任务0.1 天然药物化学研究的目的与意义
0.1.1 促进天然药物的开发和利用
（1）扩大药源，寻找替代品
天然药物来源于天然产物的提取和分离，而天然产物往往会受到土壤、气候、生长环境等多种因素制约，直接影响到天然药物的开发和推广。通过天然药物化学成分的研究，可以确定其有效成分的结构、理化性质和鉴别方法，可以从近缘关系的科属植物或者其他植物中寻找替代品，从而扩大药源。例如小檗碱（berberine）最初从毛茛科黄连中提取，后来从小檗科、芸香科、防己科等植物中分离得到，目前小檗碱提取物主要来自小檗科的三颗针和芸香科的黄柏，而不是黄连。具有抗癌活性的石蒜碱（galanthidine）、伪石蒜碱（pseudolycorine）及抗胆碱酯酶药加兰他敏（galanthamine）最初从石蒜科石蒜属几种植物的鳞茎中提取，后来发现水仙属水仙中也含有此成分，后者成为新的原料来源。
（2）结构改造或合成，降低毒副作用并提高疗效
古柯叶中有效成分古柯碱（erythroxyline）具有很强的局部麻醉作用，但毒性大，容易成瘾。后来经过结构改造，合成了普鲁卡因（procaine），其结构比古柯碱简单，毒性远低于古柯碱，成为目前临床广泛使用的麻醉药。山油柑碱（acronine）来源于瑞香科植物山油柑或包瑞山油柑等植物，对目前临床使用的化疗药物不敏感的髓性白血病C-1498、浆细胞骨髓瘤X-5563等多种肿瘤均有抑制作用，但溶解性差，采用胶囊给药后，药效不稳定。后来将其做成乙酰山油柑碱过氯酸盐，溶解度增加100倍，药效也比原来稳定很多。由秋水仙碱（colchicine）结构改造得到的秋水仙酰胺，抗癌效果不变，但毒性仅为原来的1/10～1/20。
（3）制备制药原料和中间体，开发新药
从天然药物中提取制备制药的原料和中间体，可以缩短生产周期，降低生产成本。例如从薯蓣科多种植物中提取的薯蓣皂苷类成分是合成甾体类药物的原料。
从天然药物中筛选生物活性成分和先导物用于研制新药是世界各国新药研究中公认的有效途径之一，已经取得许多重大成果。
从天然药物中筛选具有生物活性的成分是国内外新药研发的重要途径之一。有些有效成分由于生物活性不太强，或者毒副作用较大，或者结构复杂，或者药用资源太少等因素，不能直接开发成新药，可以通过结构改造、化学合成等方法来完成。例如，抗癌活性显著的紫杉醇（paclitaxel），最初发现存在于美国太平洋西北沿岸的红豆杉树皮中，但是生长得十分缓慢，数量有限且其中有效成分的含量非常低，治疗一个病人需要6棵百年树龄的红豆杉，且美国严禁砍伐。后来在我国云南发现了具有同样药用价值的中国红豆杉，由于保护不力，滥砍盗伐严重，几乎造成原始红豆杉林灭绝。现在紫杉醇以及它的抗癌同源衍生物可以通过其前体进行化学半合成制得。
0.1.2 控制天然药物及其制剂的质量
（1）天然药物及其制剂的质量控制
天然药物特别是植物药，其质量受到品种、产地、栽培条件、采收、贮藏、加工等因素影响，所含有效成分含量差异很大，例如甘肃产的当归和云南产的当归，山西产的黄花蒿和广西产的黄花蒿等。即使同一品种，采收季节、采收时期不同，含量也不同，例如麻黄中的麻黄碱（ephedrine）在春季含量较低，8～9月含量最高，随后又逐渐降低；曼陀罗中的莨菪碱（hyoscyamine），清晨叶片中含量最高，傍晚根中含量最高。因此，只有对天然药物中有效成分进行有效控制，才能确保药物的有效性。如果能确定其有效成分，则应以其有效成分为指标，建立定性鉴别和含量测定的方法，以此来控制质量；如果其有效成分还不清楚，可以采用该主要化学成分或标志性化学成分为指标进行。
天然药物制剂中，除了可以控制有效成分外，如果有效成分含量过低，还可以控制有效部位，例如总皂苷、总生物碱等。
由于天然药物成分复杂，单一的指标难以全面控制其质量，近些年，我国逐步采用指纹图谱来控制天然药物和制剂的质量。常用的有红外指纹图谱、高效液相指纹图谱、气相指纹图谱等。制剂中注射剂首先采用了气相指纹图谱技术来控制质量。
