生物學(xué)理論和技術(shù)在中藥現(xiàn)代研究中的應(yīng)用

摘 要:傳統(tǒng)中醫(yī)藥是祖國文化的瑰寶，也是世界醫(yī)藥的重要組成部分。中藥是攜帶著中醫(yī)傳統(tǒng)理論信息的載體，也是現(xiàn)代科技最易介入的物質(zhì)實(shí)體，在生命科學(xué)、信息科學(xué)迅速發(fā)展的今天，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，進(jìn)行多學(xué)科合作，對中藥的藥理作用、作用機(jī)制、藥物安全性和配伍規(guī)律進(jìn)行研究，使傳承與創(chuàng)新結(jié)合，將賦予中藥全新的科學(xué)內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：中藥現(xiàn)代研究；中藥藥理；生物學(xué)理論和技術(shù)

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

隨著“人類基因組計(jì)劃（Human Genome Project，HGP）”等重大科學(xué)項(xiàng)目的實(shí)施完成，人類后基因組時(shí)代已經(jīng)到來。生命科學(xué)研究的重心也隨之轉(zhuǎn)移到基因組的功能分析及其它組學(xué)上，包括研究RNA 轉(zhuǎn)錄過程的轉(zhuǎn)錄組學(xué)，研究某個(gè)過程中所有蛋白及其功能的蛋白組學(xué)，研究代謝產(chǎn)物的變化及代謝途徑的代謝組學(xué)。應(yīng)用幾個(gè)組學(xué)的理論與技術(shù)，可使中藥的現(xiàn)代研究得以更加的深入。本文將從基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)對中藥藥物靶位的發(fā)現(xiàn)和鑒別， 代謝物組學(xué)對中藥作用機(jī)理的闡明及中藥的安全性和藥效評價(jià)等方面進(jìn)行中藥現(xiàn)代研究的探討，望廣大科研工作者指正。

1 基因芯片技術(shù)在中藥現(xiàn)代研究中的應(yīng)用

基因芯片(DNA Chips)技術(shù)是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一門由分子生物學(xué)、微電子學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科交叉融合而成的高新技術(shù)，是一種大規(guī)模集成的固相雜交，其基本原理是核酸分子雜交，即依據(jù)DNA 雙鏈堿基互補(bǔ)配對、變性和復(fù)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(bǔ)，然后通過定性、定量分析得出待測樣品的基因序列及表達(dá)的信息。其突出的特點(diǎn)是集成化、微型化、自動化。

中藥尤其是中藥復(fù)方藥物具有活性多組分、作用多靶點(diǎn)、多途徑的特點(diǎn)，如何篩選出中藥有效成分，并進(jìn)行中藥藥理毒理學(xué)研究是中藥研究的關(guān)鍵問題。中藥有效成分復(fù)雜，不同成分影響不同的基因表達(dá)，根據(jù)我們對中藥幾千年臨床應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合功能基因組學(xué)，應(yīng)用基因芯片技術(shù)，分析中藥中各個(gè)組分的基因表達(dá)譜，可瞬時(shí)、快速地篩選中藥復(fù)方的有效成分。傳統(tǒng)藥理研究方法周期長、耗時(shí)多、產(chǎn)出少，中藥復(fù)方的內(nèi)(組成成分)外(作用機(jī)制)復(fù)雜性更是中藥研究的難點(diǎn)。通過拆方研究中藥復(fù)方可能的作用機(jī)理，很難對復(fù)方有全面認(rèn)識，因?yàn)閺?fù)方是建立在對疾病的全方位判斷基礎(chǔ)上，復(fù)方治療疾病是對臟腑氣血功能協(xié)調(diào)性、內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境統(tǒng)一性、致病因素與抗病因素相互斗爭等多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)的整合調(diào)節(jié)作用。利用基因芯片技術(shù)，將中藥復(fù)方作用下總的基因表達(dá)改變與每一個(gè)單味中藥作用后的基因表達(dá)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(fù)方中各組分作用不明確的，則可分別分析各個(gè)組分在作用前后的基因表達(dá)譜，利用計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)，首先試圖闡明各個(gè)組分的作用，再綜合考慮各個(gè)組分間的相互作用關(guān)系，繪制出中藥復(fù)雜成分間相互作用的圖譜，比較分析中藥的作用靶點(diǎn)，闡明中藥的毒副作用和致畸、致突變作用的分子機(jī)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(jìn)一步認(rèn)識中藥的藥理作用和中藥復(fù)方的組方原理，促進(jìn)中藥的藥理學(xué)與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的接軌都是非常有利的。

