生物学理论和技术在中药现代研究中的应用

生物学理论和技术在中药现代研究中的应用
摘要:传统中医药是祖国文化的瑰宝，也是世界医药的重要组成部分。

中药是携带着中医传统理论信息的载体，也是现代科技最易介入的物质实体，在生命科学、信息科学迅速发展的今天，利用先进科学技术，进行多学科合作，对中药的药理作用、作用机制、药物安全性和配伍规律进行研究，使传承与创新结合，将赋予中药全新的科学内涵。

关键词：中药现代研究；中药药理；生物学理论和技术
随着“人类基因组计划（Human Genome Project,HGP）”等重大科学项目的实施完成，人类后基因组时代已经到来。

生命科学研究的重心也随之转移到基因组的功能分析及其它组学上，包括研究RNA 转录过程的转录组学，研究某个过程中所有蛋白及其功能的蛋白组学，研究代谢产物的变化及代谢途径的代谢组学。

应用几个组学的理论与技术，可使中药的现代研究得以更加的深入。

本文将从基因组学和蛋白质组学对中药药物靶位的发现和鉴别, 代谢物组学对中药作用机理的阐明及中药的安全性和药效评价等方面进行中药现代研究的探讨，望广大科研工作者指正。

1 基因芯片技术在中药现代研究中的应用
基因芯片(DNA Chips)技术是20世纪90年代发展起来的一门由分子生物学、微电子学、物理学、化学、计算机科学等多学科交叉融合而成的高新技术，是一种大规模集成的固相杂交，其基本原理是核酸分子杂交，即依据DNA 双链碱基互补配对、变性和复性的原理，以大量已知序列的寡核苷酸、cDNA或基因片段作探针，检测样品中哪些核酸序列互补，然后通过定性、定量分析得出待测样品的基因序列及表达的信息。

其突出的特点是集成化、微型化、自动化。

中药尤其是中药复方药物具有活性多组分、作用多靶点、多途径的特点，如何筛选出中药有效成分，并进行中药药理毒理学研究是中药研究的关键问题。

中药有效成分复杂,不同成分影响不同的基因表达，根据我们对中药几千年临床应用的经验，结合功能基因组学，应用基因芯片技术，分析中药中各个组分的基因表达谱，可瞬时、快速地筛选中药复方的有效成分。

传统药理研究方法周期长、耗时多、产出少，中药复方的内(组成成分)外(作用机制)复杂性更是中药研究的难点。

通过拆方研究中药复方可能的作用机理，很难对复方有全面认识，因为复方是建立在对疾病的全方位判断基础上，复方治疗疾病是对脏腑气血功能协调性、内环境与外环境统一性、致病因素与抗病因素相互斗争等多环节、多靶点的整合调节作用。

利用基因芯片技术，将中药复方作用下总的基因表达改变与每一个单味中药作用后的基因表达变化相比较，可评估两种以上单味中药间的相互作用。

而对于中药复方中各组分作用不明确的，则可分别分析各个组分在作用前后的基因表达谱，利用计算机分析系统，首先试图阐明各个组分的作用，再综合考虑各个组分间的相互作用关系，绘制出中药复杂成分间相互作用的图谱，比较分
析中药的作用靶点，阐明中药的毒副作用和致畸、致突变作用的分子机理。

这些来自基因芯片的信息，反映的是中药在基因水平的基本作用，对于我们进一步认识中药的药理作用和中药复方的组方原理，促进中药的药理学与现代医学的接轨都是非常有利的。

2 蛋白质组学对中药现代研究的作用
蛋白质组学( Proteomics)主要研究生物体蛋白质的特性,包括蛋白质表达水平、氨基酸序列、翻译后加工和蛋白质相互作用。

在蛋白质水平上了解细胞或组织的各项功能、各种生理生化过程以及疾病的病理过程等。

中药对机体功能状态的调整是直接或间接地通过干涉和影响基因—蛋白质过程中不同环节而实现的，其进入体内发挥作用的基本环节是药物分子与生命分子之间的直接或间接的相互作用。

中药发挥作用必然会引起从遗传信息到整体功能实现中的分子、细胞、器官以及整体多个层面的结构与功能状态的改变，而决定这些层面的结构与功能的基础是基因,其直接的决定因素主要是蛋白质。

因此，蛋白质组学可研究病理过程中或中药作用下，细胞、组织、器官等蛋白质的组成及变化，为中药的作用机理、作用靶点和中成药的开发提供了很好的技术平台。

中药成分复杂，不管是单味药还是复方，都是一个复杂的化学成分库，在发挥作用时各化学组分之间相互协同或者相互抑制，使得作用途径的多样化和作用结果的复杂化，给中药的研究造成了巨大的困难。

蛋白质组学能够研究细胞瞬时蛋白质表达状态，因而具有解码中药复方作用机理及靶点的潜力。

利用功能蛋白质组学技术，分析经这些单味药或复方药处理过的组织、细胞或体液表达的蛋白质组,并比较治疗前后蛋白质组的表达差异，鉴定其中发生相应变化的蛋白质, 比较中药复方中不同药物及其组合对蛋白质组的改变，建立中药蛋白质图谱。

