几种现代中医药研究方法的概述

几种现代中医药研究方法的概述
邓哲
【摘要】屠呦呦之诺奖再次像我们证明了中医药是一座尚待开发的宝库，传统的中医药要与现代的科学技术相结合才能更好的走向国际，造福人类。

而现代中医药的研究可谓“百家争鸣，百花齐放”的局面，各种研究方法层出不穷。

现就近几年中医药中热点方法进行概述，为中医药的现代化奠定基础以及期待更好中医药研究方法的提出。

【关键字】中医药；研究方法；概述；
General situation of several of modern research methods in TCM 【Abstract】Tuyouyou, the Nobel prize winner, validates that traditional Chinese medicine(TCM) is a treasury worthy of exploiting. In order to better march for the international market and benefit mankind, modern scientific technology needs to be applied to TCM. However, the research situation of TCM is called “encouraging blossoming and contending of all”, and varieties of research methods emerge in endlessly. Now general situation is summarized about the hot methods in TCM in recent years, which aims to lay foundations to the modernization of TCM and expect better research methods are put forward.
【keyword】TCM; research methods; general situation;
中医药是我国几千年来劳动人民经验和智慧的结晶，在世界医学中具有不可替代的作用。

自神农尝百草以来，对中医药的研究从未间断，从最早的药学专著《神农本草经》到现代浩如烟海的中医药典籍、专著及文献，无不验证了对中医药的努力探索。

相应地，中医药的研究方法也在不断的更新、改进。

从最初的眼看鼻闻口尝，以身试药等到现在运用各种仪器和在动物，甚至细胞、基因等分子水平试验，进而进入临床应用人体。

这使得中医药的研究更加科学化，合理化，令人信服。

同样地，在对中医药继承的同时更加容易创新，让中医药更好的走向国际，造福人类。

因此，在对中医药领域的研究也涌现出了大量的研究方法，现对中医药热点研究方法：DNA条形码技术、代谢
组学技术、网络药理学等现代研究方法进行概述，以便明晰中医药研究方法的发展方向及更好方法的提出。

1.DNA条形码技术的概述
1.1中药DNA条形码技术的概念及其背景
DNA条形码技术即利用标准的、具有足够变异的、易扩增且相对较短的DNA 片段来实现对物种快速准确鉴定的分子生物学方法。

其最早出现在1999年[1]，当时并没有引起学术界的关注。

直到2003年，加拿大动物学家Paul Herbert将线粒体细胞色素C氧化酶亚基Ⅰ（COⅠ）成功的用于动物鉴定，并明确DNA条形码的概念和提出DNA条形码通用序列，DAN条形码技术成为研究热点。

Herbert因此被称为“DNA条形码之父”。

此后，DNA条形码技术在药用植物鉴定中的成功应用将是中药鉴定方法革命性的突破[2]。

国内最早开展中药DNA条形技术研究的是中国中医科学院中药研究所所长陈士林课题组，该课题组对753个属4800个物种6000多个样品系统进行中药材DNA条形码鉴定研究，得出ITS2在物种水平鉴定效率高达92.7%[3]。

2013年，国家药典委员会讨论通过在《中国药典》增补本中列入以ITS2为核心、psbA-trnH为辅的药用植物DNA条形码鉴定体系和以COⅠ为主、ITS2为辅的动物类药材DNA条形码鉴定体系为中药材DNA条形码分子鉴定指导原则[4]。

现DNA条形码技术被2015版《中国药典》收载。

1.2 DNA条形码技术流程
DNA条形码技术包括样品准备、DNA提取、引物设计与PCR
扩增、测序、序列比对、构建系统发育树和得出结果等过程。

其中DNA提取是关键，DNA提取的方法也有很多种，改良的CTAB法是中药DNA提取的最优方法[5]；
1.3中药DNA条形码技术的优势和不足
中药DNA条码技术主要用于药用植物、药材或部分饮片，是传统中药鉴定方法（性状鉴定、显微鉴定、理化鉴定）的补充，克服了传统中药鉴定主观性强、重复性差，鉴定不准确的缺点，且不受物种形态的限制。

