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1、2 0 0 4 年全田生物技术学术研讨会论文集研究论文综述分子生物学在中药新药开发中的应用进晨陈秋夏永鹏邱宗荫( 重庆医科大学药学系，重庆4 0 0 0 1 6 )摘要l 本文概述了分子生物学技术如基因组学、D N A 分子标记技术、基因芯片技术等在中药新药开发中的应用旨在为中药现代化提供战略思路关t 词。药理学，综述，分子生物学，中药开发，中药现代化随着人类基因组计划( H u m a nG e n o m i cP r o j e c t ，H O P ) 的完成，后基因组时代揭开了序幕，这是生命科学发展的新阶段。现代生物医药产业突飞猛进，新药研究开发竞争十分激烈。人类基因组的研究，促进了
2、药物基因组学的产生。基因工程技术的诞生，至今仅有较短历史，但其发展异常迅速，且其基本原理和技术方法，都已被相关的生命科学各相关学科( 包括药学在内)广泛应用，并已取得可喜成果。面临这样一个新时代，中药新药的研究和开发应该如何借鉴其新观念和新技术，来完善和发展自身理论体系，使传统中药的开发能够与现代科技研究接轨，从而更好地为人类健康服务? 把中药新药开发与生命科学研究相联系，用生物工程技术来推动中药现代化发展。1中药研究与基因组学人类基因组学研究方法内容与中医学的整体观、辨证观有很多相似之处，如基因组学研究是在过去对单个基因研究的基础上认识到基因之间相互联系的复杂性，即使一种疾病可能由多个基因的
3、改变所致，而同一个基因的不同表达状态又可能造成多种疾病。尤其是从结构研究向功能研究方式的转变，对基因之间相互联系相互作用的日趋重视，反映出中医药学与基因组学在思维方法上的趋近特征，亦反映了分子生物学在中医药领域应用的依据和前景。近来中医药基因组学已成为一个非常热门的话题，有关部门在研讨是否将中医证候基因组学、中药( 药效) 基因组学等列入重点或重大研究课题。试图仿照人类基因组的研究模式，研究并构建中医的某一个“证”或某一个中药或方剂对人类基因组的影响和改变的全息图或对应关系，重大立项研究有前瞻性和战略意义。利于发现新颖和高效药物，亦可用于药物疗效的客观评价。转基因器官和组织研究是近几年我国中药
4、研究中比较活跃的领域之一。现有青蒿、黄芪、丹参、决明等1 0 多种中药的发状根诱导成功并建立了培养系统。中药活性成分含量较低，结构极为复杂，基因工程作为一种重要技术手段，可用于实现中药重要酶基因的克隆、重组，从根本上提高其次生代谢产物的含量，获得稳定的生产植株。若基因工程同有机合成相结合，则可进行中药的生产和发现新的先导物，这亦是缓解药源紧张的又一现实的且更为有效的手段。我图现已克隆出青蒿素生物合成途径中的关键酶基因，东北红豆杉中紫杉醇生物合成途径中起限速作用的紫杉烯合成酶基因I I l 。随着基因与人类疾病关系研究的深入进展，基因的多态性和基因表达调控因素的复杂性已被人们渐渐理解和认识。人类
5、基因多态性将在阐明人体对疾病、毒物的易感性和耐受性以及疾病研究论文综述2 0 0 4 年全国生物技术学术研讨会论文集临床表现的多样性和对治疗的反应性上都起着重要作用。在医药现代研究中，基因工程技术逐步被合理的应用和科学的解释。在中医药现代研究中，基因工程技术的引进和应用，亦应在中医药理论指导下运用创新思路去进行科学实验设计，这样才能得出正确的结果。因此在对各种疾病的病因、病机进行研究以及对中药的临床应用进行研究时，就须结合现代科学如基因组学等研究的新进展，在中医药理论指导下去进行分析和研究，然后针对所研究疾病的各个阶段的具体情况，作出富有创新性的符合中医药理论和实践的实验研究设计去进行研究，才
