论指导下，摒弃了传统的体外细胞筛选模型，采用注射给药途径，在多种体内炎症模型中直接评估AB4的疗效。本策略有效规避了AB4体外活性较弱以及现有文献报道的安全性问题，为中药及天然产物活性化合物的发现提供了新的研究范式与思路（图1）。

3 AB4治疗应用前景展望

抗炎与免疫调节类药物（尤其是生物制剂），可能引发非预期的全身免疫抑制，增加严重感染风险，甚至诱发恶性肿瘤。因此，越来越多的免疫系统疾病患者倾向于选择天然产物[49]。2024年全球草药市场规模预计在375亿~398亿美元之间，2024—2031年的复合年增长率为6.5% [50]。这一市场背景凸显了AB4的市场潜力，使其有望成为更安全的天然免疫调节剂。尽管AB4具有良好的成药性，但其临床转化仍面临诸多挑战：作用靶点尚不明确，难以精准确定临床适应症；注射给药途径存在局限，不仅影响患者依从性，还可能引发不良反应。针对这些问题，我们基于当前关于AB4调节炎症反应、免疫调节通路及优化给药途径的研究，总结了其在兽用及人类治疗领域的应用潜力（表1 [13,46‒48,51‒86]）。

3.1 AB4是一种具有前景的多功能兽用药物

奶牛乳腺炎（由乳腺内感染引起的乳腺炎症）是奶牛的常见疾病，牛群发病率通常为20%~60%。根据感染严重程度，主要分为亚临床型乳腺炎（SCM）和临床型乳腺炎（CM）。尽管乳腺内抗生素给药与辅助治疗已被广泛应用，但由于耐药性、复发率、用药监管限制等问题，乳腺炎的治疗仍面临挑战[87‒88]。

白头翁皂苷提取物注射液以AB4为主要活性成分，凭借其免疫调节、抗炎、抗菌等多重药理活性，通过肌内注射成为极具潜力的兽用注射剂。Su等[51]研究表明，该制剂对奶牛CM的12天内有效治愈率达100%，且无明显临床不良反应。此外，白头翁皂苷提取物注射液治疗SCM的效果优于双丁注射液，且对机体基础生理与代谢功能影响较小[52]。其治疗奶牛CM的初步机制包括：抑制脂质过氧化、降低炎症因子水平，最终促使乳糖酶恢复至正常水平[53‒54]。Shen等[13]发现，AB4可通过减轻炎症损伤、激活补体系统、抑制白细胞跨内皮迁移、促进牛奶纤维蛋白凝块降解等途径缓解奶牛炎症反应。另有研究表明，AB4主要通过调控脂质代谢减轻患乳腺炎奶牛的炎症反应。此外，在犬肺炎的临床治疗中，AB4冻干粉针可有效缓解发热与呼吸困难症状、缩短病程、改善肺部影像学表现、降低病理评分，并展现出良好治疗潜力。重要的是，接受AB4冻干粉针治疗的犬未出现严重不良反应[89]。上述研究为开发以AB4为主要活性成分的白头翁皂苷提取物注射液（用于奶牛乳腺炎）及AB4冻干粉针（用于犬肺炎）提供了科学依据。

AB4在治疗犊牛[55‒56]和仔猪 [57]腹泻方面兼具抗微生物活性（抗病毒/抗菌）和缓解症状（抗炎、肠道修复）的双重优势。白头翁皂苷提取物（AB4含量> 60%）可改善仔猪的精神状态、皮毛状况、脱水情况、食欲及肛周清洁度，同时有效治疗仔猪腹泻[57]。由三七皂苷和AB4组成的复方药物，能有效提高感染猪流行性腹泻病毒的仔猪特异性抗体效价、降低病毒载量、增强动物免疫功能与抗病能力[58]。此外，AB4可通过抑制NF-κB信号通路，减轻由产气荚膜梭菌诱导的产蛋母鸡的坏死性肠炎[59]。AB4注射液的应用提供了一种非抗生素替代方案，降低了耐药性和药物残留风险，拓展了AB4在禽类养殖中的临床应用。

Yang [60]发现，白头翁提取物（AB4和B5总含量> 80%）可用于制备免疫佐剂，以提高针对犬瘟热、犬细小病毒等病毒疫苗的效力。AB4可提高动物体内针对疫苗抗原的特异性抗体水平[如免疫球蛋白G（IgG）、IgG1、IgG2a等]，增强体液免疫应答。AB4有望成为一种替代铝盐佐剂的新型绿色兽用免疫增强剂。然而，其注册和应用仍需进一步的大规模临床试验数据支持。

