基因芯片技術在中醫藥領域的應用現狀*

周亞濱，王 巖

（黑龍江中醫藥大學，哈爾濱 150040）

從基因概念的提出到人類基因組學計劃（HGP）的完成，半個世紀以來，有關基因的研究得到飛速發展。基因芯片技術是基因功能研究中最偉大的一項前沿生物技術，它融合了生命科學、化學、微電子學、計算機科學、統計學和生物信息學等諸多學科領域的成就，具有高通量、簡便、微縮、集約化、平行化等優點。中醫學的精髓為整體觀念和辨證論治理論，且中藥具有作用多靶點等優勢，這些優勢同時也阻礙中醫藥科研的發展，但是隨著基因芯片技術的日益成熟，可以在同一實驗條件下，一次性檢驗上萬個生物信息的改變，為中醫藥客觀化、定量化、標準化研究提供了便利。目前，基因芯片技術在中醫藥領域的應用主要有：中醫證候、中藥新藥研究包括中藥藥效及藥理學研究、中藥有效成分篩選研究、中藥毒副作用研究等方面。

1 中醫證候研究

幾千年來，中醫藥作為防治疾病的主要武器，為保障中國人民的健康起著不可忽視的作用。辨證論治為中醫學的主要特色之一，“論治”的前提是“辨證”，何為“證”呢？所謂“證”是指證候，是從若干復雜癥狀（包括脈象、舌苔等）中，經過分析、綜合、歸納而得出的證據[1]。根據不同的證，推斷出疾病的病因、病性、病位，再采用不同的方法進行治療，但是由于疾病的復雜性，同病異治、異病同治等使辨證論治具有很大的靈活性，很難將其客觀化、微觀化，阻礙了中醫學的發展。然而隨著基因芯片技術的日益成熟，運用大規模、高通量的基因芯片技術，對足夠數量的同一證型患者的基因表達進行定量分析，建立辨證要素的基因表達譜數據庫，再相互組合便可建立證型基因表達譜數據庫，以此可作為辨證的客觀規范化標準，因此基因芯片技術片為中醫的客觀化、微觀化研究提供了思路與方法，有望成為中醫現代化的有效手段[2]。

王明臣等用基因芯片技術檢測腎陽虛證骨關節炎患者及正常人的基因表達譜，篩選出與腎陽虛骨關節炎免疫相關的基因13條，腎陽虛骨關節炎患者與正常人相比表達下調4 條，上調 5 條[3]。

王米渠等[4]對寒證基因芯片的檢測數據提出了分析方法：1）縱向發展的聚類分析（個體用藥后的連續追蹤，進而研究家系寒證）。2）橫向互比的聚類分析（利用樹狀分層圖等分析有關證候的調查數據）。3）分證候的聚類分析（如肢冷單個證候的療效分析）。4）合寒證聚類分析（研究寒證證候變異主因素及其主效基因組之關系）。羅云堅等[5]用4張基因芯片探討脾氣虛證免疫相關基因組學機制，選擇脾氣虛證慢性胃炎和潰瘍性結腸炎病例及正常人各3例，分別采集其外周血，提取白細胞RNA行基因芯片檢測，結果慢性胃炎脾氣虛證和潰瘍性結腸炎脾氣虛證異常表達的免疫相關基因分別為68條和57條，兩者相同的差異表達基因為7條，主要是與免疫相關的基因。提示脾氣虛證發生有其免疫相關基因組學基礎，是細胞免疫、體液免疫以及非特異性免疫功能等方面發生功能紊亂。陳曉玲等[6]對一個典型的腎陽虛家系15個成員,以寡核苷酸雜交技術對其外周血單核細胞的差異表達譜分析研究,結果:1）典型腎陽虛證/正常對照組:上調基因100條,下調基因33條。2）腎陽虛證/正常對照組:上調基因148條,下調基因31條。3）典型腎陽虛證治療顯效者治療前/治療后:上調基因12條,下調基因47條。4）典型腎陽虛證/正常配偶:上調基因66條,下調基因44條。這些基因主要為:物質代謝、信號轉導、能量代謝和免疫調節等,初步反映出腎陽虛證患者惡寒喜暖、肢冷倦臥、面色淡白等宏觀證候在微觀基因表達的分子生物學基礎。

2 中藥新藥研究

2.1 中藥藥理學研究 由于中藥成分非常復雜，單純應用傳統的藥物研究方法，很難從整體上其對進行研究。通過基因芯片在同一實驗條件下，一次性檢驗上萬個生物信息的改變，為多靶點藥物作用機制的研究提供了有效的工具。