6、能有创造性发现。要弘扬具有特色的中医药，尤其是在已知中医疗效功能的基础上反推基因功能组，如“哮喘一一中药”的基因表达谱，利用人类基因多样性探寻证的“遗传标记”，探讨“养生祛病”来修饰，改善基因功能的推理等1 2 】。基因组学由于数据库庞大，分子生物学实验技术先进，只要我们能找到有效的切入方法，就可以发挥中医综合优势的作用。过去的引入现代科学指标、中西结合，实为战术目标，是发展中医之“标”；把基因组学融入中医药学，突破基础理论，才是战略目标，是发展中医之“本”【3 l 。可以预见：中药新药开发将迎来一个以分子层次( 主要是基因组学) 为主导，全层次( 包括整体和群体) 发展的新时期。2D N A
7、 分子标记技术在中药新药开发中的应用D N A 分子标记技术，亦称D N A 分子诊断技术，是指通过直接分析遗传物质的多态性来诊断生物内在基因排布规律及其外在性状表现规律的技术。D N A 分子标记技术大致可分为两大类：一类是以电泳技术和杂交技术为核心的分子标记技术，如R F L P ( R e s t r i c t i o nF r a g m e n tL e n g t hP o l y m o r p h i s m ) 技术，D N A 指纹( D N Af i n g e r p r i n t i n g ) 技术等。另一类是以D N A 扩增技术和电泳技术为核心的分子诊断技术
8、，如R A P D ( R a n d o mA m p l i f e dP o l y m o r p h i cD N A ) 技术。在进行新药开发和中药资料研究中常需了解中药有效成分的分布规律，以便寻找和开发新药源。D N A 分子标记技术可以象D N A 分子标记辅助性状选择一样以指导药用有效成分的方便、快速、正确的寻找与开发利用。利用分子标记技术，寻找与药用有效成分连锁的基因或直接应用控制该成分的基因标记，寻求新资源。山崎等采用R A P D 和R F L P 标记研究甘草属的遗传关系，富含甘草甜素的甘草和光果甘草遗传关系非常接近，这二者与不含或含量少的刺甘草等则亲缘远【4 J 。
9、S h i r o t a 等采用R A P D 和R F L P 标记可有效的辨别不同化学型的大麻品系I5 1 。利用D N A 分子诊断技术，直接分析药材的D N A 多态性，找出具有高度特异性的D N A 片段，针对生物体内D N A 分子的不同区段，其遗传的保守性和变异性不同。找出真品特有的D N A 片段，对此进行测序，进而制各D N A 探针，来检测相应的药材，从而达到鉴定的目的。有学者应用R A P D 分析法对木蓝属I n d i g o f e r a e8 种生药进行鉴定研究，效果较好，证明R A P D 分析法是一种有效的中药鉴定方法1 6 】C a o 等采用分子生物学
10、技术包括任意引物聚合酶链式反应( A P - -P C R ) 和R A P D 方法扩增蒲公英T a r a x a c u m m o n g o l i c u m 及其6 种土蒲公英混淆品的基因组D N A ，获得清晰可靠的D N A 指纹图谱。根据琼脂糖凝胶上显示的D N A 带型差异可鉴别蒲公英和土蒲公英混淆品【_ 7 1 。随着分子生物学技术的发展和对各种生物的分子遗传特征研究的深入，必将为传统中药材的研究提供更多有效实用经济的D N A 分子诊断技术。3 基因芯片技术在中药新药开发中的应用1 9 9 6 年底美国A F F Y M A T R I X 公司创造了世界上第一块基因
11、芯片，它是生命科学研究方法上的革命，能较系统地分析真核细胞的基因表达。近年来，基因芯片技术已可作为相关基因确定，药物筛选等的重要工具，且以快速方便的优势广泛用于药物等多方面的研究邛J 。如何分离和鉴定药物的有效成分是目前新药开发遇到的重大障碍，基因芯片技术是解决这一障碍的有效手段，它能大规模地筛选，在药物和基因之间架起一座桥梁，从基因水平解释药物的作用机制，即可以利用基因芯片分析用药前后机体不同组织器官基因表达的差异，从而发现一组病症相关基因和药物效应基因作为药物筛选靶标。生物芯片高通量、多因素、微型化和自动化检测的特点【9 】，给中药分析带来了极大的便利条件【1 们。可以根据中药不同化学成分