3.2 AB4在人类疾病中的潜在治疗价值

3.2.1 自身免疫性疾病

IBD包括UC和克罗恩病（CD），是一种复杂的慢性免疫介导的结肠炎症，已成为日益严峻的全球性健康难题[90‒91]。IBD目前常用抗炎药与免疫抑制药进行治疗，但不良反应往往限制了其临床效用[92]。本实验室首次发现，AB4对乙酸、葡聚糖硫酸钠盐（DSS）或2,4,6-三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的炎症性肠病大鼠模型具有治疗作用[61‒62]。后续多个研究团队也相继报道，AB4对急性结肠炎[63‒64]和慢性结肠炎[65]均表现出显著的治疗效果。

IBD发病时，肠道黏膜屏障的氧气供需失衡导致炎症区域出现严重缺氧[93]。为应对该极度低氧环境，免疫细胞会进行代谢重编程，生成不同的代谢产物[94]，这些代谢产物进而调控免疫细胞，加剧炎症反应。因此，这种代谢通路的改变可放大炎症信号，如toll样受体4（TLR4）/NF-κB/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）及NOD样受体家族含pyrin结构域蛋白3（NLRP3）通路，从而加快肠道组织的炎症进程。目前研究已明确AB4调控的细胞靶点与分子通路包括丙酮酸羧化酶（PC）[66]、TLR4/NF-κB/MAPK [63,67]、糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）[72]、NIMA相关激酶7（NEK7）[73]以及NLRP3信号通路[64]。

为探究AB4的潜在作用机制，研究人员开展了蛋白质组学实验。在AB4治疗的TNBS诱导结肠炎大鼠中，三羧酸循环和呼吸电子传递链发生显著改变[67]。进一步分析表明，AB4通过调节S100钙结合蛋白A9（S100A9）/MAPK/NF-κB信号通路并调控中性粒细胞趋化因子来缓解结肠炎[67]。与本研究一致，Ma等[63]认为AB4可通过抑制TLR4/NF-κB/MAPK信号通路预防急性溃疡性结肠炎。此外，研究采用化学蛋白质组学方法，鉴定出PC为AB4的特异性靶点[66]。丙酮酸代谢在糖酵解和氧化磷酸化过程中起着关键作用[95]。这些结果表明，AB4特异性靶向PC，调节其酶活性，从而影响下游的丙酮酸代谢重编程，进而有效缓解结肠炎。值得注意的是，代谢改变不仅发生在从慢性炎症向肿瘤发展的过程中，也出现在结肠炎相关癌变（CAC）的后续阶段[96]。相关研究也证实了AB4可调控CAC小鼠的脂肪酸代谢重编程[68]。这些结果表明，AB4可调控免疫代谢靶点与炎症通路，将自身免疫病中的免疫功能紊乱与代谢异常相关联。AB4还可改善银屑病模型小鼠的银屑病样皮肤病变，改善皮肤损伤程度，同时降低巨噬细胞集落刺激因子（MCSF）、血管内皮生长因子（VEGF）、IL-6、IL-17水平。此外，AB4还能降低T细胞亚群（CD4+/CD8+）比例及血液中中性粒细胞与淋巴细胞的含量[69‒70]。以上结果表明，AB4的免疫调节作用在改善银屑病症状方面具有应用潜力。

