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本综述聚焦植物药在食品补充剂、传统草药和药品中的应用，探讨其因自然来源复杂性等面临的监管难题与安全评估挑战，介绍代谢组学等新技术的应用潜力，呼吁完善监管框架、推动技术整合以保障公众健康。
引言
植物提取物因广泛生物活性，在传统医学中应用数百年，近年也用于食品补充剂生产。欧洲食品安全局（EFSA）指出，食品补充剂中的植物药源于植物、藻类、真菌和地衣，常宣称有健康益处。近年来，人们对替代医学和天然疗法兴趣渐增，新冠疫情期间更被激发，欧洲植物源补充剂市场需求扩大，2023 年市场价值 75 亿美元，预计到 2030 年复合年增长率（CAGR）为 5.2%。消费者认为 “天然” 比传统药物更安全，但植物药仍有不良反应风险。
植物药的监管 “灰色地带”
各国和经济区植物药监管框架高度分散。欧盟中，植物药及其制品在食品中的授权程序不集中，依赖成员国管辖，可作为食品补充剂或草药。食品补充剂受《通用食品法》（GFLR）监管，无需特定上市前安全评估；草药的医疗用途受 2004/24/EC 指令监管，需严格的质量、安全和 efficacy 协议。欧盟框架的主要政策文件见表 1。草药作为药物时，欧洲药品管理局（EMA）负责评估安全性和 efficacy。但食品补充剂用植物药缺乏统一的风险评估、表征和消费者信息程序，以及安全评估的协调指南。2014 年起，比利时、法国和意大利创建了食品补充剂允许使用植物的联合清单 “BelFrIt”，并纳入国家法规，可作为其他成员国参考，但无法律地位且不详尽。分类问题频发，如南非醉茄（Withania somnifera）在法国、丹麦、瑞典和芬兰被禁，凸显成员国批准植物清单的不一致。近年，越来越多作为食品补充剂的植物药根据《新食品法规》2015/2283/EU 在欧盟获得授权，依据包括在欧盟的使用历史、加工方法和生物活性成分浓度。监管框架分散，同一植物材料生产的产品可能作为食品补充剂或草药销售。从商业角度看，草药上市需大量时间和资金投入，而作为食品补充剂交易要求较低，对消费者更具吸引力，但植物药实际更为复杂。
植物药的多样性与复杂性：同一硬币的两面
进化过程中，植物产生多种植物专用代谢物（PSMs），有助于适应生态环境变化。PSMs 可在分类群间共享或为特定物种特有，表明酶进化主要源于适应环境变化和生态压力的需要，提供了广泛的化学多样性。PSMs 常被称为生物活性化合物，预期对生物产生生物学效应，其效应可能有益或有害，通常取决于剂量。植物化学多样性在人类发展中作用显著，是药物发现和传统民族药理学的基础。但这种化学多样性带来复杂效应，使植物药 “固有复杂”，对其使用和生物活性化合物摄入有重要影响。除环境因素导致的固有变异性外，生产过程也会显著影响最终植物化学成分，导致植物药产品非标准化， efficacy 和毒性测试不一致。尽管可能使用植物药参考物质进行表征，但市场上常难以获得，或难以从植物园收藏中获取。因此，植物药产品极易被掺假，用廉价和控制较少的植物材料替代高质量植物药。对于来自第三国的较不为人知的植物药，成分正确识别可能因 “翻译问题” 丢失，如 20 世纪 90 年代比利时 100 多名患者因 “广防己”（Aristolochia fangchi）与 “汉防己”（Stephania tetrandra）名称混淆，爆发马兜铃酸诱导的肾病，70% 以上发展为终末期肾病。
安全性和毒理学评估
如前所述，植物药质量和安全性评估的复杂因素在于其固有复杂性。了解变异性如何影响其毒性是确定质量和安全性的重要部分。消费者因植物药天然来源和草药或香料的历史使用，倾向于认为其 “安全”，但未考虑其可能含有有毒或有害物质。2009 年，EFSA 发布了评估植物基食品补充剂安全性的指南，评估必须考虑生产过程、污染物、历史使用和关键成分。此外，预期用途、ADME（吸收、分布、代谢、排泄）特征、营养效应、致敏性和人体研究数据对安全评估至关重要。尽管这种风险评估流程被广泛接受且稳健，但巨大的需求、巨大的经济利益以及公司持续创新的需要，扩大了潜在植物材料的范围，并推动了快速的商业周转。此外，全球贸易和电子商务渠道的态度为潜在欺诈铺平了道路。因此，如今风险评估比以往任何时候都更需要整合能够捕获大量信息的变革性方法，使其可用于未来的回顾性分析。在这种情况下，所谓的新方法（NAMs）可提供替代或补充方法，以指出植物药身份的潜在差异，优先进行动物测试，并确定潜在的关键毒理学终点。NAMs 被定义为评估危害和暴露的替代方法，包括但不限于高通量筛选和其他创新的体外试验、组学和计算建模策略，均符合动物测试的替代、减少和优化（3Rs）方法。