搜索
现代分子生物学技术在中药研究中的应用姓名：刘旸班级：08生工学号：2008112006现代分子生物学技术在中药研究中的应用[摘要]介绍近年来利用分子生物学技术在中药研究中取得的巨大成就,总结了分子生物学技术在阐明中药及其复方的分子作用机理、药材鉴定、中药有效成分研究、转基因动植物研究及中药基因组计划等方面的应用.[关键词]分子生物学技术;中药;应用中药是我国的国粹，是世界医学的重要组成部分。现代科学技术的发展，尤其是在分子生物学技术上取得的巨大进步，为中药的发展奠定了基础，也开辟了许多新的中药研究领域。如研究中药的DNA和RNA技术、基因技术、基因工程技术、基因芯片技术以及基因组学与蛋白组学的发展，都从分子水平上去阐明中药及其复方的分子作用机理；去发现、克隆和表达那些中药有效成分基因与次生代谢产物的酶基因;去改良和培育新的品种；保存中药的种质资源与基因资源以及中药材的现代鉴别技术等。1分子生物学技术与中药及其复方的分子作用机理研究绝大多数中药的作用机理不清是限制中药走向世界的一个重要因素。应用中药及其活性成分对众多已阐明结构的人类靶基因的影响和调节作用是阐明中药作用机理的一个有效途径。陈苏[1]等查阅了国内外的20多篇相关文献，总结了免疫调节类中药、抗肿瘤类中药、活血化淤类中药以及延缓衰老类中药与相关基因之间的关系。从中可以看出：中药的作用机理与细胞凋亡(Apoptosis)有关。细胞凋亡的发生需外源性信号与内源性基因的调控，其根本过程是细胞在凋亡信号的刺激下，通过信号传递途径，使凋亡调控基因的表达发生改变，进而在某些离子如Ca2+和Mg2+的参与下，激活某种酶而启动细胞凋亡。这类基因包括凋亡基因，如bcl2、mp53、Vas、Bcr/Abl等;促凋亡基因,如Bax、Wp53、Apo1/Fas等，其中cmyc具有促进细胞增殖与诱导细胞凋亡的双重作用。通常细胞凋亡与肿瘤、心血管系统疾病、神经系统疾病、免疫系统疾病、泌尿系统疾病、五官科疾病与外科等疾病有关。人们对中药的几种常见有效成分，如皂甙、生物碱、黄酮以及多糖等已进行了研究。表明它们都可影响一种或几种相关基因的表达。如:用免疫组织化学检测表明刺五加皂甙(ASS)能影响移植肝癌组织的m23H1和p53基因的表达[2]；绞股蓝皂甙(GP)体外给药能影响小鼠白血病p388原癌基因cfos与cmyc基因的表达[3]；人参皂甙可促使细胞凋亡抑制基因bcl2高表达，相对抑制促进基因bax的表达，从而减少肾曲管上皮细胞凋亡[4]，同时它对人T淋巴细胞白血病细胞株(6TCEM)的影响与其降低6TCEM细胞的bcl2、bax基因表达有关；以倒置相差显微镜、电镜、荧光显微镜可以观察到10羟基喜树碱(10HCPT)可以诱导人肝癌细胞SMMC7221凋亡[5]；川芎嗪能抑制cmyc基因表达,故可对凝血酶诱导的血管平滑肌的细胞增殖有显著的抑制作用，同时它还能使脑缺血再灌时皮层基底节区cfos的表达明显下降，bcl2基因的表达明显升高，从而具有神经节保护作用[6]；粉防己碱(Tet)能抑制特定脑区即刻早期基因cfos的表达从而能抑制吗啡诱导的高活性及强化效应[7]。2分子生物学技术与药材鉴定我国药材种类繁多，资源丰富，但来源复杂,品种混淆厉害。目前一直运用经典形态分类来研究药材来源，这种运用形态分类学来划分物种是建立在个体性状描述和宏观观测水平上，得到的结论往往不完善，又容易引起争论。随着分子生物学与克隆技术的发展，可根据遗传物质DNA在不同生物个体之间的差异来鉴别生物物种，如可利用限制性内切酶酶切片段长度多态性(RFLP)来研究品种间、属间DNA的变异情况，从而揭示不同品种间的亲缘关系。高速、高效、优质和全部自动化的PCR技术，给药材鉴定带来了方便，尤其是贵重药材的鉴别。也可利用随机扩增的DNA多态性分析(RAPD)技术去分析真伪药材的DNA多态性，找出珍品特定的DNA片段，对此进行测序，进而制备DNA探针来检测相应的药材，为药材鉴定提供了一个新的准确、快速的方法。这种利用分子生物技术来鉴别药材的研究称为“分子标记鉴别”。