基因芯片技术在中医药领域的应用现状*

周亚滨，王 岩

（黑龙江中医药大学，哈尔滨 150040）

从基因概念的提出到人类基因组学计划（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、标准化研究提供了便利。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[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分析，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规范化标准，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[2]。

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[3]。

王米渠等[4]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）。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[5]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，提取白细胞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[6]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[7]利用基因芯片技术分析杞菊地黄汤防治N-甲基-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118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[8]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22216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[9]利用基因芯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10条基因表达有差异,p 21、chk1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）、bcl22、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[10]利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肝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C1、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12600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[11]。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[12]。

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[13]。毒理学研究的芯片称作“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[15]。Kiela 等[15]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，这些问题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。

[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[J].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[J].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[J].中国中医基础医学杂志,2002,18(12):59-60.

[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[J].中国中西医结合杂志,2005,25(4):311-312.

[6] 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):11-13.

[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.

[8] 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[J].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[J].中草药，2008，39（9）：1359-1364.

[10] 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[J].医学临床研究，2009,26（9）：1655-1658.

[11] Hara A，lizuka N，Hamamoto Y，et al.Molecular dissection of a medicinal herb with anti-tumor activity by oligonucleotide microarray[J].Life Sci，2005，77（9）：991-1002.

[12] 徐仿周,吴继洲.基因芯片技术在中药中的应用研究进展[J].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[J].中国医药学报，2003，18（6）：336-338.

[14] 胡岳山，李杰芬，谭宇蕙，基因芯片技术在中药研究中的应用[J].深圳中西医结合杂志，2004，14（1）:56-59.

[15] Kiela P R,Midura A J,Kuscuoglu N,et al.Effects of Boswellia serrata in mouse models of chemically induced colitis[J].Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol,2005,288(4):798-808.