（2）天然药物制剂过程质量监控
天然药物制剂过程中采取的提取、分离、浓缩、干燥、灭菌等步骤都和其化学成分的理化性质密切相关。只有在原料药的化学成分性质清楚的情况下，才能有针对性地进行制剂工艺、剂型的设计，参数的优化。
0.1.3 探索天然药物预防、治疗疾病的机理
（1）揭示天然药物的药物代谢及疗效作用机理
通过采用科技手段对天然药物有效成分在人体内进行吸收、分布、代谢等过程进行追踪，可以揭示其药效学机理。如芍药中主要有效成分为芍药苷（paeoniflorin），具有镇痛、镇静、解痉等作用，经人肠道厌氧型细菌代谢，产生芍药苷代谢素（paeonimetabolin）-Ⅰ以及微量的芍药苷代谢素-Ⅱ和芍药苷代谢素-Ⅲ等。现代药理学试验表明主要发挥生物学效应的为芍药苷代谢素-Ⅰ。研究证明含有白芍的药物，如芍药甘草汤、四物汤以及单品芍药苷等，经口服给药后，发挥疗效的主要活性成分均为芍药苷代谢素-Ⅰ。
传统中药人参，药理学研究已经证明其主要有效成分人参皂苷（ginsenoside）具有增强免疫力、延缓衰老、抗肿瘤等多种生物活性。但早期的研究表明人参皂苷等在体内的生物利用度非常低，和其药效作用不相符。后来研究证明：原人参三醇型皂苷经过肠道代谢降解为M8和M11，后又代谢为M4，原人参二醇型皂苷先代谢为M1，后转化成M12，这些代谢产物能够进入血液中发挥生物活性。从而证实了人参的药理作用机理。
（2）探索中药防病治疗疾病的原理、阐明中药的药效物质基础及复方配伍机理
近些年关于中医药的争议不断，焦点就是中医药是如何治疗疾病的。如何用现代科学手段来阐述中医药治病救人的机理，是关系到中医药存亡的关键所在。通过对中药进行有效成分的研究，不仅可以阐明中药产生功效的究竟为何物，也为探索中药防治疾病的原理提供了前提和物质基础。
①迄今为止一些常用中药的药效物质基础已经基本阐明。中医认为麻黄具有发汗解表、宣肺平喘、利水消肿的功效。现代研究表明，其发汗散寒的有效成分是挥发油成分α-松油醇（α-terpineol），其平喘的有效成分是麻黄碱（ephedrine）和去甲麻黄碱（norpseudoephedrine），其利水的有效成分则是伪麻黄碱（pseudoephedrine）。车前子具有利水通淋、渗湿止泻、清肝明目、清热化痰的功效，现代研究发现，其主要有效成分是类叶升麻苷（acteoside），它具有血管紧张素酶抑制活性和利尿作用。
②对于中药的化学成分与中药药性之间的关系的探讨。研究发现，温热药附子、吴茱萸、细辛、丁香等都含有消旋去甲乌药碱，此成分为β-受体激动剂，具有加强心肌收缩力，加快心率，促进脂肪、糖代谢等一系列作用，这些作用与热性药的药性基本一致，故推测去甲乌药碱可能是“热性”中药的物质基础。
③复方配伍是中医用药的特点之一。中药配伍中可能存在着一种中药有效成分与它种中药有效成分在药理作用方面的相互作用，也可能存在着一种中药有效成分与它种中药有效成分之间产生物理的或化学的相互作用。一般来说，后者常发生在中药方剂的煎煮或其他剂型制备过程中，从而使方剂中的有效成分无论在质的方面还是在量的方面都与单味药有所改变。
生脉散为中医古典精方，古代医家用于抢救热伤元气、脉微欲绝等危重病人。经研究，其三味药单用均不如复方。以红参-麦冬-五味子（1∶3∶1.5）水煎，发现生成一种新物质，经结构测定为5-羟甲基糠醛（5-HMF），该物质在三味药中只有五味子少量含有，药效试验表明5-HMF具有抗心肌缺血作用，可代表生脉散的疗效。
甘草与甘遂属于中药“十八反”之一。现代研究表明，煎煮过程中，甘草的有效成分甘草皂苷（glycyrrhizin）能够增加甘遂毒性成分的溶出，使其毒性增加。人参白虎汤中人参或知母单用都可降低血糖，而两者同用降糖作用不如单用，但与无降糖作用的石膏配伍反而能增强降糖作用。
目前，尚有许多复方配伍机理未能说明，还需要进一步深入研究。