NAMs 的主要类型包括先进的体外方法（如细胞培养、类器官和其他微生理系统）、离体方法（包括广泛的组学应用，也适用于完全体外研究）、计算机方法（如定量构效关系（QSAR）、基于生理的药代动力学（PBPK）模型、机器学习模型和人工智能）和化学方法（如使用非生物技术识别化学反应性的方法）。最近，EFSA 发布了将组学技术和相关生物信息学方法纳入风险评估过程的路线图。根据该文件，多组学方法允许结合多种生物数据类型（如基因组学、代谢组学、蛋白质组学），以更好地理解生物分子之间的复杂相互作用，提供有关毒性、化学物质和其他风险因素的不良反应的见解。然而，出于监管目的整合不同数据集面临重大挑战，主要是由于缺乏标准化。事实上，Sorokina 和 Steinbeck 指出，随着该领域兴趣的增加，出现了大量天然产物（NPs）库；正如预期的那样，许多这些库没有得到适当的管理或定期更新。NPs 数据库通常分散、维护不善且覆盖不全面。许多通用数据库对 NPs 数据的代表性不足或分类错误，提取物和馏分的生物活性信息明显缺乏。目前，可用于计算机毒理学风险评估的最全面和经过管理的 NPs 数据库，如 Mullowney 等人列出的，包括 LOTUS、COCONUT 或 NPAtlas。尽管组学方法尚未被监管机构批准用于风险评估过程，但一些作者已提议将现代代谢组学技术应用为探索植物代谢组的稳健框架，有助于药物发现、质量控制和植物药产品的认证。例如，代谢组学已被用于深入表征红曲米补充剂的化学特征，导致鉴定出大量与最著名（且唯一计量的）莫纳可林 K 具有生物活性的莫纳可林样化合物。组学工作流程可整合到生物通读中，用于推导群体毒性的活性效力因子，以及阐明生物作用模式，总体有助于定义不良结局途径和与健康相关的生物活性。然而，尽管技术进步迅速，数据和协议的协调仍是未解决的瓶颈。经济合作与发展组织（OECD）等多个国际机构目前正在努力确保组学数据的一致报告，以便监管机构和研究组织之间更好地共享、分析数据和决策。鉴于组学科学可能为决策者提供的益处，科学界必须采取行动，共同应对标准化挑战。使用复杂的天然混合物时，通常不知道哪些成分负责活性。分析其生物学效应有两种方法：要么作为具有许多成分的内聚混合物，这些成分共同作用影响其毒性或生物活性；要么作为基本无活性的基质，具有一些负责所观察到的任何效应的特定生物活性分子。植物基食品补充剂作为内聚混合物销售；因此，考虑特定活性化合物来评估其毒性或活性是没有意义的，例如，这可能更适合药品。此外，应考虑与其他药物的可能协同和拮抗作用，因为药物吸收和生物利用度可能改变，导致相互作用增强或减弱。因此，该方法可能影响整个安全评估的结果。通常，理想情况下，植物药产品风险评估的所有技术目标应指向对人类的正面和负面影响，尤其强调可能对健康构成威胁的因素。因此，生物活性成分的鉴定变得至关重要。与传统风险评估过程一致，植物药表征可通过多种分析方法获得。然而，由于植物化学多样性，“一刀切” 的方法并不总是可行的，这需要灵活性，同时仍需遵守一般风险评估原则。经典的生物测定引导分馏是鉴定植物混合物中活性成分的最常见方法。然而，植物药评估中需要考虑几个限制和挑战，如分馏过程中生物活性的潜在损失、避免重新鉴定已知化合物的困难，以及由于生物和非生物因素导致的植物成分的固有变异性。因此，先进代谢组学技术与生物信息学的应用允许 “去复制”，优先鉴定未知 PSMs 和结构解析。此外，代谢组网络的引入通过说明这些代谢物的数量和组成，提供了小分子的深入可视化。例如，Nothias 及其同事提出的综合方法将经典 BGF 与代谢组学和生物信息学管道合并，作为一种潜在解决方案。所谓的 “基于生物活性的分子网络” 通过提供详细的化学分析和将生物活性与特定化合物联系起来，增强了经典的生物测定引导分馏。它可以检测更广泛的化合物，包括低浓度的化合物，并减少传统方法中对更丰富成分的偏见。该技术为分析植物生物活性和加速鉴定过程提供了强大而有效的策略，尤其适用于复杂的植物混合物。最近，Annam 等人提供了一个概念证明，即整合基于 MS/MS 的分子网络分析，以加速复杂植物提取物中生物活性化合物的去复制，并通过整合计算建模深入研究作用模式。一旦分子结构已知并被鉴定，计算机风险评估可以通过计算模型预测化合物的 ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性），包括定量构效关系（QSAR）和基于生理的药代动力学（PBPK）建模。物理化学和药代动力学性质对植物药在人体中的药理学和毒理学效应有很大影响。