完整的皮肤和黏膜屏障对于维持组织稳态至关重要，它能保护宿主组织免受感染、环境毒素、污染物和过敏原的侵害。当屏障受损后，免疫系统对失调的微生物群产生免疫应答，可能导致过敏性和自身免疫性疾病的发生[97]。AB4在调节肠道微生物群和缓解自身免疫性疾病方面已显示出良好效果。Han等[65]研究表明，AB4改变了DSS诱导的慢性复发性结肠炎小鼠的肠道微生物群组成。在属类水平上，与托法替尼不同，AB4逆转了DSS诱导的拟杆菌属和阿克曼氏菌属丰度的变化。值得注意的是，拟杆菌属已被证实能够介导慢性结肠炎[98]，而提高阿克曼氏菌属丰度的干预措施则能缓解小鼠结肠炎[99]。这些发现表明，AB4可能通过促进有益菌、抑制有害菌来维持肠道微生物平衡，从而避免炎症反应加剧，防止肠道化学屏障受损。事实上，Feng等[64]通过分析DSS诱导小鼠的上皮屏障完整性、炎症反应和微生物群稳态，进一步证实了AB4的抗结肠炎作用。线性判别分析（LEfSe）显示，AB4治疗可增加DSS诱导小鼠中益生菌嗜黏蛋白阿克曼氏菌的丰度。该益生菌不仅能维护肠上皮屏障和黏液层的完整性，还能通过调节T细胞成熟发挥抗炎作用[100]。该治疗逆转了肌球蛋白轻链激酶（MLCK）/磷酸化肌球蛋白轻链2（p-MLC2）轴激活，从而加强紧密连接并抑制NLRP3炎症小体活化，进而抑制炎症反应。AB4还可逆转自身免疫性脑脊髓炎（EAE）诱导的乳杆菌属丰度升高，从而调节中枢神经系统（CNS）炎症程度，降低EAE的临床疾病评分[71]。这些发现为AB4的多方面治疗潜力提供了有价值的见解，表明它是一种增强免疫反应、促进黏膜损伤修复以及调节肠道菌群，最终恢复免疫稳态的有前景的策略。相关通路的总体情况见图2。

值得注意的是，一种用于治疗溃疡性结肠炎的AB4栓剂即将进入I期临床试验，该制剂采用局部给药方式，以最大化治疗效果同时降低全身毒性。临床前数据支持其在缓解结肠炎、CAC及银屑病症状方面的安全性和有效性，这表明AB4是一种有前景的天然来源自身免疫性疾病治疗候选药物。

3.2.2 代谢性疾病

葡萄糖代谢与炎症反应之间存在复杂的相互作用，免疫代谢紊乱在代谢性疾病的发生发展中也发挥着重要作用。有趣的是，Guo等[72]发现AB4通过直接结合方式，降低GSK-3β活性，从而减轻NLRP3炎症小体介导的神经炎症，并缓解关节炎相关疼痛。与上述发现一致，Liang等[74]称AB4栓剂能显著抑制尿酸盐诱导的患有急性痛风性关节炎大鼠的关节肿胀，并显著降低甲醛诱导的疼痛模型小鼠的舔舐频率。Ni等[73]证实AB4通过直接靶向NEK7有效抑制NLRP3炎症小体活化，从而减轻急性痛风性关节炎的炎症反应和细胞焦亡。

GSK-3β是一种参与调控糖原代谢的酶。新型GSK-3β抑制剂为2型糖尿病的治疗提供了理想的治疗手段[101]。研究证实，AB4可通过促进葡萄糖转运蛋白4（GLUT4）基因转录，促进肌细胞对葡萄糖的利用，从而降低血糖水平[75]。此外，AB4对高脂诱导的纯合ApoE基因敲除小鼠的动脉粥样硬化具有治疗作用，其机制与减少巨噬细胞浸润、减轻炎症反应有关[76]。

综上所述，研究发现强调了AB4在调节代谢重编程中的作用，并凸显了其作为治疗急性痛风性关节炎、II型糖尿病和动脉粥样硬化的候选药物的潜力。相关通路的总体情况见图2。

3.2.3 抗感染性疾病

肺炎是一种累及终末气道、肺泡及肺间质的炎症性疾病，至今仍是导致死亡的主要原因之一[102]。由于抗菌药物的滥用以及抗病毒药物疗效的局限性，研发新型有效的肺炎治疗药物显得尤为迫切。

抑制TLR4/NF-κB、MAPKs/激活蛋白1（AP-1）及NLRP3通路诱导的炎症凋亡因子表达，对制定有效的肺炎治疗策略至关重要。近期研究表明，AB4通过阻断TLR4二聚化和抑制NLRP3炎症小体活化，在LPS和博来霉素诱导的急性肺损伤（ALI）小鼠[77]以及肺炎克雷伯菌和流感病毒诱导的肺炎小鼠[78]模型中展现出缓解肺部炎症的作用。