2 蛋白質(zhì)組學(xué)對中藥現(xiàn)代研究的作用

蛋白質(zhì)組學(xué)( Proteomics)主要研究生物體蛋白質(zhì)的特性，包括蛋白質(zhì)表達(dá)水平、氨基酸序列、翻譯后加工和蛋白質(zhì)相互作用。在蛋白質(zhì)水平上了解細(xì)胞或組織的各項(xiàng)功能、各種生理生化過程以及疾病的病理過程等。中藥對機(jī)體功能狀態(tài)的調(diào)整是直接或間接地通過干涉和影響基因—蛋白質(zhì)過程中不同環(huán)節(jié)而實(shí)現(xiàn)的，其進(jìn)入體內(nèi)發(fā)揮作用的基本環(huán)節(jié)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(fā)揮作用必然會引起從遺傳信息到整體功能實(shí)現(xiàn)中的分子、細(xì)胞、器官以及整體多個(gè)層面的結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)的改變，而決定這些層面的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)是基因，其直接的決定因素主要是蛋白質(zhì)。因此，蛋白質(zhì)組學(xué)可研究病理過程中或中藥作用下，細(xì)胞、組織、器官等蛋白質(zhì)的組成及變化，為中藥的作用機(jī)理、作用靶點(diǎn)和中成藥的開發(fā)提供了很好的技術(shù)平臺。

中藥成分復(fù)雜，不管是單味藥還是復(fù)方，都是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)成分庫，在發(fā)揮作用時(shí)各化學(xué)組分之間相互協(xié)同或者相互抑制，使得作用途徑的多樣化和作用結(jié)果的復(fù)雜化，給中藥的研究造成了巨大的困難。蛋白質(zhì)組學(xué)能夠研究細(xì)胞瞬時(shí)蛋白質(zhì)表達(dá)狀態(tài)，因而具有解碼中藥復(fù)方作用機(jī)理及靶點(diǎn)的潛力。利用功能蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，分析經(jīng)這些單味藥或復(fù)方藥處理過的組織、細(xì)胞或體液表達(dá)的蛋白質(zhì)組，并比較治療前后蛋白質(zhì)組的表達(dá)差異，鑒定其中發(fā)生相應(yīng)變化的蛋白質(zhì)， 比較中藥復(fù)方中不同藥物及其組合對蛋白質(zhì)組的改變，建立中藥蛋白質(zhì)圖譜。通過比較探索復(fù)方組方原則及其配伍規(guī)律與蛋白質(zhì)圖譜變化的關(guān)系，可以從蛋白質(zhì)組水平上揭示中藥的多環(huán)節(jié)、多靶點(diǎn)調(diào)整作用的機(jī)理，闡明中藥作用的物質(zhì)基礎(chǔ)、藥物分子相互作用以及藥物與環(huán)境因子之間相互作用及內(nèi)在的配伍規(guī)律。

中藥指紋圖譜是現(xiàn)今研究中藥乃至世界各國植物藥制劑的物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制的一種新的模式或體系，然而現(xiàn)在人們更多的關(guān)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(zhì)指紋圖譜，中藥蛋白質(zhì)組學(xué)指紋圖譜，可在分子水平上豐富整個(gè)中藥指紋圖譜研究體系。現(xiàn)代中藥的研究，需要解決的關(guān)鍵問題，就是在分子水平上研究解決化學(xué)成分(物質(zhì)基礎(chǔ))、藥理作用、藥效活性的相關(guān)性等。我們通過蛋白質(zhì)組學(xué)的技術(shù)和方法研究得到的蛋白質(zhì)組學(xué)指紋圖譜就很有說服力。建立同時(shí)體現(xiàn)化學(xué)和分子生物藥效信息的蛋白質(zhì)指紋圖譜，為中藥新藥的開發(fā)研究以及中藥現(xiàn)代化的發(fā)展，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 代謝組學(xué)在中藥現(xiàn)代研究中的地位