计算机结果允许优先考虑并推动进一步的体外 / 体内测试，从而导致更有效和适合目的的安全评估。例如，预测的人体血浆浓度可能有助于选择体外毒性测试的条件，或显示较高吸收率的植物成分可在暴露评估中优先考虑。最近，Liu 等人收集了 13 种植物中 100 多种化合物的 PBTK 数据，为进一步的生物学研究提供了宝贵的支持。ADMET 和类药性预测数据可与分子对接合并，以更深入地了解生物学机制，如 Torunglu 等人对鼠尾草花提取物的表征。在这方面，对接和动态模拟的使用，尤其是与体外测试结合，是更好地解释作用模式、识别意外生物靶点和表征种间代谢变异性的不可或缺的工具。考虑到植物补充剂与药品的不受控制的联合使用，计算方法还可以提供对复杂的草药 - 药物相互作用的见解，如 Oyanna & Clarke 最近的综述。计算机方法的使用可以通过终点优先化来简化体外测试。此外，使用三维组织如球体或类器官可能提供更好的功能，并增加测试测定的生物复杂性，从而提供人类靶点特异性模型，而不是传统的动物模型。然而，NAMs 的真正潜力在于它们用于开发高通量筛选策略的整合。Roe 等人在鉴定潜在肝毒性植物药和阐明毒性机制方面，Kanungo 等人在神经毒性评估方面，Witt 等人在遗传毒性评估方面提供了非常有效的例子。更不用说，人工智能驱动的模型可以整合到策略中，以阐明植物化学多样性，并推动对天然产物和植物资源的研究。
结论与展望
在欧盟，植物基产品占据独特的监管空间，尽管在其原产国被归类为草药，但通常被归类为食品补充剂。当植物药作为食品补充剂销售时，它们不需要满足草药必须满足的相同严格的安全和 efficacy 标准。自 20 世纪 90 年代以来，情况发生了显著变化，营销和社交媒体在塑造消费者选择方面发挥了关键作用，市场大规模持续扩张。因此，当时安全的产品今天可能不安全，尤其是考虑到在线食品补充剂的可及性为消费者带来了大量产品，通常没有足够的监管监督。虽然这些补充剂旨在补充饮食，但许多人使用 —— 甚至滥用 —— 它们来治疗或预防疾病。这引发了关于食品和药物之间的界限的重要问题，在植物补充剂的背景下，由于植物和原材料的自然复杂性、复杂的立法及其销售，这一界限变得越来越模糊。鉴于这些挑战，有必要重新评估植物药作为单纯食品补充剂的作用。一条潜在途径可能涉及将某些产品重新分类为非处方药。尽管动物研究由于其更高的监管接受度仍然受到行业的青睐，但现在是时候通过支持将基于 NAMs 的策略整合到风险评估中，并推动全球开放数据收集和共享，来促进监管框架的真正转变。最后，虽然药物有药物警戒，但实施适当的宣传活动将有助于确保消费者安全，同时保持市场的透明度和问责制。采用基于尖端方法的稳健流程将有助于提高植物药产品的安全性，同时减少商业运营商将其推向市场的时间和成本。这将有助于阐明其生物活性，从而为其有效使用提供科学证据。然而，无论我们在创建最稳健的监管框架上付出多少努力，植物药的安全性最终将取决于消费者在持续的信息疫情中如何使用它们。人类行为的复杂性和不可预测性，本身是否可被视为一种新兴风险？
资助
这项工作是根据意大利大学和研究部的国家复苏和韧性计划（NRRP），任务 4 组成部分 2 投资 1.3 - 2022 年 3 月 15 日招标号 341 资助的，由欧盟下一代欧盟资助。奖励编号：项目代码 PE0000003，意大利大学和研究部于 2022 年 10 月 11 日通过的特许令第 1550 号，CUP D93C22000890001，项目标题 “食品和营养可持续性、安全性和保障性研究和创新网络 - 从事食品研究”（ONFOODS）。H.G. 的博士职位由意大利大学和研究部的国家复苏和韧性计划（NRRP），任务 4 组成部分 1 资助，由欧盟下一代欧盟资助，根据投资 3.4 和 4.1 - 2023 年 3 月 2 日招标号 118。D.R. 的博士职位由意大利大学和研究部的国家复苏和韧性计划（NRRP），任务 4 组成部分 1 资助，由欧盟下一代欧盟资助，根据投资 3.3 - 2023 年 3 月 2 日招标号 117。
CRediT 作者贡献声明
Hilva Gjoni：调查、数据管理、撰写原始草案、撰写 - 评审和编辑。Davide Rovelli：调查、数据管理、撰写原始草案、撰写 - 评审和编辑。Chiara Dall’Asta：监督、撰写 - 评审和编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文所报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