病毒通过抑制干扰素（IFN）应答、隐藏病原体相关分子模式（PAMPs）以及破坏先天免疫信号通路来逃避先天免疫[103]。近期研究强调了AB4在激活宿主细胞先天免疫反应以抵抗病原体入侵方面具有显著的药理活性。Kang等[79]发现，AB4在感染肠道病毒71型（EV71）小鼠模型中，通过激活先天免疫应答，表现出显著的抗病毒活性。该抗病毒作用与IFN-β应答增强有关，敲低IFN-β后该作用消失。进一步研究证实，这种增强的IFN应答由视黄酸诱导的基因I样受体通路介导，通过上调14-3-3蛋白，破坏yes相关蛋白（YAP）与干扰素调节因子3（IRF3）之间的相互作用。此外，AB4给药还能调节手足口病生物标志物IL-10和IFN-γ的表达，减轻EV71感染导致的并发症。Xiao等[80]的研究也证实，AB4通过增强先天免疫反应和调节RNA代谢，对感染严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）的人源ACE2-IRES-荧光素酶转基因小鼠表现出强效的抗病毒活性。有趣的是，AB4的广谱抗病毒机制涉及增强线粒体抗病毒信号蛋白（MAVS）的泛素化修饰（UFMylation），并抑制MAVS信号小体（先天免疫信号通路的关键调节因子）的溶酶体降解[81]。

免疫佐剂（免疫增强剂）主要用于增强机体抗肿瘤、抗感染应答，同时改善免疫缺陷。这类药物可增强机体特异性与非特异性免疫功能，恢复免疫应答，或在治疗中发挥佐剂效应，临床上主要用于免疫缺陷病的辅助治疗。然而，传统佐剂（如铝盐）存在明显局限，尤其是无法引发针对细胞内病原体的细胞应答，因此亟须研发新型替代佐剂[104]。Shen等[82]发现，AB4给药可激活小鼠Th1和Th2免疫应答，并提高CD4+/CD8+ T淋巴细胞比率，因此当与卵清蛋白（OVA）联用时，能增强获得性免疫应答。网络药理学分析预测了参与AB4免疫调节的5个枢纽基因，包括信号转导及转录激活因子3（STAT3）和TLR4，它们是Janus激酶（JAK）/STAT和TLRs信号通路的核心靶点[82]。STAT3介导的信号通路对于Th17细胞和记忆T细胞等免疫细胞的成熟和功能稳定至关重要，同时也促进B细胞向浆细胞的转化[105]。这些结果表明，AB4在免疫应答过程中能够增强T淋巴细胞和B淋巴细胞的活性，具备作为疫苗佐剂以提高整体免疫应答的潜力。AB4的作用机制及其涉及的相关通路见图3。

3.2.4 其他炎症性疾病

急性肾损伤（AKI）影响着60%的肝硬化住院患者，会提升此类患者的发病率和死亡率。现有治疗手段主要为支持性治疗，疗效有限，且无法逆转肾小管损伤。急性肾损伤的发病机制涉及局部缺血/毒素诱导的肾小管坏死、氧化应激和过度炎症反应，这些因素推动其向慢性肾病发展[106]。AB4已在急性肾损伤[47‒48,83]、糖尿病肾病[84]和慢性肾脏病[46]中显示出治疗潜力。过量氧自由基和活性氧（ROS）引起的氧化应激会加剧炎症，并可能触发TLR4/NF-κB/MAPK通路，进一步加重肾脏疾病[107]。AB4能有效降低患有糖尿病肾病大鼠的活性氧水平，提高谷胱甘肽和过氧化氢酶活性，并抑制MAPKs和NF-κB信号通路的激活[84]。同时，进一步研究表明，AB4通过减少巨噬细胞极化和降低ROS水平，从而减轻糖尿病肾病小鼠肾脏炎症和纤维化[85]。此外，已发现AB4能降低人支气管上皮细胞的活性氧水平，并通过MAPK/AP-1信号通路减轻炎症和抑制基底细胞增生，凸显了其治疗慢性阻塞性肺病（COPD）的巨大潜力[86]。

AB4因具有明显抗炎作用并具备良好的临床应用价值而备受瞩目。与传统甾体抗炎药地塞米松不同，AB4安全性更高，且不产生糖皮质激素治疗的相关不良反应。重要的是，AB4治疗不会引起代谢紊乱（高血糖/胰岛素抵抗）[75]、淋巴组织萎缩[6]或骨密度降低，而上述特征都是地塞米松疗法的典型局限性[108]。AB4给药途径的多样性（直肠、口服、注射）及其明确的药效学特征，使其成为治疗跨物种炎症性和感染性疾病的多功能候选药物。

