基因芯片论文：基因芯片技术在中药抗肿瘤机制研究中的应用

许多中药有抗肿瘤功效，但是中医药的传统理 论不足以解释其治疗效果，从而限制了中药进一步 开发及走入国际市场。 把中医药理论从传统的“阴 阳五行”及“君臣佐使”上升到现代药理理论是中药 现代化的重要任务，也是发扬国粹的使命。 抗肿瘤 中药作用成分复杂，尤其是复方，具有多成分并通 过多途径、多靶点抑制或杀灭肿瘤细胞，中药抗癌 的可能机制有细胞毒作用、 诱导肿瘤细胞凋亡、抑 制染色体端粒酶活性、诱导肿瘤细胞分化、抑制肿 瘤血管生成、调节细胞信号传导、调节机体免疫功 能、逆转癌细胞多药耐药作用等。 传统的中药药理 研究很难全面深入地阐明中药的抗癌机制，中药抗 癌机制的研究需要一个系统而高效的平台。基因芯 片技术能通过一次实验发掘大量的药物作用靶点， 并同时获取大量作用机制的相关信息，为中药抗癌 机制的研究提供了有利手段，这种高通量的手 段为中药作用机制研究提供了新的思路和方法，并 有助于中药理论的现代化。 1 中药现代化与基因芯片 中药现代化来源于传统中药的经验，依靠现代 技术手段，遵守严格的，研究出安全高效、 质量可控、机制明确、服用方便，并具有现代剂型的 新一代中药，符合并达到国际主流市场标准，可在 国际上广泛流通，这个过程，就是中药现代化。中药 理论现代化是中药现代化的基础。目前全球现代医 药研发是以寻求新化合物为主导的研发模式，化学 药已经形成了庞大的化学成分库，从中筛选新化合 物，化学药以成分清楚、靶位明确、质量可控、疗效 确切和工业化、规模化的生产等优势，主导了世界 医药市场。 但化学药物的发现、开发是一个漫长复 杂并充满风险的过程， 从发现化合物到新药上市， 只有万分之一的成功率。 面对化学新药研发的困 境，中国的新药研发只有从古老的中医药中寻求解 决，从中医药资源宝库中寻求新药研发模式的 突破。目前组分中药的开发已经成为中药创新的一 种新模式，开发“组分中药”就是在中药原方的基础 上， 通过现代技术手段分离出中药的有效组分，明 确各组分的协同作用，而现代技术平台促进了中药 药理理论的现代化，其中平台之一就是生物芯片技 术平台。 随着生物技术的迅速发展，电子技术和生物技 术相结合诞生了生物芯片， 通过生物分子微阵列， 基因芯片技术在中药抗肿瘤机制研究中的应用 张松波 1 段 娟 2 尚云峰 1 （1. 岳阳职业技术学院， 湖南 岳阳 414000； 2. 湖南省血防所附属湘岳医院， 湖南 岳阳 414000） 摘 要： 传统新药开发模式愈发艰难， 中药及植物药已经成为新药开发的重点。 我国是中药的发源 地，有效开发中药是提高我国新药研发能力的重要途径，基因芯片技术与传统中药研究的结合有力地促进 了中药理论的现代化。本文回顾了近年应用基因芯片技术探索中药抗肿瘤机制方面的研究进展，期望这一 技术能促进中药的开发。 关键词： 基因芯片；中药；肿瘤 中图分类号：R 282 文献标志码：A 文章编号：1672－738X（2010）04－0098－03 收稿日期：2010-04-28 作者简介:张松波（1977—），男，湖南洞口人，医学讲师，药理学硕士。 研究方向：药物基因组学及临床药理。 第 25卷 第 4期 2010年 07月 岳 阳 职 业 技 术 学 院 学 报 JOURNAL OF YUEYANG VOCATIONAL AND TECHNICAL COLLEGE vol.25 No.4 July. 2010 实现对化合物、蛋白质、核酸、细胞或其它生物组分 准确、快速、大信息量的筛选或检测。抗肿瘤中药的 抗癌效果是通过调节肿瘤的不同信号通路，影响癌 细胞相关基因的表达，从而表现出抗癌效果。 利用 芯片分析平台可以高通量地筛选出中药作用的靶 点，从而得出中药抗肿瘤的分子机制。 目前可以获 得的芯片技术平台主要是集成的表达谱芯片和功 能分类芯片，前者可以对人体整体的基因表达进行 分析，后者只关注某一类基因的表达，如肿瘤基因 芯片（Supperarray 公司）只对肿瘤 6 条信号通路的 84 个基因的表达进行监控， 能更有效地帮助阐明 中药抗肿瘤的分子机制。包括芯片技术在内的各种 现代技术的运用在中药现代化的过程中发挥着重 要的作用。 2 中药抗癌 据 WHO 报道，现在全球每年患恶性肿瘤的人 数达 1200 万， 到 2020 年全球肿瘤发病率将上升 50％。 人类因恶性肿瘤而引起的死亡率是所有疾病 死亡率的第 2 位，肿瘤治疗方法以手术治疗、放射 治疗和化学治疗为主，其副作用大，毒性高。从天然 产物中寻找预防和治疗恶性肿瘤的活性成分始终 是药物化学家研究的热点之一。从传统中药中寻找 有效的抗癌成分，运用现代技术阐明其抗癌的机理 将有助中药的现代化。以下为近年来运用芯片技术 阐明中药抗癌机制的研究进展。 