摘要：21世紀(jì)，生物技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入一個更精確、更高效設(shè)計和應(yīng)用的新階段。同時生物芯片技術(shù)對生命科學(xué)發(fā)展起了很大的推動作用。中藥現(xiàn)代化研究，應(yīng)該大力借鑒和引入這些新觀念和新技術(shù)，發(fā)展和完善自身理論體系，使傳統(tǒng)中藥的研究能夠與現(xiàn)代科技研究接軌，開創(chuàng)中藥現(xiàn)代化研究的新局面。本文就生物技術(shù)在中藥藥理、靶向基因的尋找、中藥材生產(chǎn)、中藥質(zhì)量控制、中藥化學(xué)等方面的應(yīng)用作一簡單的綜述和展望。 關(guān)鍵詞：生物技術(shù)；中藥現(xiàn)代化；中藥藥理；中藥材生產(chǎn)；中藥質(zhì)量控制；中藥化學(xué)；靶向基因 當(dāng)前，現(xiàn)代生物技術(shù)在克隆和轉(zhuǎn)基因生物，功能基因組發(fā)現(xiàn)、基因治療等方面不斷取得驚人的突破。隨著人類基因組計劃的完成，后基因組時代揭開了序幕。人類基因組計劃通過對生命遺傳物質(zhì)DNA進(jìn)行測序，解碼生命的秘密。解決了基因序列問題只是解決了遺傳信息庫的問題，進(jìn)一步了解基因的功能，建立遺傳信息和生命活動之間的聯(lián)系則是后基因組時代的主要任務(wù)，因而，功能基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)的研究成為后基因組時代的核心，這將深化人類對基因的表達(dá)調(diào)控規(guī)律和所表達(dá)蛋白質(zhì)的生物功能的認(rèn)識。在后基因時代，生物技術(shù)將得到空前的發(fā)展，生物技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更精確、更高效的設(shè)計，促使其應(yīng)用進(jìn)入一個新階段。如生物技術(shù)的進(jìn)步不僅將使基因工程、蛋白質(zhì)工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程等生物工程技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)更高的集約性，為其大規(guī)模生產(chǎn)做準(zhǔn)備；同時也將滲透到如醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、農(nóng)業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域，使其內(nèi)在格局發(fā)生巨大變革。中藥現(xiàn)代化研究，應(yīng)該大力借鑒和引入這些新觀念和新技術(shù)，發(fā)展和完善自身理論體系，使傳統(tǒng)中藥的研究能夠與現(xiàn)代科技研究接軌，開創(chuàng)中藥現(xiàn)代化研究的新局面。 一、揭示中藥的藥理機(jī)制 中藥藥理是一個涉及多成分、多靶點(diǎn)、多途徑的作用過程。利用中藥給病人治病時，病人同時伴發(fā)的另外有些疑難頑癥也居然痊愈，提示中藥的作用靶點(diǎn)有可能在mRNA的調(diào)控、抑制蛋白質(zhì)的錯誤表達(dá)或清除錯誤的蛋白質(zhì)上，從而從根本上使疾病得以恢復(fù)。在人類疾病的基因中，部分疾病基因可為另一部分少數(shù)基因所調(diào)控，針對這些基因治療，也是治療的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。 從中藥角度看，立足化學(xué)層次，單味藥材就是一個化學(xué)分子庫，復(fù)方是單味藥材按照特定的組織原則組織起來的巨化學(xué)分子庫。