3.3 AB4给药途径研究

AB4的治疗潜力受药代动力学难题限制，包括口服生物利用度低（仅0.08%）[109]、血浆清除速度快，其腹腔注射（i.p.）与静脉注射（i.v.）的半衰期（T1/2）分别为1.18 h和1.40 h [11]。与结构相似的三萜类化合物相比，AB4的首过效应（27%）低于23-羟基白桦酸（71%）和白头翁皂苷A3（37%），其分布容积也更小。由于AB4比上述三萜类化合物多出5个糖基单元，导致其膜通透性更差、被动扩散能力弱，从而进一步减小了分布容积，成药性面临较大挑战[110]。因此，全面评估多种给药策略，对于克服AB4的生物利用度限制、推动其临床转化至关重要。

与口服给药相比，注射给药可显著提高生物利用度，极具应用价值。静脉注射0.5 h后，AB4在肾脏中浓度最高，然后依次为肺、心脏、肝脏、胃、脾脏、脂肪、肠道、肌肉和脑[11]。结果提示，肾脏可能是评价AB4药理作用的潜在靶器官。与正常大鼠相比，结肠炎模型大鼠在多数检测时间点的肝脏、脾脏、肾脏、心脏和肺组织中AB4分布量均升高[111]，表明结肠炎状态下AB4的生物利用度有所提高。与之相符，通过注射给药，AB4对AKI [7,46‒47]和糖尿病肾病[84‒85]均有疗效。尽管肌肉注射AB4在兽医领域已展现出潜在应用价值[13]，但出于患者依从性与潜在安全性的考虑，注射途径限制了其在临床应用中的进展。对于人用药物开发，目前已探索了替代给药方式，如栓剂[74,112]和气管内给药[113‒114]。与传统口服给药相比，这两种方式均能显著提高AB4的生物利用度（表2 [11,74,81,109‒110,112‒115]）。

直肠栓剂的使用可部分规避肝脏首过代谢，并减少小肠和结肠微生物群的生物转化，从而提高AB4治疗溃疡性结肠炎的临床疗效。2016年12月，本研究团队制备了AB4肛门栓剂（每枚150 mg）。为评估AB4栓剂的安全性，本团队的许琼明在中医师指导下连续安全使用该栓剂30天（早晚各1枚）且未出现不良反应。这为AB4栓剂获得临床研究批准提供了实验依据。Ye等[115]比较了AB4生理盐水溶液、直肠栓剂与肠溶胶囊的药代动力学特征，发现与口服给药后约2 h的半衰期相比，直肠给药后AB4的半衰期延长至约7 h，凸显了该给药方式的潜在优势（表2）。

局部给药可将高浓度药物直接递送至病灶部位，从而更有效地缓解症状。目前已有研究探索AB4的吸入给药用于肺炎治疗和外敷给药用于银屑病治疗。值得注意的是，吸入给药可增强药物在肺组织中的滞留，从而提高肺部生物利用度，并在较长时间内维持有效药物浓度[113]。Li等[69]证实，在咪喹莫特诱导的银屑病小鼠模型中，AB4局部给药可有效减轻炎症、改善免疫相关指标。与口服给药相比，这些局部给药方式可使靶组织药物暴露量提高3~5倍（表2），从而效解决了AB4的药代动力学局限性，同时满足了特定疾病的解剖学需求。在临床前慢性复发性结肠炎模型中，AB4展现出与常规疗法（托法替尼）相当的疗效，且安全性更优，可有效避免脾脏肿大和淋巴细胞过度增殖等问题。然而，临床转化仍需通过疾病相关生物标志物研究和I期安全性试验进行进一步验证。总体而言，针对特定给药途径的优化策略已被证明能有效克服AB4的药代动力学难题，同时满足不同疾病适应症的治疗需求。