楊柳等[7]利用基因芯片技術分析杞菊地黃湯防治N-甲基-N亞硝酸脲（MNU）誘導大鼠視網膜變性的視網膜基因表達譜變化,結果表明,模型組/正常組和模型組/藥物組中分別有75個和118個差異表達基因,這些基因多與信號轉導、發育、免疫和防御、凋亡等生物過程有關,主要涉及到絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、Toll樣受體和凋亡信號通路。因此證明,杞菊地黃湯通過預防MNU促凋亡作用來發揮其抗視網膜損害的藥理學效應。黃建等[8]采用基因芯片檢測苦參堿處理后細胞基因表達改變情況。在22216個基因中,0.5 g/L苦參堿組表達上升或下調的基因占總基因數的8.01%,1.0 g/L苦參堿組占總數的10.04%,兩組表達均顯著增加的有98個基因,減少的有80個,主要與增殖、細胞周期、凋亡、信號轉導、轉錄調節、免疫調節、代謝等相關。陳立軍等[9]利用基因芯片檢測青蒿琥酯作用于K562細胞后的基因表達情況，分析數據顯示10條基因表達有差異,p 21、chk1表達上調,細胞周期素（cyclin）B1、cyclinE1、轉錄因子（E2F1）、DNA 2PK、端粒酶逆轉因子（hTERT）、bcl22、jnk、血管內皮生長因子（VEGF）表達下調，由此可見青蒿琥酯可以抑制K562細胞增殖,作用機制與改變細胞周期某些調控物質的基因表達、誘導K562細胞凋亡有關。趙建學等[10]利用基因芯片探討雙虎清肝顆粒對四氯化碳誘發大鼠肝損傷模型肝組織基因表達譜的影響。四氯化碳作用于大鼠后，與未皮下注射四氯化碳的大鼠比較，大鼠肝組織的鈣離子相關基因、細胞黏附、細胞連接和膠原形成的基因的表達均有上調的趨勢，雙虎清肝顆粒干預后C1、C2、C3、D組與B組比較,CY相關基因、蛋白質糖基化相關基因、脂代謝相關基因的表達均上調；雙虎清肝顆粒干預前后C1、C2、C3組間比較，干預前上調者干預后下調明顯，干預前下調者干預后上調明顯，且隨著雙虎清肝顆粒劑量的增加，基因表達的幅度也增加。

2.2 中藥有效成份篩選研究 國外學者對黃連的抗腫瘤增殖活性的有效部位進行了篩選,使用了含有12600個基因的DNAmicroarray而檢驗了黃連及8個組分的抗增殖效應,發現27個基因和黃連的ID50相關,其中黃連素是主要的抗增殖活性成分[11]。據報道，香港科技大學生物技術研究所利用基因芯片技術已篩選到知母的23種有效成分，如果再從cDNA表達文庫中得到的肽庫制作肽芯片，則可以從眾多的藥物成分中篩選到起作用的部分物質[12]。

2.3 中藥毒副作用研究 中藥主要是通過調節機體的整體功能，即通過對基因的表達調控而起作用的。利用基因表達譜芯片對比研究某種中藥或其提取物作用于動物前后特定細胞中相關功能基因表達mRNA水平的異常變化，可提示該中藥在研究劑量下是否有細胞毒性及產生毒性作用的機制[13]。毒理學研究的芯片稱作“Toxchip”或“Toxblot”，包含了可能受毒性物質影響的上千個基因，所涉及的基因包括凋亡、細胞周期調控、藥物轉化和代謝、DNA復制及修復、熱休克、氧化應激反應等相關基因，這些基因排列在載玻片大小的塑料或玻璃板上，從動物或暴露于藥物的培養組織中提取的相匹配遺傳物質與芯片上探針雜交，從而進行中藥的安全性評價[15]。Kiela 等[15]報道,在研究印度乳香（Boswellia serrata）的提取物時發現，給予高劑量該藥后不能改善腸炎的癥狀，在進行肝臟基因的表達譜分析時發現該藥高劑量組中與脂質代謝相關的大量基因表達失調，表明高劑量給藥時該藥具有肝毒性。

綜上所述基因芯片技術可廣泛應用于中醫證候的基礎研究、中藥藥理學、中藥有效成分篩選、中藥毒理學等研究領域，為基因組學與中醫藥學研究架起了一座橋梁，對于揭示中醫藥的深刻內涵，推動中醫藥走向世界具有重要的意義。同時基因芯片技術仍然存在費用高昂，技術復雜，特異性低等缺點，但相信隨著基因芯片制作及雜交條件的不斷升級，這些問題最終都會迎刃而解的，其在中醫藥領域的應用前景非常廣闊。

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