DNA条形码技术为中药材的鉴定提供了强大的技术支撑，在中药材同物异名、同名异物以及伪品、混淆品现象中发挥重要作用，从源头上可以控制中药材的质量，规范药材市场。

特别在药材进出口贸易中有着广阔的前景。

但在提取中药DNA过程中也存在DNA容易污染、引物设计、甚至不能通过一条基因片段区分所有的物种等问题[6]。

随着科学技术的发展，这些问题都能得到解决。

我们也极其期望以后鉴定中药就像超市商品扫二维码一样，这样会满足不同行业不同背景的科研工作者对中药材鉴定的要求。

2代谢组学方法的概述
2.1代谢组学的概念及其背景
代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白组学之后兴起的一门组学，是系统生物学的重要组成部分，即通过观察生物体系（细胞、组织或生物个体）受外部刺激（如外部环境因素的变化后某些疾病的出现）后其代谢路径以及相应代谢产物与非刺激条件下的变化区别研究生物体系的一门科学。

其概念由Nicholson等[7]在1999年首次提出，
使用“Metabonomics”一词。

而后在2000年，Fiehn等[8]认为代谢组学研究主要分为4个层次：代谢物靶标分析、代谢轮廓分析、代谢物定性定量分析、代谢物指纹分析，提出“metabolomics”的概念。

代谢组学主要研究相对分子质量小于1000 Da的内源性小分子物质，其核心是利用现代的分析技术测定生物体内代谢物组的变化，并利用模式识别找出差异性的代谢物，从而确定为生物标记物，表征或揭示生物体在特定时间、环境下整体功能状态。

中国科学院大连物理化学研究所许国旺课题组是国内较早从事代谢组学研究的团队[9]。

其后，代谢组学方兴未艾。

目前，代谢组学在中医基础理论(解释体质、证候)；中药(方剂配伍规律、证候模型、作用机制、中药药效物质基础、安全性评价)；诊断治疗等方面有着广阔的应用前景[10, 11]。

2.2代谢组学的技术方法
样品处理，仪器分析，数据处理三大步骤。

近些年，样品处理主要的方法有液液萃取、固相萃取和沉淀蛋白，其中固相萃取是代谢组学较理想的前处理方法[12]。

仪器分析主要有液相与质谱联用技术（LC-MS）、气相与质谱联用技术（GC-MS）和核磁共振技术（NMR）3种分析平台。

数据处理分为无监督模式识别方法和有监督模式识别方法，无监督模式识别方法主要包括主成分分析（Principal component analysis ,PCA）、分层聚类分析（Hierarchical cluster analysis ,HCA）等；有监督识别模式方法主要包括偏最小二乘法判别分析（Partial least squares-discriminantanalysis ,PLS-DA）、正交信号校正技术偏最小二乘判别分析（Orthogonal signal correction partial least squares-discriminant
analysis ,OPLS-DA）等。

其中PCA、PLS-DA分析使用最广泛。

2.3代谢组学技术的优势和存在问题
代谢组学符合中医的整体观、系统论的观点，是研究中医药的一种有力手段。

其有如下优势：(1)代谢组学反映生物体在各因素综合作用下的终末效应，具有很强的综合信息优势；（2）代谢物的种类远小于基因和蛋白的数量，研究相对简单；（3）基因和蛋白的微小变化在代谢物上得以放大，便于检测；(4)很多内源性代谢物的生化途径已清楚和很多代谢物作为特异性的生物标记物在临床上使用[12]。

同时代谢组学也存在一些问题：a.现尚无单一的技术将所有的代谢物检测出来，只通过多技术的联合互补应用进一步提高检测率，限制了代谢组学的推广。

b各种多变量分析和数据库还不够完善，尚存许多无法确认的内源性代谢物。

c大多数研究集中在对证机体的代谢组学变化，对药效物质的形成还未形成有效的推广方法[13]。

d.操作专业性较强、存在假阳性结果等，真正找到生物标记物不多[10]。

今后我们需要做的是完善数据库，加强数据处理与分析整合，满足大数据，高通量处理数据。

同时加强基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学相结合更加有利于阐述生物学意义[14]。

3网络药理学方法的概述
3.1网络药理学概念及其背景
网络药理学是信息科学、医学生命科学等多学科交叉，又与计算与实验相结合的新学科方向，也是一个与中医药整体特色相契合的新学科方向。