4 AB4结构修饰策略

AB4由5个糖基单元连接于一个三萜皂苷元构成，分子量为1221.38 Da，其跨细胞膜的方式为被动扩散[116]。根据Lipinski类药五规则，当分子量超过500 Da时，被动跨膜扩散效率会显著下降。因此AB4很难通过被动扩散穿过细胞膜，这也是其口服吸收差的原因。同时，多个糖单元使AB4含有过量的羟基，导致其极性高、水溶性极强（室温下溶解度> 150 mg·mL⁻¹）。细胞膜与线粒体内膜主要由磷脂双分子层构成，内部为疏水环境，而AB4的高极性使其与这类疏水环境的相容性差，进而不利于其与位于线粒体基质中的潜在靶点（如PC）发生相互作用[117]。此外，药代动力学研究表明，大鼠经静脉注射AB4后，药物被迅速清除，清除时间约为1.18~1.40 h [11]，半衰期较短（T1/2 = 1~1.5 h）[118]。这些局限性凸显了通过结构修饰增强AB4生物活性的必要性。口服给药时，AB4因吸收差而倾向于滞留在胃肠道中，从而与肠道微生物群长时间接触。这种相互作用导致AB4被微生物代谢，生成多种疏水性增强的去糖基化代谢产物。与AB4相比，这些去糖基化产物具有更好的吸收特性；该现象在三萜皂苷中普遍存在，如人参皂苷Rb1经肠道微生物去糖基化后产生的代谢产物化合物K（C-K），其药理活性显著增强[119‒120]。

为增强AB4的抗炎疗效，我们致力于通过结构修饰降低其分子量和水溶性。在Lipinski类药五规则的指导下，我们设计了结构修饰方案，旨在优化所得化合物的药代动力学特征[121]。这些分子优化的最终目标不仅是提高抗炎药效，还包括提升生物利用度，并在临床应用中实现靶向性更强的治疗效果。

4.1 化学方法制备衍生物

AB4的分子结构包含两条寡糖链：一条通过酯苷键连接于苷元的C-28位，由两个葡萄糖和一个鼠李糖组成；另一条通过醚苷键连接于苷元的C-3位，由一个阿拉伯糖和一个鼠李糖组成[122]。去除特定的糖单元是一种直接的结构修饰策略，旨在降低分子量和水溶性[123]。利用强碱选择性地水解C-28位的酯苷键，可移除AB4结构中的3个糖基单元，同时保留C-3位的糖链，从而得到衍生物白头翁皂苷A3。与AB4相比，白头翁皂苷A3的分子量和水溶性显著降低[124]。然而，体外与体内评估均显示白头翁皂苷A3缺乏显著的抗炎活性。为此，我们通过酯化反应与酰胺化反应进一步结构修饰，合成了28种衍生物。其中，A3-6 [125]和B4-39 [126]在鼠结肠炎模型中经灌胃给药后，表现出增强的抗炎效果、改善的药代动力学特性，且治疗IBD所需的口服剂量显著降低。初步构效关系研究表明，C-3位的糖链对活性至关重要，而C-28位的酰胺化则能在提高抗炎活性的同时改善药代动力学特性（图4）。通过水解C-28位糖链后修饰羧基，可成功获得活性增强、药代改善且分子量降低的衍生物。该策略成本低、产率高，已广泛应用于五环三萜皂苷的修饰。

2023年，Mei等[127]通过对白桦脂酸（BA）的羧基进行酰胺化，引入含氨基的小分子片段，合成一系列视黄酸受体相关孤儿受体γ（RORγ）拮抗剂。在这些衍生物中，化合物22表现出更高的RORγ结合亲和力和更强的抗肿瘤活性。类似地，Liu等[128]以3-O-β-马铃薯三糖桦木酸皂苷为先导化合物，在C-17位引入酰胺键，并优化了酰胺氮上侧链的长度与方向，以增强衍生物与靶标刺突蛋白的相互作用。所得衍生物S-10表现出强效且广谱的抗病毒活性，是进一步开发新型抗病毒药物的理想候选物。上述研究强调，羧基定向修饰（特别是用更稳定的酰胺键替换酯键并引入生物活性片段）可以显著增强衍生物的靶点亲和力、药理活性和理化性质。该策略为五环三萜皂苷的结构优化提供了广阔的发展空间。

4.2 以酶水解法制备衍生物

结构修饰可显著改变生物活性。例如，甘草酸经静脉注射后，其糖链会被迅速水解，转化为具有显著药理活性的甘草次酸[129]。同样，由人参皂苷Rg3水解得到的产物Rh2，其抗肿瘤活性也显著提高[130]。AB4同样遵循五环三萜皂苷典型的代谢途径，在体内生成多种去糖基化衍生物[115]。与AB4相比，这些去糖基化产物具有分子量更低、水溶性减小、理化性质更优的特点。