通过比较探索复方组方原则及其配伍规律与蛋白质图谱变化的关系，可以从蛋白质组水平上揭示中药的多环节、多靶点调整作用的机理，阐明中药作用的物质基础、药物分子相互作用以及药物与环境因子之间相互作用及内在的配伍规律。

中药指纹图谱是现今研究中药乃至世界各国植物药制剂的物质基础和作用机制的一种新的模式或体系，然而现在人们更多的关注是中药生物指纹图谱，包括了中药基因指纹图谱和中药蛋白质指纹图谱，中药蛋白质组学指纹图谱，可在分子水平上丰富整个中药指纹图谱研究体系。

现代中药的研究，需要解决的关键问题，就是在分子水平上研究解决化学成分(物质基础)、药理作用、药效活性的相关性等。

我们通过蛋白质组学的技术和方法研究得到的蛋白质组学指纹图谱就很有说服力。

建立同时体现化学和分子生物药效信息的蛋白质指纹图谱，为中药新药的开发研究以及中药现代化的发展，打下坚实的基础。

3 代谢组学在中药现代研究中的地位
生物体遗传信息由基因经转录物向功能蛋白质传递基因功能，但基因与功能的关系还不能完全用转录物组、蛋白质组来表达生物体的全部功能。

随之出现了新的组学——代谢组学（Metabolomics），它是关于生物体系代谢物质种类、数量及其变化规律的科学，是研究生物整体、系统或器官的代谢物质及其与内在外
在因素的相互作用。

代谢组是反应机体状况的分子集合，所有对生物机体影响的因素如：基因、环境、营养、药物（外源物）和时间（年龄）均可反映在代谢物组中。

代谢组学研究“代谢指纹图谱”，不仅研究药物本身的代谢变化, 而且主要是研究药物引起的内源性代谢物的变化, 更直接反映体内生物化学过程和状态的变化。

因此，代谢组学对中药的药效、作用机制、毒性筛选、评价研究及临床治疗合理用药等方面具有极其重要的地位。

生命体是个复杂多变的巨系统，从生物学角度看，疾病的发生是基因的调控网络和蛋白质的网络被“扰动”，这一被扰动网络可通过其分泌到血液和尿液的内源性成分即代谢物组的改变而反映出来。

成功的疾病治疗必须使代谢网络中的缺陷部分正常化, 同时又不得干扰其它维持健康所必须的代谢途径的调控。

药物作用机制的研究就是研究药物在这种调控作用中所起的作用和如何起作用。

在中药治疗疾病过程中，中药尤其是中药复方进入人体后，起效的是中药中的原形成分或代谢产物，或与机体作用形成的新成分，三者构成体内中药成分的代谢物组，然后中药代谢物组通过多靶点、多系统，协调干预人体内源性代谢物组来治疗疾病。

通过认识机体“代谢指纹图谱”变化的原因, 阐明中药作用的物质基础、作用靶点或受体及作用机制。

例如，有人根据受体学说, 在研究由勾藤等多味中药组成的多动合剂的生物化学机制, 从代谢物组成分和含量的经时变化发现具有疗效的生物标志物，认为药物的整体作用产生的生物化学物质(神经递质)是其药效的基础物质, 证明这种药物的作用机制与DA 受体有关[1]。

在中药现代研究中，中药安全性是很重要的方面。

我国历代中医药学家在实践中对中药的安全性就有深刻的认识，如《神农本草经》中，将中药分为上品、中品和下品 3 类。

上品为有效且基本无毒性的药物，中品为有效但有一定毒性的药物，下品为有毒性药物。

又如《黄帝内经》根据中药的毒性分为4 类，《神农本草经》提出使用药物“应奏效为止，取效为度”的用药原则，提示人们应该对中药毒性重视，避免长期大量应用药物。

应用代谢组学技术可对中药毒性进行科学的综合评价研究，以现代标准认识中药的毒性, 对于确保中药的合理、安全、有效, 建立现代中药的药理毒理评价体系, 指导临床，拟订合理的临床用药方案、
剂量和时间均有理论意义和实用价值。

例如，从生物体液的 1 HNMR谱图可
以得到大量的代谢物数据, 能快速、有效地分析多条代谢通路，并由此确定毒性的靶器官, 推导出毒性的生化机理,确认损伤发生、发展和消失过程中的生物标记物[2-3]。

此项技术已被国外很多制药企业及国家相关机构广泛运用，对于中药的安全性检测也同样具有非常重要的地位。

4 结语
基因组学、蛋白质组学和代谢组学等现代生物学理论和技术，为中药的基础和应用研究的前沿问题和关键科学问题提供了新的技术支撑。

中药的作用机制、物质基础、临床疗效、重要地位,正在不断的被国际社会认识和接受，这使中药的发展充满机遇。

中药现代化的发展一定要遵循自身的特点，而不能被现代医学同化，要在传统中医基础理论的指导下，寻找符合中药自身发展的规律，才能做到可持续发展，否则势必会抑制甚至阻碍中医药发展。

在充分发挥传统中药良好
临床疗效的基础上，还应进一步挖掘中药在微观知识结构上的特点，综合运用当代生物学、数学、化学、物理学和信息科学提供的新理论、新技术及新方法,揭示中药发挥作用的科学内涵，使中药更加科学化、现代化、标准化。

参考文献：
［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.。