Lee等运用 cDNA表达谱芯片研究了白芍提取 物对肝癌细胞系 HepG2 的作用， 发现基因 BNIP3 上调，而 ZK1,RAD23B,和 HSPD1 等基因下调，白芍 抑制肝癌细胞增殖，诱导其凋亡可能与这些基因的 变化相关[1]。 Fang等借助基因芯片发现昆明山海棠 (THH) 提取物诱导人早幼粒白血病 HL-60 细胞凋 亡的分子机制， 结果显示有 16 个基因表达显著增 加，这些基因与细胞生长、细胞周期调控、细胞分化 及应激反应有关，部分基因在细胞凋亡过程中起关 键作用 [2]。 田道法等运用芯片技术发现 NM23-H1 基因与鼻咽癌细胞的颅内侵蚀相关，研究者还发现 黄连素有抑制鼻咽癌细胞侵蚀的作用，其机制是通 过对 NM23-H1 基因的调节[3]。 Wang等研究甘草甜 素对 IL-18 基因表达的影响时发现，甘草甜素刺激 肝癌细胞 24h 后， 甘草甜素上调 IL-18 启动子活 性，增加 IL 一 18 基因的表达，诱导干扰素(IFN)产 生，从而起到调节免疫的作用[4]。Kiviharju 等用基因 芯片研究雷公藤内酯的抗癌机制，发现雷公藤内酯 低剂量时可以通过不依赖 p53 途径抑制癌细胞的 增殖和诱导癌细胞老化，而高剂量时则通过 p53 途 径诱导癌细胞的凋亡[5]。 Kang等用 Superarray 公司 （美国）的人类肿瘤信号通路发现者基因芯片（包含 96 个肿瘤相关基因的探针） 研究了黄连萃取物对 乳腺癌细胞系 MCF-7 和 MDA-MB-231 肿瘤相关 基因的表达改变， 发现 MCF-7 细胞的肿瘤坏死因 子 alpha 及干扰素 beta 的基因表达上调， 干扰素 beta 是重要的抗癌因子，黄连抑制肿瘤细胞增殖的 机制可能就是通过上调此基因[6]。Wang等用表达谱 芯片研究依托泊苷对人成骨瘤细胞的抗癌机制时 发现，依托泊苷的细胞凋亡作用与其中 WAF1 ／ p21 及 PCzNA基因相关[7]。 邹明瑾等研究罗勒多糖抗肿 瘤机制， 发现共有 168 条基因出现了差异表达，差 异表达的基因包括与肿瘤浸润转移、 免疫应答、信 号传导有关的基因。表明罗勒多糖的抗肿瘤转移效 果可能是从代谢、生长调控、信号传导、细胞移动性 等多个靶位基因综合作用的结果[8]。 Yang等通过表 达谱分析发现，台湾植物金线莲的提取物与白花丹 素分别处理肿瘤细胞 MCF-7， 它们通过调节类似 的基因簇起到抗癌的效果，这也提示除了单体物质 以外的草药混合提取物也具有抗癌效应[9]。 综上所述，随着生物技术的发展和中药现代化 的深入， 越来越多的中药有效成分被分离和鉴定， 其作用机制也逐渐明了， 中药有效成分的单体，以 传统中医理论和现代药理实验为基础进行重新组 合配伍，成为现代“中药方剂”，一定能为肿瘤、病毒 等医学难题提供更多更有效的解决途径。 参考文献： [1]Lee SM, Li ML, Tse YC, et al. Paeoniae Radix, a Chinese herbal extract, inhibit hepatoma cells growth by inducing apoptosis in a p53 independent pathway [J]. Life Sci. 2002;71 (19):2267-77. [2 Fang ZF,Cao J,Lin AO,et al.Organc extract of Tripterygium bypoglaucum induced apoptosis of HL-60 cells through NF-kB and mitochondrial signaling pathways as revealed by cDNA microarray technique[J].Chin tradit herb drugs.2003;24(7):334-8. [3] Liu SJ, Sun YM, Tian DF, et al. Downregulated NM23 -H1 张松波 段 娟 尚云峰：基因芯片技术在中药抗肿瘤机制研究中的应用第 25卷 99 expression is associated with intracranial invasion of nasopharyngeal carcinoma[J].Br J Cancer. 2008;98(2):363-9. [4]Wang JJ，Li BT,Cheng J,et al. Up regulating effects of glycynhizin on IL-18 gene expression by cDNA microarray [J]. Word Chin J Digestol.2004;12(4):855-858 [5]Kiviharju TM, Lecane PS, Sellers RG,et al．