虽然已发现数种AB4的天然去糖基化衍生物，但其含量极低，这给提取和纯化带来了挑战。人体肠道微生物群虽能将AB4代谢为多种去糖基化衍生物，但这一生物过程不适用于大规模生产或富集。化学水解法（如酸性水解）常用于断裂三萜皂苷中的糖苷键，然而，该方法选择性差，产物复杂且难以控制[131]。相比之下，酶水解法具有更高的选择性，且通过优化酶的种类与反应条件，可实现对产物组成的有效控制 [132]。

AB4的3个主要糖基单元包括鼠李糖、葡萄糖和阿拉伯糖。通过对市售酶制剂进行系统筛选并优化酶组合，我们建立了一种高选择性的去糖基化策略，可高效制备AB4衍生物。以AB4为起始原料，开展一系列酶促修饰：①用鼠李糖苷酶选择性切除C-28位的鼠李糖，得到AB4-1；②鼠李糖苷酶和葡萄糖苷酶联用，依次切除C-28位的鼠李糖和葡萄糖，得到AB4-2；③用鼠李糖苷酶选择性切除C-3位的鼠李糖，得到AB4-3；④用鼠李糖苷酶切除C-3和C-28位的鼠李糖残基，得到AB4-4；⑤鼠李糖苷酶和葡萄糖苷酶联用，依次切除C-3和C-28位的鼠李糖和葡萄糖，得到AB4-5。通过优化酶组合和反应条件，AB4-5成为AB4最主要的去糖基化衍生物。AB4-5的有效口服剂量明显小于AB4 [133]（表3）。这项工作凸显了酶水解法在选择性修饰C-3位糖链方面的优势（图4）。通过对AB4进行精准的结构修饰，可获得生物利用度和药理活性显著提升的衍生物，为临床应用开辟了新的途径。

为进一步研究AB4及其衍生物的类药性，我们用ADMET lab 3.0在线平台评估其吸收、分布、代谢、排泄和毒性（ADMET）特性[134]。正如预期，AB4的大分子量和多糖单元使其具有优异的水溶性，但同时也削弱了其膜通透性、肠道吸收能力和口服生物利用度。相比之下，通过部分去糖基化得到的衍生物（A3-6、AB4-5和B4-39），其类药特性显著改善，包括分子量降低、水溶性下降以及肠道吸收增强。值得注意的是，A3-6 [125]和B4-39的口服生物利用度显著提高（表3）。同时，在鼠结肠炎模型中，A3-6、B4-39和AB4-5 [133]在较低口服剂量下即可发挥疗效（表3）。

系统化修饰赋予了AB4抗酯酶水解的能力，显著提高了其生物利用度和药理活性。这些进展成功地将AB4从一个受药代动力学限制的先导化合物，转化为更具临床价值的候选药物。总之，化学法与酶法修饰等策略表明，系统性结构优化可克服理化性质的局限，推动中药来源先导化合物的临床转化。

5 结论

天然产物是药物研发领域极为宝贵的资源。然而，受限于传统研究方法，新型活性化合物的发现效率仍然较低，这一瓶颈严重阻碍了新药研发的进程。本文将传统中医药理论与现代科学验证相结合，以AB4的治疗潜力为研究对象开展系统性探索，以此应对上述难题。首先，我们阐述了中药活性成分的发现历程，阐明其体外与体内模型中观察到的药效差异。随后，揭示了AB4的多靶点作用机制，包括作用于S100A9、三羧酸循环调控以及线粒体靶点丙酮酸羧化酶，这为其精准选择结肠炎及代谢性疾病等治疗适应证提供了指导。此外，通过化学衍生与生物转化相结合的策略，我们成功制备了一系列结构修饰衍生物，其抗炎活性与药代动力学特征均得到显著提升。尽管AB4衍生物在临床前研究中展现出广阔的发展空间，但仍存在若干问题亟待解决：①缺乏人体安全性与有效性数据；②制剂在稳定性、规模化生产方面仍存在挑战；③与线粒体靶点PC相互作用的机制尚未完全阐明。未来研究应优先推进临床转化，开展支持新药临床实验申请（IND）的相关研究与Ⅰ期临床试验，开发新型递送系统（如纳米脂质体递送），用结构生物学手段（冷冻透射电子显微镜、分子动力学）说明结合机制，并探索与现有IBD药物的联合治疗方案。通过针对性策略弥补这些不足，不仅能推动 AB4 衍生物迈向临床应用，还将为其他天然产物来源治疗药物的优化建立一个广泛适用的框架，从而搭建起传统药物发现与现代药物研发实践之间的桥梁。

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