生物芯片技術與中藥指紋圖譜的聯合應用

摘要：中藥多以復方使用，其成分復雜，化學專屬性不強，傳統的定量法難以滿足需求。近年來，指紋圖譜技術已經成為中藥化學成分快速分析法。但指紋圖譜技術有其限制因素。本文介紹了生物芯片技術與指紋圖譜相結合的研究概況及其遇到的困難，希望能為中藥發展提供一些思路。

關鍵詞：生物芯片；技術應用；中藥指紋圖譜

人類對生命和疾病的研究已經深入到了基因和分子水平，生物芯片作為一種高通量篩選技術，推動了前沿科學的發展。根據固定物的不同可將生物芯片分成基因芯片，蛋白芯片，組織芯片以及細胞芯片。它將生物分子以陣列形式固定于支持物表面，與已標記的待測生物樣品靶分子進行雜交或者相互作用，對其定性及定量[1]。

1中藥發展的現狀

近年來，人們對天然藥物的需求逐漸增加，統計顯示，歐美等國要花費數年和上億美元從合成的數千化合物中篩選出一個藥物，而中藥開發新藥周期短，命中率高，有巨大的社會價值和經濟價值[2]。

疾病的發生是由多重因素造成的，如果僅用一元模式思考多元關系，往往會陷入網絡式聯系中，難以整出條理。以中醫基礎理論指導中藥臨床用藥，才能發揮出中藥的最佳療效[3]。

2生物芯片技術應用于指紋圖譜

2.1研究機理及進展 單味中藥所含成分眾多，因其生長環境，采收加工的不同，其化學成分有所不同。復方成分更為復雜，因此質量控制占具重要地位。近年來，中藥指紋圖譜技術已經成為中藥質量控制的重要手段[4，5]。傳統指紋圖譜法包括氣相色譜，液相色譜，薄層色譜，高速逆流色譜，電泳和毛細管電泳，波譜學方法等[6]。余伯陽教授的課題組長期以來研究中藥藥效作用物質基礎與質量控制，提出了\"生物效應與化學特征相關指紋\"的研究方法，將其應用于山楂葉和銀杏的研究，將色譜與效應分析耦合[7，8]。Kampranis等研究香豆素與cyclothialidine和DNA旋轉酶結合，找出了旋轉酶上的哪些殘基是與藥物結合有關的[9]。朱俊杰等人采用微流控芯片技術篩選藥物，將傳統的檢測藥物孵育時間從1h減少到了5min，提高了檢出效能[10]。

2.2應用 生物芯片大量用于蛋白質相關圖譜的研究。主要見于蛋白質芯片的應用。楊葉虹等人采用SELDI-TOF-MS技術，用H4蛋白芯片檢測2型糖尿病視網膜病變患者的分子血清標記，得出m/z8925的蛋白強度在DM和DR組明顯低于N組，表明這種成分的減少可能與糖尿病的形成有關。蛋白質芯片主要用以研究小分子量蛋白質和多肽，與大分子量的蛋雙相電白質泳技術形成互補[11]。鄭燕華等人采用WCX2芯片對34例肝癌患者和健康人進行蛋白質指紋圖譜分析，篩選出13752Da和11472Da標志性蛋白建立起一個肝癌的診斷模型[12]。張燁等人采用SELDI-TOF-MS技術及NP10芯片探索出羚羊角水提液中蛋白質/肽的成分質量指紋圖譜，提供了羚羊角的數字化質控標準[13]。王若光等人采取同樣技術，對地龍生干品和炮制品的生物學特征進行了研究，發現高于12000并無峰出現，說明地龍水溶性成分以肽類為主，而蚓激酶并不是中藥地龍唯一有效成分[14]。周聯等人利用基因芯片檢測復方黃連解毒湯及其有效成分黃芩苷和鹽酸小檗堿對LPS造模小鼠脾細胞基因的影響，以芯片技術證實了復方作用優于單一成分[15]。

2.3存在的困難 目前生物芯片技術主要針對具有免疫抗原性的蛋白質和多糖類的設計，少用于中藥或代謝組研究中成分群的測定，目前僅有芍藥苷等十余種小分子成分建立了酶聯免疫測定。且多按單成分測定模式分析，沒有針對全成分群的相關芯片產品[16]。另一個不得不解決的問題就是成分間的交叉反應問題。如萊克多巴胺抗體對多巴酚丁胺有8.3%的交叉反應，鏈霉素抗體對雙氫鏈霉素的交叉反應率達到90.6%，青霉素過敏病人與頭孢菌素有17.83%的交叉過敏反應，因此交叉問題是亟待解決的問題。