Antiproliferative and proapoptotic activities of triptolide (PG490), a natural product entering clinical trials, on primary cultures of human prostatic epithelial cells[J]. Clin Cancer Res. 2002;8(8):2666-74. [6]Kang JX, Liu J, Wang J, et al. The extract of huanglian, a medicinal herb, induces cell growth arrest and apoptosis by upregulation of interferon -beta and TNF -alpha in human breast cancer cells [J].Carcinogenesis. 2005;26(11):1934-9. [7]Wang Y, Rea T, Bian J,et al.Identification of the genes responsive to etoposide-induced apoptosis: application of DNA chip technology[J]. FEBS Lett. 1999;445(23):269-73. [8] 邹明瑾，杨美香，郭文静，等．基因芯片技术在研究中药分 子作用机制中的应用 [J]．山东大学学报 ：医学版 ，2OO5，43 (7)：653—656． [9]Yang NS, Shyur LF, Chen CH, et al. Medicinal herb extract and a single-compound drug confer similar complex pharmacogenomic activities in mcf-7 cells [J] . J Biomed Sci. 2004;11(3):418-22. （责编编校：马余平） The Application of Microarray in Anti-tumor Mechanism Research of Traditional Chinese Medicine ZHANG Song-bo1 DUAN Juan2 SHANG Yun-feng1 (1.Yueyang Vocational and Technical College，Yueyang, Hunan 414000; 2 .Affiliated Xiangyue Hospital, Hunan Provincial Dispensary of Schistosomiasis，Yueyang Hunan 414000 ） Abstract: Traditional drug development model has become more difficult, traditional Chinese medicine and herbal medicine has become the focus of drug development. China is the birthplace of traditional Chinese medicine, effectively development of Chinese medicine is an important way in improving research capacity of new medicine in our country. The combination of microarray technology and traditional Chinese medicine research can enhance the modernization of the theory of Chinese medicine. The author reviews the recent progress in research of anti -tumor mechanism of traditional Chinese medicine with microarray, hope this technology can improve the development of Chinese medicine. Key words: microarray; traditional Chinese medicine; tumor 岳 阳 职 业 技 术 学 院 学 报 第 4期100