12、的分离条件，设计中药不同成分提取分离、鉴定的中药分析用生物芯片，如可以设计分离生物碱的芯片，分离酮类的芯片，也可以设计同时分离筛选生物碱、酮类、黄酮、皂甙等成分的综合分析芯片，用于单味药进行成分筛选性分析，对复方进行尝试性归类分析。从技术革新角度看，生物芯片可进行多因素的检测分析，必将推动中药药理学的发展。生物芯片可以用来筛选单味中药的有效成分，进而在此基础上来筛选复方的有效成分。在人体方面，可以利用生物芯片来分析疾病发生的过程和药物对机体的作用过程，阐明中药药理作用，同时还可以利用生物芯片来分析中药在体内的药物代谢动力学过程【l 。中药现代化是时代发展的必然，“中药基因组计划”是其重要组成部
13、分，中药基因芯片作为其研究的重要手段，将从根本上改变长期以来人们对中药的研究手段和认识层次。中药基因芯片将是高通量、高效率地从分子水平上研究中药的最新技术手段。对中药物种的分类鉴定、发现新中药基因、新中药品种、中药药效筛选及药理分析等都有巨大潜力。基因芯片为中医微观整体研究提供了一个前所未有的工具，中医基于自身特点应抢先利用这一方法，以揭示中药有效成分。进行中药临床试验。从肾虚机理而论，吴志奎等作了p 地中海贫血的Y 珠蛋白基因的转录【I2 J 研究，提示中药的研究已达到了分子生物学水平。上述研究呈然取得了可观的成绩，但与肾虚的本质谜底还有相当的差距。因此要引进先进的基因芯片技术，进行大面积高
14、密度的基因表达谱分析，才可望有所突破。以前有关肾虚与遗传的研究已有学者做了大量的工作f ”】。但要揭示其它实质仍有很大的难度，原因在于在微观基因方面难于作大面积多基因的综合分析。要在广泛分子水平做研究，目前基因芯片就是最优选择方案。随着新基因的不断克隆和H G P 的完成可以预见基因芯片技术也一定会象计算机芯片那样不断扩大容量，升级换代，在医药研究( 包括中药新药开发) 中得到广泛应用t 1 4 1 它打破了以往“一种疾病、一个基因”的研究模式，基因芯片技术的出现带动了蛋白质芯片类似技术的产生，可以以全方位的整体新思维方式研究生命科学的时代已经到来 1 5 】。基因芯片药物筛选技术工作目前刚刚
15、起步，荚嗣很多制药公司已开始前期工作，即正在建立表达谱数据库，从而为药物筛选提供各种靶基因及分析手段。这一技术具有很大的潜在应用价值。4展望充分利用人类基因组学和蛋白质组学的研究成果，通过分子生物技术将选定的中药或中药复方进行多靶筛选，建立其基因表达谱，从中找出与疾病相关基因的关联，进一步优化筛选靶标，通过处方分析，在分子水平阐明优化中药或处方或工艺等方面的作用机理，从而开发出具有国际水平的创新药。目前圈外几乎所有的主要制药公司都不同程度地运用了基因组研究的成果，并采用分子生物学等技术开展功能基因组的研究我国在该领域虽然起步较晚，但经科研人员的艰苦努力，已。，r9 l研究论文综述2 0 0 4
16、 年全嗣生物技术学术研讨会论文集经有了一定的成绩且潜力较大。在对中医药理论有深入全面理解的基础上，以此作为突破I Z l 用于中医证候组学及创新药物的研究，大有可为。生物芯片，基因工程等技术的发展不仅为生命科学的诸多领域研究带来一场革命。而且为我国中医药研究和开发带来新的契机，适时抓住这一良机必将对我国的药物研究带来更大的拓展空间。可以预见，在后基因组时代，中药新药开发进程必然加速，并开创出崭新局面。参考文献【l 】刘建勋，丛伟红我国植物药( 中药) 研究的问题与建议尹厚乒药蔡岙2 0 0 2 ，2 7 ( 7 ) ：4 8 4 【2 】杨焕明基因组学中医现代化的一个切入点尹医学与基因组告塔金1 9 9 1 1 3 】宋为民，王艳，徐力等基因组学是中医现代化的最佳切入点蔚苈尹医萼呖徽1 9 9 9 ，1 5 ( 4 ) ：1 9 3 S a t oA ，S h i m o m u r aK ，Y a m a z a k iM ，e ta 1 G e n e t i cr e l a t i o n s h i pa m o n gg
