刘二伟1，刘砀2，葛长荣1，张爱玲3(1．云南农业大学动物科学技术学院，云南昆明650201；2．云南农业大学食品科学与技术学院，云南昆明650201；3．云南中医学院，云南昆明650032)  

    生物芯片是90年代紧随人类基因组计划，由美国率先发展起来的一项高新技术，是通过微加工工艺将大量生物识别分子如核酸片段、多肽分子，甚至组织切片、细胞等按照预先设置的排列方式固定在厘米见方的芯片片基(基质或载体)上，利用生物分子之间的特异性亲和反应，实现对配体如基因、抗原等生物活性物质的分析。由于生物芯片采用了微电子学的并行处理和高密度集成的概念，因此可同时并行分析成千上万种生物分子，具有高通量、高灵敏度和并行检测的特点。

    根据芯片上固定的探针不同，可将其分为：基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片和细胞芯片等。另外，根据原理不同，生物芯片可分为元件型微阵列芯片、通道型微阵列芯片和生物传感芯片等。目前研究较多的是基因芯片与蛋白质芯片，在新药开发中具有广阔的应用前景。

    中药是我国几千年来发展的瑰宝，具有悠久的历史和文化渊源，但是由于其加工技术和应用方法的繁琐，使其发展受到了限制。多年来中药的发展和新药开发都是在沿用过去的方法，例如，传统的提取和分离方法，传统的剂型和应用方法等，这些传统的方法和手段无法适应现阶段人们对中药的需求，并且由于人们用药意识的改变，对于成分不确定药物心存不安，因此严重地阻碍了中草药的发展和应用。目前虽然也应用了一些新技术，例如应用高效液相色谱和气相色谱等分析中药有效成分，提取工艺上采用超临界萃取等技术，为中药新药开发做出了很大贡献。但是中药的开发仍然停留在初级阶段，并且中药开发仍然是以多年来传统理论和原料药为基础。

近年来，生物技术的发展，为我国传统医药的发展开辟了一条新路。由于生物芯片具有快速、高效、特异性强的特点，在中药成分分析、组方、药效等方面的研究都将会有广泛的应用。生物芯片的迅速发展不但为药物成分研究同时也为中药的药理作用研究提供了新的手段，并使高通量药物筛选成为可能。

1利用生物芯片在基因水平上寻找药物靶标

    利用基因芯片可比较正常组织(细胞)及病变组织(细胞)中大量相关基因表达的变化，从而将所发现的一组疾病相关基因作为药物筛选靶标。表达明显发生变化的基因常与发病过程及药物作用途径密切相关，很可能是药物作用的靶点或继发事件，可作为筛选药物的靶标。基因芯片可以从疾病及药物两个角度对生物体的多个参量同时进行研究，以发现和筛选靶标(即疾病相关分子)，同时获取大量其他相关信息。

    路祖宏等设想用生物芯片进行中药研究的过程：首先选择一个模型生物(如酵母)体系．它有明确的基因序列，已有较多的基因表达数据库，并力图按照中医的理论对基因的网络及其功能进行分类、分析和解释；然后，建立每一味中药对酵母细胞作用引起的分子表达谱的改变，通过细胞内基因网络对该药物的反应，进行对比和分析，从分子水平上确定该味药物的性质、建立基于酵母细胞的单味中药的基因表达谱数据库，争取把单味中药的药性与其对基因的作用机制对应起来，并据此来划定每一味中药的性质；最后，研究不同单味药物的组合作用，不同的复方配伍对生物体基因表达谱的作用，从而确定中药整体的作用机制。争取通过上述研究和资料积累，从传统的中医中药理论出发，在生物体基因网络与中药相互作用的角度建立现代的中医中药理论。

用基因表达差异谱数据库筛选现代中药，为中药现代化研究提供了一个全新的思路和方向。该方法将中药与现代基因组学的疾病相关基因表达和现代药物学化学物质的作用在功能上统一起来，能够在中药和基因表达之间架起一座桥梁，在基因表达水平上解释中药理论和中药的作用机制。这样可使中药成为作用机制明确、物质基础清楚的药物，使中药理论成为人们可以普遍接受的国际医药学语言，使中药从根本上实现现代化、国际化。

2  中药生物指纹图谱的应用

    中药生物指纹图谱包括：中药基因组学指纹图谱、中药蛋白质组学指纹图谱和中药材DNA指纹图谱。其中中药基因组学指纹图谱和蛋白质组学指纹图谱系指用中药制剂作用于某特定细胞或动物后，引起的基因或蛋白质的特定构象。这两种指纹图谱可称为生物活性指纹图谱。这种指纹图谱不但包含了化学信息，也体现了和此相关的药效、临床疗效等生物医药信息，这就是多维多息指纹图谱的含义。目前，中药基因组学和蛋白质组学有关指纹图谱的研究工作正在开展。由于宏观上中药作用靶点和作用机制的多样性及对基因作用的多样性，中药蛋白质组学指纹图谱可从分子水平上丰富整个中药指纹图谱研究体系。