雖然不是所有化學(xué)成分都是有效成分，但在發(fā)揮作用過程中，各成分之間存在著相互協(xié)同或抑制作用，要從中篩選和確定出有效成分是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作。從機(jī)體角度看，機(jī)體是一個極其復(fù)雜的巨系統(tǒng)?，F(xiàn)代生物學(xué)已經(jīng)認(rèn)識了從整體—器官—細(xì)胞—分子不同層次，每個層次中都包含著多因素的問題。研究這樣兩個多因素系統(tǒng)相互作用過程，其復(fù)雜程度可想而知?，F(xiàn)在雖然對多因素認(rèn)識已經(jīng)成為共識，隨之提出了各種理論，比如中藥復(fù)方作用的“霰彈”理論，“中藥基因組”和“中藥化學(xué)組”理論，但對于理論可行性的驗(yàn)證尚待進(jìn)一步考察。通過功能基因組和蛋白質(zhì)組研究，在從微觀機(jī)制角度闡述和發(fā)現(xiàn)中醫(yī)理論“證”內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，可能會揭示中藥復(fù)方在分子水平的作用機(jī)理。中醫(yī)理論“證”是疾病發(fā)展過程中某一階段的病機(jī)概括，是機(jī)體內(nèi)因和環(huán)境外因綜合作用的機(jī)體反應(yīng)狀態(tài)，隨著病程的發(fā)展而相應(yīng)發(fā)生變化。中藥治療疾病不是強(qiáng)調(diào)以藥物去直接對抗致病因子，重點(diǎn)在于調(diào)整機(jī)體功能狀態(tài)，發(fā)揮機(jī)體抗病能力。在實(shí)現(xiàn)對機(jī)體功能狀態(tài)的調(diào)節(jié)過程中，涉及了從遺傳信息到整體功能實(shí)現(xiàn)中的分子—細(xì)胞—器官—整體多個層面，對多層面的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性研究正是后基因組時代的主要任務(wù)。依據(jù)多基因致病的關(guān)聯(lián)特性，通過基因表達(dá)譜和表達(dá)產(chǎn)物的差比性分析，可以揭示證候發(fā)生和發(fā)展在分子水平的調(diào)控規(guī)律，進(jìn)而可能揭示中藥復(fù)方的作用靶點(diǎn)、作用環(huán)節(jié)和作用過程，從而可能會闡明中藥復(fù)方在分子水平的作用機(jī)理。 二、尋找藥物作用的靶向基因 有效藥物作用靶點(diǎn)的篩選與鑒定是現(xiàn)代新藥研發(fā)的中心內(nèi)容之一，對藥物靶點(diǎn)的研究可在基因和蛋白質(zhì)兩個層面進(jìn)行。相對來說，目前對基因研究的平臺技術(shù)遠(yuǎn)較蛋白質(zhì)成熟、簡便，對基因組學(xué)的研究也較蛋白質(zhì)組學(xué)更深入、全面。 基因藥物開發(fā)的前提是藥靶的確定。人類基因組和一批重要模式生物體基因組的全序列測定，為醫(yī)藥工業(yè)提供了一個全新的突破方向。目前已知可作為藥靶的基因約500個，Drews和Roses等認(rèn)為，在人類基因組中可用于疾病治療的藥物靶點(diǎn)有3000-10000個。由此可見，在藥靶的發(fā)現(xiàn)與研究領(lǐng)域還有相當(dāng)?shù)目臻g，而我國具有數(shù)千年臨床研究與應(yīng)用歷史的中藥，在這一領(lǐng)域具有得天獨(dú)厚的發(fā)展優(yōu)勢。中藥對一些疑難雜癥具有良好療效，但在藥靶及其作用機(jī)制的研究方面則非常薄弱，基因芯片技術(shù)的應(yīng)用將有助于改變這一局面。 基因芯片技術(shù)是指采用原位合成或顯微打印方法，將數(shù)以萬計的DNA探針固化于支持物表面上，形成DNA探針二維陣列，然后與標(biāo)記的樣品進(jìn)行雜交，并通過對雜交信號的檢測獲得所需結(jié)果。在整個過程中基本由電腦與機(jī)器人操作，如探針合成、陣列排布、點(diǎn)樣、結(jié)果閱讀與分析等，全部實(shí)現(xiàn)自動化操作，具有高度并行、高通量、微型化、自動化的特點(diǎn)。