其中的“网络”可以看作整体与系统的构建基础（微观与
宏观不同层次各种生物网络）和关键技术两部分。

中医药具有整体观、辨证论治的特色理论和丰富实践经验，如何解释这种“整体观”，发掘提高？这是一个研究瓶颈。

与此同时，现代“单靶标，单疾病，单药物”的医药模式不适合以整体为特点的中医药科学研究。

21世纪，人类进入了一个全新的生物信息时代，研究思路上正在发生从“还原性研究”转为“系统性研究”，从“描述性研究”转为“预测性研究”的飞跃。

其中，一个重要的标志就是从“网络”这一整体观角度来认识生命活动与药物作用机制。

在新的科技背景下，“网络药理学”应运而生[15]。

国内清华大学李梢教授课题最早将网络药理学用于中医药研究上[16]，并提出网络生物标志物和网络靶标[17]的概念。

其早于Hopkins教授提出“网络药理学”的概念[18]。

网络药理学用于中医药转化医学研究是一个既传统又年轻的领域[19]，其广泛用于药物作用靶点预测、作用机制阐述、有效成分研究、新药研发等方面[20, 21]。

其在心血管疾病研究中最普遍[22]。

而复杂性疾病机制的揭示和新药发现才是网络药理学最广泛的应用领域之一[23]。

3.2网络药理学研究路线和研究技术
网络药理学研究路线分为4步:认识中药复方的活性成分；疾病候选靶点及其构成的网络；每个活性化合物相应的靶点识别；网络调控基础下研究中药作用的机理。

其研究技术包括数据的获取和验证（高通量/高内涵技术、双高通量基因表达检测技术），网络可视化技术，网络分析技术。

3.3网络药理学优势和存在问题
网络药理学是医药领域研究理念和研究方法的重大改变，在国际上被认为是“下一代药物研究”。

中医药以整体为特色，网络药理学与中医药的结合，不仅有助于阐述中医药理论、理解中医方剂作用特点、发现中药新药，也有望为中医药跻身当代科技前沿、形成原始创新提供强有力的支撑。

但网络药理学在国内外刚刚起步，涉及的学科跨度大[15]；数据库需不断更新来完善信息完整性；数据资源存在疑议；数据本身方法不可靠等问题[22]。

4．其他研究方法
通过分析现行的中药质量模式的局限性，比较分析中药、化学合成药和生物制剂质量控制模式异同点，中药与生物制剂有更大的相似性，中药质量控制模式应借鉴生物制剂而不应“套用”化学合成药。

肖小河课题组首次提出基于道地药材和生物效价检测的中药质量控制与评价模式[24]。

该方法在实现“量而又准，关联药效，可控可评”的中药标准中取得可喜的成果[25]。

随着分子生物技术在各个领域的广泛应用，1995年，黄璐琦[26]研究员展望了将分子生物学技术运用于生药学，提出了“分子生药学”的概念。

这是一门极具有前瞻性的学科，给生药学注入了划时代的意义。

针对中药质量控制中，单一成分难以表征中药多成分、多功效的特点以及对照品供需矛盾和多项指标高昂的检测成本限制中药多项指标质控的发展，王智民[27]研究员提出了一测多评的中药质量控制方法。

中医药研究中的新方法还有很多很多，凝聚着中医药科技工作者智慧的结晶。

正是这些新方法的涌现，将中医药推向了现代化浪潮。

5.小结
中医药有着几千年的医药底蕴，其重整体和辨证论治的观念形成了其独特的医疗体系。

历史也证明，中医药是有效的。

青蒿素之疟疾、三氧化二砷之白血病等无不印证这些。

而在西方医学的体系下，中医药受到质疑，甚至是排斥。

中医药现代化的任务依然很艰巨，如何让中医药与国际接轨，如何让中医药造福人类，这是我们每个中医药工作者必须思考的问题。

而现代科学技术日新月异，我们又该怎样结合现代研究方法或创造出更好的方法来研究中医药，这是我们必须慎思的问题，也是中医药研究中有所突破之处。

从近代中医药的现代研究方法中，至少给了我们以下启示：（1）中医药是整体观、系统论的思想，我们的研究方法也应该从整体或系统考虑，无论是组学技术还是网络药理学，都是符合中药多成分、多途径、多靶点的整体观特点。

（2）人是一个生物体，中药也是来源于生物体的，生物学知识的渗透，是中医药发展的新方向。

如DNA条形码技术、代谢组学、网络药理学、生物效价检测及分子生药学等都是系统生物学知识的运用。

（3）大数据时代，信息量丰富，我们更需要借助一些辅助工具，如计算机等。

以及对科研人员的素质也提高了，更加强调多学科交叉背景的科研工作者。

中医药要发展，要创新，就必须我们在继承的同时运用现代的科学技术加以阐释，让中医药更好的屹立于世界医学之林，造福人类。

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