生物學理論和技術在中藥現代研究中的應用

摘 要:傳統中醫藥是祖國文化的瑰寶，也是世界醫藥的重要組成部分。中藥是攜帶著中醫傳統理論信息的載體，也是現代科技最易介入的物質實體，在生命科學、信息科學迅速發展的今天，利用先進科學技術，進行多學科合作，對中藥的藥理作用、作用機制、藥物安全性和配伍規律進行研究，使傳承與創新結合，將賦予中藥全新的科學內涵。

關鍵詞：中藥現代研究；中藥藥理；生物學理論和技術

中圖分類號：R2-03文獻標識碼：A文章編號：1673-2197（2007）09-034-03

隨著“人類基因組計劃（Human Genome Project，HGP）”等重大科學項目的實施完成，人類后基因組時代已經到來。生命科學研究的重心也隨之轉移到基因組的功能分析及其它組學上，包括研究RNA 轉錄過程的轉錄組學，研究某個過程中所有蛋白及其功能的蛋白組學，研究代謝產物的變化及代謝途徑的代謝組學。應用幾個組學的理論與技術，可使中藥的現代研究得以更加的深入。本文將從基因組學和蛋白質組學對中藥藥物靶位的發現和鑒別， 代謝物組學對中藥作用機理的闡明及中藥的安全性和藥效評價等方面進行中藥現代研究的探討，望廣大科研工作者指正。

1 基因芯片技術在中藥現代研究中的應用

基因芯片(DNA Chips)技術是20世紀90年代發展起來的一門由分子生物學、微電子學、物理學、化學、計算機科學等多學科交叉融合而成的高新技術，是一種大規模集成的固相雜交，其基本原理是核酸分子雜交，即依據DNA 雙鏈堿基互補配對、變性和復性的原理，以大量已知序列的寡核苷酸、cDNA或基因片段作探針，檢測樣品中哪些核酸序列互補，然后通過定性、定量分析得出待測樣品的基因序列及表達的信息。其突出的特點是集成化、微型化、自動化。

中藥尤其是中藥復方藥物具有活性多組分、作用多靶點、多途徑的特點，如何篩選出中藥有效成分，并進行中藥藥理毒理學研究是中藥研究的關鍵問題。中藥有效成分復雜，不同成分影響不同的基因表達，根據我們對中藥幾千年臨床應用的經驗，結合功能基因組學，應用基因芯片技術，分析中藥中各個組分的基因表達譜，可瞬時、快速地篩選中藥復方的有效成分。傳統藥理研究方法周期長、耗時多、產出少，中藥復方的內(組成成分)外(作用機制)復雜性更是中藥研究的難點。通過拆方研究中藥復方可能的作用機理，很難對復方有全面認識，因為復方是建立在對疾病的全方位判斷基礎上，復方治療疾病是對臟腑氣血功能協調性、內環境與外環境統一性、致病因素與抗病因素相互斗爭等多環節、多靶點的整合調節作用。利用基因芯片技術，將中藥復方作用下總的基因表達改變與每一個單味中藥作用后的基因表達變化相比較，可評估兩種以上單味中藥間的相互作用。而對于中藥復方中各組分作用不明確的，則可分別分析各個組分在作用前后的基因表達譜，利用計算機分析系統，首先試圖闡明各個組分的作用，再綜合考慮各個組分間的相互作用關系，繪制出中藥復雜成分間相互作用的圖譜，比較分析中藥的作用靶點，闡明中藥的毒副作用和致畸、致突變作用的分子機理。這些來自基因芯片的信息，反映的是中藥在基因水平的基本作用，對于我們進一步認識中藥的藥理作用和中藥復方的組方原理，促進中藥的藥理學與現代醫學的接軌都是非常有利的。

2 蛋白質組學對中藥現代研究的作用

蛋白質組學( Proteomics)主要研究生物體蛋白質的特性，包括蛋白質表達水平、氨基酸序列、翻譯后加工和蛋白質相互作用。在蛋白質水平上了解細胞或組織的各項功能、各種生理生化過程以及疾病的病理過程等。中藥對機體功能狀態的調整是直接或間接地通過干涉和影響基因—蛋白質過程中不同環節而實現的，其進入體內發揮作用的基本環節是藥物分子與生命分子之間的直接或間接的相互作用。中藥發揮作用必然會引起從遺傳信息到整體功能實現中的分子、細胞、器官以及整體多個層面的結構與功能狀態的改變，而決定這些層面的結構與功能的基礎是基因，其直接的決定因素主要是蛋白質。因此，蛋白質組學可研究病理過程中或中藥作用下，細胞、組織、器官等蛋白質的組成及變化，為中藥的作用機理、作用靶點和中成藥的開發提供了很好的技術平臺。

中藥成分復雜，不管是單味藥還是復方，都是一個復雜的化學成分庫，在發揮作用時各化學組分之間相互協同或者相互抑制，使得作用途徑的多樣化和作用結果的復雜化，給中藥的研究造成了巨大的困難。蛋白質組學能夠研究細胞瞬時蛋白質表達狀態，因而具有解碼中藥復方作用機理及靶點的潛力。利用功能蛋白質組學技術，分析經這些單味藥或復方藥處理過的組織、細胞或體液表達的蛋白質組，并比較治療前后蛋白質組的表達差異，鑒定其中發生相應變化的蛋白質， 比較中藥復方中不同藥物及其組合對蛋白質組的改變，建立中藥蛋白質圖譜。通過比較探索復方組方原則及其配伍規律與蛋白質圖譜變化的關系，可以從蛋白質組水平上揭示中藥的多環節、多靶點調整作用的機理，闡明中藥作用的物質基礎、藥物分子相互作用以及藥物與環境因子之間相互作用及內在的配伍規律。

