基因芯片技术在中医药领域的应用现状

2010年2月第27卷第 1期 Feb．2010，Vo1．27 No．1 天 津 中 医 药 Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine 85 基 因 芯 片 技 术 在 中 医 药 领 域 的 应 用 现 状 术 周亚滨，王 岩 (黑龙江中医药大学，哈 尔滨 150040) 关键词：基因芯片；中医药；应用 中图分类号：R2—03 文献标识码：A 文章编号：1672—1519(2010)01—0085—02 从基因概念的提出到人类基因组学(HGP)的完成， 半个世纪以来，有关基因的研究得到飞速发展。基因芯片技 术是基因功能研究中最伟大的一项前沿生物技术，它融合了 生命科学、化学、微电子学、计算机科学、统计学和生物信息 学等诸多学科领域的成就，具有高通量 、简便 、微缩、集约化、 平行化等优点。中医学的精髓为整体观念和辨证论治理论， 且中药具有作用多靶点等优势，这些优势同时也阻碍中医药 科研的发展，但是随着基因芯片技术的日益成熟 ，可以在同 一 实验条件下，一次性检验上万个生物信息的改变，为中医 药客观化、定量化、化研究提供了便利。目前，基因芯片 技术在中医药领域的应用主要有 ：中医证候 、中药新药研究 包括中药药效及药理学研究 、中药有效成分筛选研究 、中药 毒副作用研究等方面。 1 中医证候研究 几千年来，中医药作为防治疾病的主要武器，为保障中 国人民的健康起着不可忽视的作用。辨证论治为中医学的主 要特色之一，“论治”的前提是“辨证”，何为“证”呢?所谓“证” 是指证候 ，是从若干复杂症状(包括脉象、舌苔等)中，经过分 析、综合、归纳而得出的证据I】1。根据不同的证，推断出疾病的 病因、病性、病位，再采用不同的方法进行治疗 ，但是由于疾 病的复杂性 ，同病异治 、异病同治等使辨证论治具有很大的 灵活性，很难将其客观化 、微观化，阻碍了中医学的发展。然 而随着基因芯片技术的日益成熟 ，运用大规模 、高通量的基 因芯片技术，对足够数量的同一证型患者的基因表达进行定 量 ，建立辨证要素的基因表达谱数据库，再相互组合便 可建立证型基因表达谱数据库，以此可作为辨证的客观 化标准 ，因此基因芯片技术片为中医的客观化 、微观化研究 提供了思路与方法，有望成为中医现代化的有效手段[2J。 王明臣等用基因芯片技术检测肾阳虚证骨关节炎患者 及正常人的基因表达谱，筛选出与肾阳虚骨关节炎免疫相关 的基因 13条 ，肾阳虚骨关节炎患者与正常人相比表达下调 4条，上调 5条 j。 王米渠等[41对寒证基因芯片的检测数据提出了分析方 法：1)纵向发展的聚类分析(个体用药后的连续追踪，进而研 究家系寒证)。2)横向互比的聚类分析(利用树状分层图等分 基金项目：黑龙江省 自然科学基金重点项目(ZJY0606—02)。 作者简介：周亚滨(1963一)，男，博士，教授，博士生导师，主要 从事中医药防治心血管疾病机制及疗效评价的研究? ·综 述 · 析有关证候的调查数据)。3)分证候的聚类分析(如肢冷单个 证候的疗效分析 o 4)合寒证聚类分析(研究寒证证候变异主 因素及其主效基因组之关系)。罗云坚等Is1用 4张基因芯片探 讨脾气虚证免疫相关基因组学机制，选择脾气虚证慢性胃炎 和溃疡性结肠炎病例及正常人各 3例，分别采集其外周血， 提取自细胞 RNA行基因芯片检测，结果慢性胃炎脾气虚证 和溃疡性结肠炎脾气虚证异常表达的免疫相关基因分别为 68条和 57条，两者相同的差异表达基因为 7条 ，主要是与免 疫相关的基因。提示脾气虚证发生有其免疫相关基因组学基 础，是细胞免疫 、体液免疫以及非特异性免疫功能等方面发 生功能紊乱。陈晓玲等 l对一个典型的肾阳虚家系 15个成 员，以寡核苷酸杂交技术对其外周血单核细胞的差异表达谱 分析研究，结果：1)典型肾阳虚证／正常对照组：上调基因 100条， 下调基因 33条。2)肾阳虚证／_正常对照组：上调基因 148条， 下调基因 31条。