因此，利用基因芯片技術(shù)，可以在顯著提高藥物篩選、靶基因鑒別和新藥測試速度的同時顯著降低成本。 借助于基因芯片技術(shù)，特別是表達(dá)譜基因芯片，可以對用藥后的不同時間點(diǎn)采樣，以用藥前組織／細(xì)胞樣品為對照，對用藥前后相應(yīng)組織／細(xì)胞中基因表達(dá)的動態(tài)變化進(jìn)行比較分析，獲得與藥物作用相關(guān)的基因表達(dá)譜資料。因此，結(jié)合表達(dá)譜基因芯片技術(shù)，可以揭示藥物作用的靶向基因，獲得新的藥靶。同時，利用療效確切的中藥，可以達(dá)到事半功倍的成效，即根據(jù)已有的藥理信息進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，以減少篩選的盲目性，直接獲得藥物作用前后基因表達(dá)變化的信息，不僅為一些新基因的功能研究提供了線索，而且為研究中藥作用的分子機(jī)制提供了一個新的技術(shù)平臺。 三、擴(kuò)大中藥生藥的生產(chǎn)途徑 中藥材生產(chǎn)存在供需不平衡問題。一些多年生的道地藥材，由于需要量大，不時形成缺貨現(xiàn)象，如黃連、當(dāng)歸、懷牛膝等；中藥大多依靠野生資源，經(jīng)逐年采集，有些品種的產(chǎn)量有所下降，造成常用中藥材的緊缺，如厚樸；有些藥材如牛黃、麝香，本來產(chǎn)量就小，更顯得供不應(yīng)求；有些品種是國際、國內(nèi)公布的珍稀瀕危動植物品種，如野山參、羚羊角、虎骨等。由于這些問題大大影響了中藥的應(yīng)用，進(jìn)而影響了中醫(yī)臨床療效。同時市場流通的中藥材因?yàn)槠贩N、產(chǎn)地、采摘季節(jié)、加工方法、貯藏方式等因素的影響，質(zhì)量很不穩(wěn)定，還存在農(nóng)藥殘留、重金屬含量過高等問題，對中藥材的質(zhì)量保證形成了極大的制約，對中藥材的應(yīng)用產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。針對上述問題，可積極采用生物工程技術(shù)發(fā)展中藥材生產(chǎn)。對于可以引種的藥材，人工模擬藥材自然生長環(huán)境，進(jìn)行人工培植，規(guī)模化經(jīng)營生產(chǎn)，保證統(tǒng)一的采摘季節(jié)、加工方法、貯藏方式，同時解決農(nóng)藥殘留和重金屬含量問題，如人參、西洋參的引種栽培；對于可以用細(xì)胞工程培養(yǎng)的藥材，可以建立細(xì)胞體系進(jìn)行生產(chǎn)，如人參、紅豆杉、三七、洋地黃等的細(xì)胞培養(yǎng)工程；對于可以用基因工程生產(chǎn)的，可以進(jìn)行基因工程的生產(chǎn)，如蛇毒、水蛭素、蝎毒等可以克隆其基因在載體中表達(dá)生產(chǎn)。由于藥材中有效成分往往含量甚微，如在植物中的生物堿、皂甙、黃酮等，利用引種栽培方法大幅度提高有效成分的含量，往往難度很大，即使利用細(xì)胞培養(yǎng)的方法，也同樣存在著細(xì)胞內(nèi)有效成分含量低，產(chǎn)量不穩(wěn)定等問題。如利用植物細(xì)胞工程學(xué)迄今已研究過許多種植物，從培養(yǎng)細(xì)胞中分離得到多種次生代謝物質(zhì)，只有人參、紫草、老鸛草等少數(shù)幾種藥用植物的細(xì)胞培養(yǎng)達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模。將來通過功能基因組和蛋白質(zhì)組研究，可以對有效成分合成的關(guān)鍵基因進(jìn)行調(diào)控，促進(jìn)其表達(dá)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的含量，從而使藥材明顯提高有效成分含量，同時通過基因的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)降低毒性成分和非有效成分含量，甚而實(shí)現(xiàn)單獨(dú)生產(chǎn)有效成分等等，這是將來中藥材生產(chǎn)的一個美好前景。