中藥指紋圖譜是現今研究中藥乃至世界各國植物藥制劑的物質基礎和作用機制的一種新的模式或體系，然而現在人們更多的關注是中藥生物指紋圖譜，包括了中藥基因指紋圖譜和中藥蛋白質指紋圖譜，中藥蛋白質組學指紋圖譜，可在分子水平上豐富整個中藥指紋圖譜研究體系。現代中藥的研究，需要解決的關鍵問題，就是在分子水平上研究解決化學成分(物質基礎)、藥理作用、藥效活性的相關性等。我們通過蛋白質組學的技術和方法研究得到的蛋白質組學指紋圖譜就很有說服力。建立同時體現化學和分子生物藥效信息的蛋白質指紋圖譜，為中藥新藥的開發研究以及中藥現代化的發展，打下堅實的基礎。

3 代謝組學在中藥現代研究中的地位

生物體遺傳信息由基因經轉錄物向功能蛋白質傳遞基因功能，但基因與功能的關系還不能完全用轉錄物組、蛋白質組來表達生物體的全部功能。隨之出現了新的組學——代謝組學（Metabolomics），它是關于生物體系代謝物質種類、數量及其變化規律的科學，是研究生物整體、系統或器官的代謝物質及其與內在外在因素的相互作用。代謝組是反應機體狀況的分子集合，所有對生物機體影響的因素如：基因、環境、營養、藥物（外源物）和時間（年齡）均可反映在代謝物組中。代謝組學研究“代謝指紋圖譜”，不僅研究藥物本身的代謝變化， 而且主要是研究藥物引起的內源性代謝物的變化， 更直接反映體內生物化學過程和狀態的變化。因此，代謝組學對中藥的藥效、作用機制、毒性篩選、評價研究及臨床治療合理用藥等方面具有極其重要的地位。

生命體是個復雜多變的巨系統，從生物學角度看，疾病的發生是基因的調控網絡和蛋白質的網絡被“擾動”，這一被擾動網絡可通過其分泌到血液和尿液的內源性成分即代謝物組的改變而反映出來。成功的疾病治療必須使代謝網絡中的缺陷部分正常化， 同時又不得干擾其它維持健康所必須的代謝途徑的調控。藥物作用機制的研究就是研究藥物在這種調控作用中所起的作用和如何起作用。在中藥治療疾病過程中，中藥尤其是中藥復方進入人體后，起效的是中藥中的原形成分或代謝產物，或與機體作用形成的新成分，三者構成體內中藥成分的代謝物組，然后中藥代謝物組通過多靶點、多系統，協調干預人體內源性代謝物組來治療疾病。通過認識機體“代謝指紋圖譜”變化的原因， 闡明中藥作用的物質基礎、作用靶點或受體及作用機制。例如，有人根據受體學說， 在研究由勾藤等多味中藥組成的多動合劑的生物化學機制， 從代謝物組成分和含量的經時變化發現具有療效的生物標志物，認為藥物的整體作用產生的生物化學物質(神經遞質)是其藥效的基礎物質， 證明這種藥物的作用機制與DA 受體有關^[1]。

在中藥現代研究中，中藥安全性是很重要的方面。我國歷代中醫藥學家在實踐中對中藥的安全性就有深刻的認識，如《神農本草經》中，將中藥分為上品、中品和下品3 類。上品為有效且基本無毒性的藥物，中品為有效但有一定毒性的藥物，下品為有毒性藥物。又如《黃帝內經》根據中藥的毒性分為4 類，《神農本草經》提出使用藥物“應奏效為止，取效為度”的用藥原則，提示人們應該對中藥毒性重視，避免長期大量應用藥物。應用代謝組學技術可對中藥毒性進行科學的綜合評價研究，以現代標準認識中藥的毒性， 對于確保中藥的合理、安全、有效， 建立現代中藥的藥理毒理評價體系， 指導臨床，擬訂合理的臨床用藥方案、劑量和時間均有理論意義和實用價值。例如，從生物體液的1HNMR譜圖可以得到大量的代謝物數據， 能快速、有效地分析多條代謝通路，并由此確定毒性的靶器官， 推導出毒性的生化機理，確認損傷發生、發展和消失過程中的生物標記物^[2-3]。此項技術已被國外很多制藥企業及國家相關機構廣泛運用，對于中藥的安全性檢測也同樣具有非常重要的地位。

4 結語

基因組學、蛋白質組學和代謝組學等現代生物學理論和技術，為中藥的基礎和應用研究的前沿問題和關鍵科學問題提供了新的技術支撐。中藥的作用機制、物質基礎、臨床療效、重要地位，正在不斷的被國際社會認識和接受，這使中藥的發展充滿機遇。中藥現代化的發展一定要遵循自身的特點，而不能被現代醫學同化，要在傳統中醫基礎理論的指導下，尋找符合中藥自身發展的規律，才能做到可持續發展，否則勢必會抑制甚至阻礙中醫藥發展。在充分發揮傳統中藥良好臨床療效的基礎上，還應進一步挖掘中藥在微觀知識結構上的特點，綜合運用當代生物學、數學、化學、物理學和信息科學提供的新理論、新技術及新方法，揭示中藥發揮作用的科學內涵，使中藥更加科學化、現代化、標準化。

參考文獻：

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