3)典型肾阳虚证治疗显效者治疗前／治疗后： 上调基因 12条，下调基因47条。4)典型肾阳虚证／正常配偶： 上调基因 66条，下调基因 44条。这些基因主要为：物质代 谢、信号转导、能量代谢和免疫调节等，初步反映出肾阳虚证 患者恶寒喜暖、肢冷倦卧 、面色淡白等宏观证候在微观基因 表达的分子生物学基础。 2 中药新药研究 2．1 中药药理学研究 由于中药成分非常复杂，单纯应用传 统的药物研究方法，很难从整体上其对进行研究。通过基因 芯片在同一实验条件下，一次性检验上万个生物信息的改 变，为多靶点药物作用机制的研究提供了有效的工具。 杨柳等川利用基因芯片技术分析杞菊地黄汤防治 N一甲 基一N亚硝酸脲(MNU)诱导大鼠视网膜变性的视网膜基因表 达谱变化，结果表明，模型组／正常组和模型组／药物组中分别 有 75个和 l18个差异表达基因，这些基因多与信号转导、发 育、免疫和防御、凋亡等生物过程有关，主要涉及到丝裂原活 化蛋白激酶 (MAPK)、Toll样受体和凋亡信号通路。因此证 明，杞菊地黄汤通过预防 MNU促凋亡作用来发挥其抗视网 膜损害的药理学效应。黄建等[81采用基因芯片检测苦参碱处 理后细胞基因表达改变情况。在 22 216个基因中，0．5 g／L苦 参碱组表达上升或下调的基因占总基因数的 8．01％，1．0 g／L 苦参碱组占总数的10．04％，两组表达均显著增加的有98个 基因，减少的有 80个，主要与增殖 、细胞周期 、凋亡 、信号转 导、转录调节、免疫调节、代谢等相关。陈立军等 利用基因芯 86 天 津 中 医 药 Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine 2010年2月第27卷第1期 Feb．2010，Vo1．27 No．1 片检测青蒿琥酯作用于K562细胞后的基因表达情况，分析 数据显示 1O条基因表达有差异，P 21、chkl表达上调，细胞周 期素(cyclin)B1、cyclinE1、转录因子(E2F1)、DNA 2PK、端粒 酶逆转因子(hTERT)、bc122、jnk、血管内皮生长因子(VEGF) 表达下调，由此可见青蒿琥酯可以抑制 K562细胞增殖，作用 机制与改变细胞周期某些调控物质的基因表达、诱导K562 细胞凋亡有关。赵建学等11oI；~ 用基因芯片探讨双虎清肝颗粒 对四氯化碳诱发大鼠肝损伤模型旰组织基因表达谱的影响。 四氯化碳作用于大鼠后 ，与未皮下注射四氯化碳的大鼠比 较，大鼠肝组织的钙离子相关基因、细胞黏附、细胞连接和胶 原形成的基因的表达均有上调的趋势，双虎清肝颗粒干预后 C1、C2、C3、D组与 B组比较，CY相关基因、蛋白质糖基化相 关基因、脂代谢相关基因的表达均上调 ；双虎清肝颗粒干预 前后 Cl、C2、C3组间比较，干预前上调者干预后下调明显， 干预前下调者干预后上调明显，且随着双虎清肝颗粒剂量的 增加，基因表达的幅度也增加。 2．2 中药有效成份筛选研究 国外学者对黄连的抗肿瘤增 殖活性的有效部位进行了筛选，使用了含有 12 600个基因的 DNAmicroarray而检验了黄连及 8个组分的抗增殖效应，发 现27个基因和黄连的ID50相关，其中黄连素是主要的抗增 殖活性成分⋯I。据报道，香港科技大学生物技术研究所利用基 因芯片技术已筛选到知母的 23种有效成分，如果再从 cDNA 表达文库中得到的肽库制作肽芯片，则可以从众多的药物成 分中筛选到起作用的部分物质f121。 2．3 中药毒副作用研究 中药主要是通过调节机体的整体 功能，即通过对基因的表达调控而起作用的。利用基因表达 谱芯片对比研究某种中药或其提取物作用于动物前后特定 细胞中相关功能基因表达 mRNA水平的异常变化 ，可提示该 中药在研究剂量下是否有细胞毒性及产生毒性作用的机 制1131。毒理学研究的 邕：片称作“Toxchip”或“Toxblot”，包含了 可能受毒性物质影响的上千个基因，所涉及的基因包括凋 亡、细胞周期调控、药物转化和代谢、DNA复制及修复、热休 克 、氧化应激反应等相关基因，这些基因排列在载玻片大小 的塑料或玻璃板上，从动物或暴露于药物的培养组织中提取 的相匹配遗传物质与芯片上探针杂交，从而进行中药的安全 性评价 。