我們可以預(yù)見，利用生物工程技術(shù)生產(chǎn)中藥材，是將來大規(guī)模生產(chǎn)中藥材的一大趨勢。盡管實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)尚有很多基礎(chǔ)研究工作有待完成，但隨著生命科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，在不久的將來，人類完全可以獲得有效成分含量高的轉(zhuǎn)基因中藥材和基因改造后的優(yōu)良細(xì)胞系，并進(jìn)行有效成分的大規(guī)模生產(chǎn)，使中藥材的生產(chǎn)和質(zhì)量保證達(dá)到理想水平。 四、加強(qiáng)中藥生產(chǎn)的質(zhì)量控制 中藥鑒定研究既是中藥材品種確定，質(zhì)量控制的需要，也是尋找和擴(kuò)大新藥源的需要。傳統(tǒng)中藥鑒定方法主要通過性狀鑒定，如顏色、氣味、形狀、口嘗、水試、火試等方法進(jìn)行鑒定，有很大的主觀性?，F(xiàn)代中藥鑒定學(xué)在繼承傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，借鑒現(xiàn)代科技手段，形成了來源鑒定、纖維鑒定、理化鑒定等技術(shù)，大大提高了中藥鑒定學(xué)的科學(xué)性和可重復(fù)性。近年來，中藥材指紋圖譜技術(shù)發(fā)展十分迅速，它從化學(xué)組分及其含特征來確定物種和保證質(zhì)量，是中藥鑒定學(xué)發(fā)展的一個重大進(jìn)步。 現(xiàn)代中藥鑒定學(xué)應(yīng)進(jìn)一步借鑒基因圖譜的方法，建立植物和動物中藥材特征性基因圖譜庫，使中藥鑒定達(dá)到分子水平的特異性。由于我國中藥資源十分豐富，各地用藥品種和習(xí)慣不盡相同，因而對各種基源進(jìn)行品種基因圖譜的測定,這里指+,- 組成序列的測定，建立統(tǒng)一的中藥材品種基因圖譜庫，力求達(dá)到一名一物，一物一名，是一項(xiàng)十分必要的工作。通過功能基因組和蛋白質(zhì)組的研究，在中藥材品種基因庫的基礎(chǔ)上，進(jìn)而可以建立中藥材特征性表達(dá)基因圖譜庫，比如特征性的DNA文庫。因?yàn)槠贩N基因圖譜只是代表了該藥材品種遺傳信息庫的組成，不能反映在不同生長環(huán)境中，同種藥材基因組差異表達(dá)的特異性，通過功能基因組和蛋白質(zhì)組的研究，可以進(jìn)一步確定具體藥材基因表達(dá)的特異性和蛋白質(zhì)組構(gòu)成的特異性，從而建立中藥材特征性表達(dá)基因圖譜庫和蛋白圖譜庫，以達(dá)到特異性更高的鑒定要求。“道地藥材”的研究是中藥鑒定學(xué)中的重要課題，道地藥材的生產(chǎn)，除了與藥材特定的生長環(huán)境和特殊的采收加工技術(shù)有關(guān)外，還與該道地藥材產(chǎn)區(qū)內(nèi)這一物種的地方種群，或居群中遺傳上的特殊性有關(guān)。如果能夠從基因組成特征、基因表達(dá)差異、化學(xué)組成和含量、植物形態(tài)、臨床療效等多層面進(jìn)行藥材鑒定的論證，可以深入揭示該理論的科學(xué)內(nèi)涵。比如川黃連、藏紅花、懷地黃等道地藥材，可以通過研究比較各地所產(chǎn)藥材和道地藥材的差別，尤其是基因表達(dá)差異、化學(xué)組成及含量的差異和臨床療效的差異，有可能揭示在不同生長環(huán)境中生長的相同物種之間的差異。推而廣之，建立包括基因組成特征、基因差異表達(dá)、化學(xué)組成和含量、植物形態(tài)、臨床療效等多層面的中藥鑒定學(xué)科體系，并闡明各層面之間的相關(guān)性，應(yīng)該是現(xiàn)代中藥鑒定學(xué)發(fā)展的目標(biāo)。同時，通過這種學(xué)科體系建設(shè)，也可為尋找和擴(kuò)大新藥源提供可靠的指導(dǎo)資料。