2.4解決思路 蛋白質和肽類多糖等大分子一般具有抗原性，抗體抗原特異性結合強，減小了交叉反應的可能。中藥中所含有效成分大部分為小分子，小分子與DNA的結合以DNA的空間結構的運動性為基礎，這種結合作用包括共價鍵與非共價鍵結合兩種形式。大部分藥物與DNA的作用都是共價結合[17]。對于中藥中小分子及代謝組成分，大多不具有免疫原性。一種解決的思路就是通過將小分子成分群作為半抗原，與載體耦合成抗原，將小分子的結構信息整合成抗原決定簇表達，經過傳遞與芯片上相應抗體特異性結合，從而達到識別目的[18]。由于抗原抗體之間交叉反應的線性疊加較好，根據線性方程規則，只要各個線性組方程不共線性，即某一成分與抗體結合的交叉作用有兩個以上不同數值，即可測出半抗原濃度[19]。

3結語

在中醫基礎理論指導下應用中藥，但是也要跟得上科技的發展速度，所以就要借助一些新的工具作為技術支持。目前已有不少關于生物芯片技術用于中藥的研究，此項技術在探索中藥作用靶點和機制，確定中藥有效部位，中藥材鑒定，道地藥材鑒別，中藥新藥篩選等方面發揮了其優勢[20]。生物芯片有助于幫助闡明中藥或者復方的作用機制，在基因水平解釋疾病的發展進程，有著推動中藥走出國門的作用。

參考文獻：

[1]管艷，蘇式兵.生物芯片技術及其在中醫藥研究中的應用進展[J].中華中醫藥雜志，2012，02：422-425.

[2]楊忠，張亞鷗，黃文秀，等.基因組學與生物芯片技術在中藥研究與開發中的應用[J].藥學學報，2002，06：490-496.

[3]李春陽，李林.蛋白質組學技術對中醫藥研究的影響[J].中國中藥雜志，2005，14：1062-1063，1110.

[4]Liang Y，Xie P，Chau F.Chromatographic fingerprinting and related chemometric techniques for quality control of traditional Chinese medicines[J].J Sep Sci，2010，33（3）：410-421.

[5]Jiang Y，David B，Tu P，et al.Recent analytical approaches in quality control of traditional Chinese medicines-A review[J].Anal Chim Acta，2010，657（1）：9-18.

[6]韓曄華，霍飛鳳，楊悠悠，等.中藥指紋圖譜研究的某些進展與展望[J].色譜，2008，02：142-152.

[7]劉榮華，余伯陽，陳蘭英，等.山楂葉抗大鼠PMN呼吸爆發譜效應關系研究[J].中國中藥雜志，2008，33（15）：4-9.

[8]Ding XP，Wang XT，Chen LL，et al.Quality and antioxidant activity detection of Crataegus leaves using on-line high-performance liquid chromatography with diode array detector coupled to chemiluminescence detection[J].Food Chem，2010，120：929-933.

[9]Kampranis SC.Probing the binding of coumarins and cyclothialidines to DNA gyrase[J].Biochemistry，2000，38，1967-1976.

[10]Zhao L，Cheng P，Li JX，et al.analysis of nonadherent apoptotic cells by a quantum dots probe in a microfluidic device for drug screening[J].Anal Chem，2009，81：7075-7080.

[11]楊葉虹，鹿斌，張爍，等.2型糖尿病視網膜病變患者的血清低分子量蛋白質指紋圖譜[J].復旦學報（醫學版），2007，01：1-5.

[12]鄭燕華，鄒德威，馮凱，等.蛋白芯片技術篩選肝癌血清標志蛋白的初步研究[J].中華檢驗醫學雜志，2005，06：628-631.

[13]張燁，王若光，王陸穎，等.以蛋白質芯片為中藥蛋白質/肽相互作用載體分析羚羊角的生物學特征[J].湖南中醫藥大學學報，2009，06：15-18.

[14]王若光，李春梅，王陸穎，等.以蛋白質芯片為中藥蛋白質/肽相互作用載體分析中藥地龍生干品和炮制品的生物學特征[J].中國組織工程研究與臨床康復，2008，03：2489-2492.

[15]周聯，王培訓，賴小平，等.基因芯片在中藥復方研究中的應用[J].中藥新藥與臨床藥理，2002，06：383-384.

[16]李麗華，劉文泰.抗中藥成分特異性抗體在中藥質量檢測中的應用探討[J].中國中醫基礎醫學雜志，2008，09：686-688.

[17]王忠，劉建勛，張伯禮，等.生物芯片、生物信息學與高通量中藥活性篩選[J].中國中藥雜志，2003，07：103-105.

[18]沈關心，周汝麟.現代免疫學實驗技術[M].湖北科學技術出版社，1998：35.

[19]賀福元，鄧凱文，曾姣麗，等.中藥及復方全成分群快速高通量測定技術的現狀及免疫芯片綜合法[J].中國中藥雜志，2012，20：3164-3168.

[20]荊志偉，王忠，高思華，等.基因芯片技術與中藥研究--中藥基因組學[J].中國中藥雜志，2007，04：289-292.

編輯/申磊