Kiela等 报道，在研究印度乳香(Boswellia serrata) 的提取物时发现，给予高剂量该药后不能改善肠炎的症状 ， 在进行肝脏基因的表达谱分析时发现该药高剂量组中与脂 质代谢相关的大量基因表达失调，表明高剂量给药时该药具 有肝毒性。 综上所述基因芯片技术可广泛应用于中医证候的基础 研究、中药药理学、中药有效成分筛选 、中药毒理学等研究领 域，为基因组学与中医药学研究架起 了一座桥梁，对于揭示 中医药的深刻内涵，推动中医药走向世界具有重要的意义。 同时基因芯片技术仍然存在费用高昂，技术复杂 ，特异性低 等缺点，但相信随着基因芯片制作及杂交条件的不断升级， 这些问最终都会迎刃而解的，其在中医药领域的应用前景 非常广阔。 参考文献： ⋯1 周仲瑛．中医内科学[M】．北京：人民卫生出版社，2008：5—5． [2] 黄闰月，黄清春．利用基因芯片技术探讨类风湿关节炎证候基因 组学的建立【J1_中华中医药学刊，2007，25(10)：2107—2108． 『3】 杨丽萍，王明臣，王米渠，等．基因芯片技术研究针灸对肾阳虚证 骨关节炎患者免疫相关基因表达的影响fJ]．辽宁中医杂志， 2006，33(3)：257—258． 【4】 王米渠，张敬远，丁维俊，等．寒证基因芯片的数据库的纵横分合 聚类方法研究lJ1．中国中医基础医学杂志，2002，18(12)：59—6O． [5】 罗云坚，修宗昌，黄穗平，等．脾气虚证免疫相关基因组学机制初 探lJ1．中国中西医结合杂志，2005，25(4)：31卜312． f6】 陈晓玲，高志芬，丁维俊，等．肾阳虚证患者血液生化、免疫指标 与基因表达谱结果的对比研究[J]．四川中医，2007，25(5)：1 1-13． [7】 杨 柳 ，李 岱，陈金卯，等．杞菊地黄汤对 MNU诱发的大鼠视 网膜变性基因表达谱的影响『J]眼科学报，2007，23(3)：153—158． f8] 黄 建，陈康杰，张 卧，等，苦参碱抑制人大肠癌 HT29细胞增 殖及诱导凋亡作用与机制lJI．中草药，2007。38(8)：1210—1214． [9】 陈立军，姚 丽，靳秋月，等，基因芯片技术分析青蒿琥酯抑癌作 用机制硼．中草药，2008，39(9)：1359—1364． flO]赵建学，徐国江，陆玮婷，等，双虎清肝颗粒对四氯化碳诱发大鼠 肝损伤模型肝组织基因表达谱的影响『J1．医学临床研究，2009， 26(9)：1655—1658． 【11】Hara A，lizuka N，Hamamoto Y，et a1．Molecular dissection of a medicinal herb with anti——tumor activity by oligonueleotide mieroar— ray[J]．Life Sci，2005，77(9)：991-1002． 【l2】徐仿周，吴继洲．基因芯片技术在中药中的应用研究进展fJ1．国外 医学·药学分册，2005，32(5)：300—305． [13]陈 勇，韩凤梅 ，蔡 敏．中药肝脏毒性评价的基因芯片技术研 究【j1．中国医药学报，2003，18(6)：336—338． [14】胡岳山，李杰芬，谭宇蕙，基因 芷：片技术在中药研究中的应用lJ1． 深圳中西医结合杂志，2004，14(1)：56—59． [15】Kiela P R，Midura A Kuseuoglu N，et a1．Effects of Boswellia seITa． ta in mouse models of chemically induced colitis[J]．Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol，2005，288(4)：798—808． (收稿 日期：2009一l1—24)