通過系統(tǒng)分析各種中藥材，可從生物的親緣關(guān)系、化學(xué)成分組成和含量等方面提供藥物的新作用或替代作用信息，如從生物親緣關(guān)系上發(fā)現(xiàn)的丹參同屬植物云南鼠尾和甘西鼠尾中有效成分含量較丹參為高或較高，這就為新藥開發(fā)提供了新的研究方法。 五、為中藥化學(xué)的研究提供新思路 中藥化學(xué)研究的主要任務(wù)是提取、分離、鑒定，乃至于合成中藥材中的生理活性成分和有效成分。但在天然藥材中，植物藥和動物藥占絕大多數(shù)，所含化學(xué)成分非常復(fù)雜，以致難以準(zhǔn)確確定其中的有效成分。中藥復(fù)方的化學(xué)研究由于其復(fù)雜性和整體性存在更多的困難。因此，如果化學(xué)分析跟不上，不能清楚地分析藥材中所含化學(xué)成分，將對運(yùn)用生物技術(shù)生產(chǎn)中藥有效成分形成阻礙，同時對中藥藥理學(xué)、中藥鑒定學(xué)、中藥藥劑學(xué)科的研究也形成了極大的限制。中藥化學(xué)研究的發(fā)展，關(guān)鍵之一在于綜合運(yùn)用現(xiàn)代分析技術(shù)來解決。如生物芯片高通量、多因素、微型化和自動化檢測，給中藥分析帶來了極大的便利條件?？梢愿鶕?jù)中藥不同化學(xué)成分的分離條件，設(shè)計中藥不同成分的提取、分離、鑒定時所需的中藥分析用生物芯片。如可以設(shè)計分離生物堿的芯片，分離醌類的芯片、分離黃酮的芯片；也可以設(shè)計同時分離篩選生物堿、醌類、黃酮、皂甙等成分的綜合分析芯片，用于單味藥成分篩選性分析，或用于對復(fù)方進(jìn)行嘗試性歸類分析；當(dāng)然還可以針對單味藥材的多種組分，設(shè)計用于該藥分析和鑒定的中藥材芯片等等。這些都將大大推進(jìn)中藥化學(xué)的研究。中藥芯片在中藥科研和中成藥生產(chǎn)質(zhì)量控制方面可能會有廣闊的應(yīng)用前景。 另一方面，采用控制遺傳信息方式來分析和合成中藥材的有效成分，是中藥化學(xué)研究和生物科學(xué)研究的交叉領(lǐng)域。將來通過功能基因組和蛋白質(zhì)組的研究，在越來越多地了解遺傳信息表達(dá)和調(diào)控規(guī)律基礎(chǔ)上，采用控制遺傳信息方式來分析和合成中藥材的有效成分，從而推動中藥有效成分系統(tǒng)分析和利用生物技術(shù)生產(chǎn)中藥有效成分的發(fā)展。在藥用植物有效成分基因調(diào)控方面的研究已經(jīng)開始，有些有效成分生物合成的人工調(diào)控已獲得了初步成功，如對二萜紫杉醇的研究。隨著功能基因組和蛋白質(zhì)組的研究，遺傳信息的表達(dá)調(diào)控規(guī)律和所表達(dá)蛋白質(zhì)生物功能將得到更多地闡明，這一交叉領(lǐng)域?qū)懈蟮陌l(fā)展前景。 以上只是現(xiàn)代生物技術(shù)在中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究中的一部分。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，其在中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究中的應(yīng)用也會越來越廣。諸如中藥藥劑研究等同樣可以借鑒生命科學(xué)的發(fā)展，比如靶向制劑、脂質(zhì)體制劑等劑型。同時，這些方面彼此相互聯(lián)系，相互促進(jìn)，是一個有機(jī)的整體，如中藥化學(xué)的研究發(fā)展，可以促進(jìn)鑒定、藥理、制劑、生產(chǎn)、質(zhì)量控制等方面的進(jìn)步。可以預(yù)見，在后基因組時代，隨著新思路和新技術(shù)的引入，中藥現(xiàn)代化進(jìn)程必然加速，并開創(chuàng)出嶄新局面。 | 
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