    对于中药新药研究，需要解决一个关键问题，即逐步在分子水平上了解化学成分(物质基础)和药理作用、药效活性的相关性，而其中，通过蛋白质组学的研究得到的蛋白质组学指纹图谱又具有很强的说服力。从中药新药研究出发，可在开始研究阶段，同时进行化学成分指纹图谱和蛋白质组学指纹图谱的研究，一举达到建立同时体现化学和分子

生物药效信息的蛋白质指纹图谱。这样，中药新药开发研究将会增添更多的方法和内容，实现中医药理论质的飞跃。

3蛋白质芯片的研究

    中药制剂有效成分进入人体发挥作用，必然会引起从遗传信息到整体功能实现中的分子、细胞、器官、整体多个层面的结构与功能状态的改变，调节这些层面的结构与功能的本质是基因，而直接的作用者主要是蛋白质。因此，研究人员以蛋白质表达为指标，以蛋白质调控改变和功能修饰为研究方向，进行中药复方有效部位或有效成分多组份、多环节、多靶点治疗作用的研究。

    疾病的发生发展与某些蛋白质的变化有关。如果以这些蛋白质构筑芯片，对众多候选化学药物进行筛选，直接筛选出与靶蛋白作用的化学药物，将大大提高药物的开发效率。另外，蛋白质阵列芯片有助于了解药物与其效应相关蛋白质的相互作用，并允许在对化学药物作用机制细节不够清楚的情况下，直接研究蛋白质谱，这可能将化学药物作用与疾病联系起来，以反应药物是否具有毒副作用、判定药物的治疗效果，为指导临床用药提供实验依据，并能进一步建立和发展外源化学药物与蛋白质表达谱的数据库，促进药理学和毒理学的研究。

蛋白质芯片高通量、并行性的特点，为新药的研制提供了一条新的思路，大大加快了新药筛选的速度。

4中药复方的研究

    以中药有效性为起点，逆向研究有效成分。在拆方研究的基础上，利用基因芯片研究受不同组方中药影响的重要基因群，并以此为依据，分析相关基因，优化靶点，开发新药。从服药后症状的改善，结合体内组织学和生物化学改变与基因功能的关系，探索中药里发挥作用的物质及存在状况，并据此寻找有效部位和单体。注重血清药理学的研究，除了分离有效成分外、可以考虑比较用药前后血清对细胞系的影响，研究细胞系基因表达图谱变化，这样就较直接地将中药有效性、中药有效成分、症状和基因表达四者结合起来，从而了解中药的主要作用途径和基本原理。将中药视为组合化学库，筛选有效成分。将中药复方作为一个整体，采用多种分离手段、将其分离为性质相近的化合物群。进一步通过高通量筛选技术、基因芯片技术和遗传学技术等手段研究有效部位或化学单体。

    5高通量筛选中药

高通量筛选技术是20世纪80年代后期形成的寻找新药的高新技术，具有3大技术支持，即组合化学、遗传学和高通量筛选，分别为新药开发提供新化合物源，新的作用靶标和大规模的筛选方法。后两者相辅相成，构成较为完整的筛选体系，即基于疾病机理，选择特定生物分子作为靶标的高通量筛选。目前机理筛选一般有两种模式，一种是直接检测化合物对生物大分子如受体、酶、离子通道、抗体等的结合及作用；另一种是检测化合物作用于细胞后基因表达的变化。不论何种筛选模式，其关键问题是药物靶标的确定和筛选效率的提高。生物芯片及相关技术的出现将在药物筛选的关键问题上发挥巨大的作用，不仅可促进药物基因组学的发展，而且能为中药活性物质的筛选和方剂作用原理的研究提供有力的技术支撑。

6小结

    新药的研制一般是根据疾病的发病机制确定药物作用的靶点，建立相应的新药筛选模型，筛选不同来源的化合物，发现先导化合物，然后将其开发成新药。筛选模型建立的关键是寻找、确定和制备药物作用靶。分子生物学研究发现了许多与疾病相关的药物作用靶，新药研究者利用这些靶来筛选、开发具有特异性的药物。这些靶多数属蛋白质类靶，目前使用组合化学技术和合理药物设计就是希望筛选出对蛋白靶有特异性作用的小分子药物，它们是基因表达的产物。利用人类基因组科学的研究成果，确定与疾病相关的基因，从基因水平选择药物作用靶，是未来药学研究的方向及发展趋势。

    由于中药本身成分复杂，加之中医药的传统理论，使靶标筛选和特异性药物的研究有很大难度。由于生物芯片可以在分子水平上进行药物分析，且可以跃过生理效应，直接对药物的生物效用进行分析，因此能够直接进行药物筛选。【医院和大学、科研院所等单位如有以下需求，请联系：糖尿病超强化治疗技术应用项目合作、生物芯片医疗临床分子诊断产品购买、爱身谱™个体遗传基因检测服务、生物芯片科研课题合作、生物芯片实验室建设、国家工程中心分中心/研究中心建设服务等，请联系索取详细产品和服务介绍资料：医学与生命科学服务中心暨虫洞（北京）卫生科技有限公司，戴天岩  主任、总经理，手机：13051069337，E-mail:davad311@126.com，msn:davad311@hotmail.com,qq:104974415，虫洞医学与生命科学网http://blog.sina.com.cn/cnyr】

来源于：中国兽药杂志，2006（9）