生物體遺傳信息由基因經(jīng)轉(zhuǎn)錄物向功能蛋白質(zhì)傳遞基因功能，但基因與功能的關(guān)系還不能完全用轉(zhuǎn)錄物組、蛋白質(zhì)組來表達(dá)生物體的全部功能。隨之出現(xiàn)了新的組學(xué)——代謝組學(xué)（Metabolomics），它是關(guān)于生物體系代謝物質(zhì)種類、數(shù)量及其變化規(guī)律的科學(xué)，是研究生物整體、系統(tǒng)或器官的代謝物質(zhì)及其與內(nèi)在外在因素的相互作用。代謝組是反應(yīng)機(jī)體狀況的分子集合，所有對生物機(jī)體影響的因素如：基因、環(huán)境、營養(yǎng)、藥物（外源物）和時(shí)間（年齡）均可反映在代謝物組中。代謝組學(xué)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(nèi)源性代謝物的變化， 更直接反映體內(nèi)生物化學(xué)過程和狀態(tài)的變化。因此，代謝組學(xué)對中藥的藥效、作用機(jī)制、毒性篩選、評價(jià)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(gè)復(fù)雜多變的巨系統(tǒng)，從生物學(xué)角度看，疾病的發(fā)生是基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)和蛋白質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)被“擾動”，這一被擾動網(wǎng)絡(luò)可通過其分泌到血液和尿液的內(nèi)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(wǎng)絡(luò)中的缺陷部分正常化， 同時(shí)又不得干擾其它維持健康所必須的代謝途徑的調(diào)控。藥物作用機(jī)制的研究就是研究藥物在這種調(diào)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(fù)方進(jìn)入人體后，起效的是中藥中的原形成分或代謝產(chǎn)物，或與機(jī)體作用形成的新成分，三者構(gòu)成體內(nèi)中藥成分的代謝物組，然后中藥代謝物組通過多靶點(diǎn)、多系統(tǒng)，協(xié)調(diào)干預(yù)人體內(nèi)源性代謝物組來治療疾病。通過認(rèn)識機(jī)體“代謝指紋圖譜”變化的原因， 闡明中藥作用的物質(zhì)基礎(chǔ)、作用靶點(diǎn)或受體及作用機(jī)制。例如，有人根據(jù)受體學(xué)說， 在研究由勾藤等多味中藥組成的多動合劑的生物化學(xué)機(jī)制， 從代謝物組成分和含量的經(jīng)時(shí)變化發(fā)現(xiàn)具有療效的生物標(biāo)志物，認(rèn)為藥物的整體作用產(chǎn)生的生物化學(xué)物質(zhì)(神經(jīng)遞質(zhì))是其藥效的基礎(chǔ)物質(zhì)， 證明這種藥物的作用機(jī)制與DA 受體有關(guān)^[1]。

在中藥現(xiàn)代研究中，中藥安全性是很重要的方面。我國歷代中醫(yī)藥學(xué)家在實(shí)踐中對中藥的安全性就有深刻的認(rèn)識，如《神農(nóng)本草經(jīng)》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(nèi)經(jīng)》根據(jù)中藥的毒性分為4 類，《神農(nóng)本草經(jīng)》提出使用藥物“應(yīng)奏效為止，取效為度”的用藥原則，提示人們應(yīng)該對中藥毒性重視，避免長期大量應(yīng)用藥物。應(yīng)用代謝組學(xué)技術(shù)可對中藥毒性進(jìn)行科學(xué)的綜合評價(jià)研究，以現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)識中藥的毒性， 對于確保中藥的合理、安全、有效， 建立現(xiàn)代中藥的藥理毒理評價(jià)體系， 指導(dǎo)臨床，擬訂合理的臨床用藥方案、劑量和時(shí)間均有理論意義和實(shí)用價(jià)值。例如，從生物體液的1HNMR譜圖可以得到大量的代謝物數(shù)據(jù)， 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(dǎo)出毒性的生化機(jī)理，確認(rèn)損傷發(fā)生、發(fā)展和消失過程中的生物標(biāo)記物^[2-3]。此項(xiàng)技術(shù)已被國外很多制藥企業(yè)及國家相關(guān)機(jī)構(gòu)廣泛運(yùn)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(jié)語

基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)等現(xiàn)代生物學(xué)理論和技術(shù)，為中藥的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的前沿問題和關(guān)鍵科學(xué)問題提供了新的技術(shù)支撐。中藥的作用機(jī)制、物質(zhì)基礎(chǔ)、臨床療效、重要地位，正在不斷的被國際社會認(rèn)識和接受，這使中藥的發(fā)展充滿機(jī)遇。中藥現(xiàn)代化的發(fā)展一定要遵循自身的特點(diǎn)，而不能被現(xiàn)代醫(yī)學(xué)同化，要在傳統(tǒng)中醫(yī)基礎(chǔ)理論的指導(dǎo)下，尋找符合中藥自身發(fā)展的規(guī)律，才能做到可持續(xù)發(fā)展，否則勢必會抑制甚至阻礙中醫(yī)藥發(fā)展。在充分發(fā)揮傳統(tǒng)中藥良好臨床療效的基礎(chǔ)上，還應(yīng)進(jìn)一步挖掘中藥在微觀知識結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用當(dāng)代生物學(xué)、數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)和信息科學(xué)提供的新理論、新技術(shù)及新方法，揭示中藥發(fā)揮作用的科學(xué)內(nèi)涵，使中藥更加科學(xué)化、現(xiàn)代化、標(biāo)準(zhǔn)化。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Huang Y R， Wei GL ， Xiao SH. Studies on pharmacodynam ics and its biochemical mechanism of U cncaria-stem mixture for treating childrens hyperactivity syndrome by metabonomic method［J］. Chinese Traditional and Herb Drugs， 2005， 36 (3) : 301.

［2］ Shockcor J P， Holmes E. Metabonomic applications in toxicity screening and disease diagnosis［J］. Curr Top Med Chem， 2002， 2(1) : 35.

［3］ Lindon J C， Nicholson J K， Holmes E. Contemporary issues in toxicology the role of metabonomics in toxicology and its evaluation by the COM ET project［J］. Toxico l App l Pharmaco l， 2003， 187(3) : 137.