这种鉴别技术可用于：(1)近缘生药品种的DNA分子鉴别，如：康冀川[16]等对58SrRNA基因及ITS2间区DNA序列分析表明，甘肃虫草和冬虫草的DNA序列相同，属同一种；(2)名贵易混淆生药的DNA分子鉴定，如人参、西洋参等的鉴别；(3)动物类药材的DNA分子鉴定，如：刘中秋[17]等根据22种亚洲产龟类线粒体12SrRNA基因片段序列，设计一对专用于鉴定中药材龟甲的鉴别引物，用该引物扩增乌龟和其他18种共48个样品的DNA模板，从而建立了一种简便、实用的龟甲用药材DNA分子鉴定法；刘向华[18]等分别从药材蛇胆的胆衣和胆汁、原动物棕黑锦蛇的肌肉和胆汁中提取DNA,经PCR扩增得到约400bp的12SrRNA的基因片段,并对该片段进行了测序研究，结果表明DNA分子标记技术可用于中药材蛇胆和胆汁的鉴定,也可用于其他动物分泌物类型药材的鉴别；(4)药材道地性的DNA分子研究,如利用RAPD技术可对冬虫草的地理群体间的遗传分化现象进行研究;(5)生药野生与家种的DNA分子鉴定，如野生大豆、野生辣椒等与其栽培品的RAPD和RFLP比较分析；(6)特定药材的DNA分子鉴定,如人工发酵产品冬虫夏草菌丝体的鉴别；(7)生药质量标准化的DNA分子刻划，如在日本茅苍术和北苍术作苍术用，关苍术和白苍术作白术用；(8)中药粉制剂的DNA鉴定,如对龟鳖胶囊、纯蛇粉与鹿血粉的鉴别；(9)中医古迹的DNA分子辅助考证，如：经14C测定对1985年在北京西郊太舟村挖掘出的太子莲进行鉴别；(10)药用植物种子、种苗纯度及雌雄的DNA分子鉴定，如利用RAPD技术可对生药种子的纯度与雌雄进行检测。3分子生物学技术与转基因动、植物的研究目前，许多中草药都面临着野生资源逐年减少和栽培品种品质下降的问题，给临床使用和中成药制造带来一定的困难。应用药用植物转基因器官培养技术生产的次生代谢物质正涉及到生物碱类、甙类、黄酮类、醌类及蛋白质等，此外利用转基因器官技术获得再生植株，可进行药用植树物良种繁殖，提高药材质量并获得一些具有合成化合物能力的突变植株。同时利用基因工程技术研制的转基因动物、植物可以定向生产主要的生物活性成分，并能以此创制和改造天然活性成分，使转基因的动物、植物成为生产中药活性成分的“活体工厂”。4分子生物学与中药基因组计划研究“中药基因组计划“是将分子生物学、生物信息学等现代生物技术与其他现代科学技术相结合来研究、开发中药。其根本点就在于从基因组学的高度、从分子水平上来发现研究中药的基因、寻找有效成分基因、将功能基因克隆表达并进行“工厂化生产”或转入植物进行“田间种植”；寻找、发现和克隆表达那些用于合成具有生物活性的小分子有机物的酶基因；利用代谢酶工程在实验室合成这部分中药有效成分。中药基因组计划是中药研究和应用的转折点，是中药现代化的里程碑，将为中药走向世界开辟崭新的道路，是中药研究的又一次革命。在这种研究中,将会运用到细胞工程技术、发酵工程技术、酶和蛋白质工程技术、基因工程技术以及基因芯片技术等，尤其是基因工程与基因芯片技术、基因工程技术在中药现代化中的研究主要从事中药及其活性成分的作用机理研究；转基因动、植物的研究;中药活性蛋白质或多肽的基因工程生产研究；中药活性成分生物合成途径关键酶的研究以及道地名贵中药材的基因文库的构建等方面。而中药基因芯片技术将从根本上改变长期以来人们对中药的研究手段和认识层次,它是一种高速、高效率地从分子水平上去研究中药的技术手段。这种基因芯片包括鉴定芯片与药物筛选芯片两种主要类型，前者可用于对中药材及其制成品的定性、定量分析，在药物鉴定、质量保证方面具有极为重要的应用价值，还可用于寻找、发现中药新基因；后者可用于中药的药效筛选以及药理分析等方面。利用分子生物学技术尤其是基因技术在中药领域中的研究已经取得了很大的成就,建立和完善了多种系统方法学。分子生物学、中药基因组学及蛋白质组学等应运而生，使中药正在走向世界。同时在今后的研究中更应大力借助于分子生物学技术对药用植物的遗传多样性的分子检测、中药材品种的系统整理与质量标准化及药用植物生物多样性保护与生药资源可持续利用等方面进行更进一步的研究。参考文献:[1]陈苏红,王小红,王升启.中药影响细胞基因表达的研究进展[J].中国中药杂志,2000,25(9):515517.[2]叶炯贤,王陆黎.加皂甙对肝癌基因表达的调节作用[J].中华实验外科杂志,2000,17(5):426427.[3]魏婉丽,魏小龙.绞股蓝皂甙对小鼠白血病P388细胞内原癌基因表达的影响.中国药理学报,2000,16(3):299301.[4]廖曾彬,梅骅,黄晓生,等.人参皂甙对高能冲击波肾细胞凋亡相关基因bcl2和bax表达的影响及其临床意义[J].中华实验外科杂志,2001,18(3):259260.[5]王晓颖,陈怀仁.10羟基喜树碱诱导人肝癌细胞SMMC7721凋亡及其机制的初步研究[J].南京铁道医学院学报,2000,19(4):234237.[6]吕少平,孙锋.川芎嗪对脑缺血再灌注时细胞凋亡的影响[J].河北医学,2000,6(8):673675.[7]朱毅,薛春生,周歧新.粉防己碱对小鼠吗啡诱导的高活性和强化效应的影响[J].中国中西医结合杂志,2001,21(2):130133.[8]王昀,孙关林,邬维礼,等.高三尖杉酯碱诱导K562和CML细胞凋亡及分化的实验研究[J].上海医学,2001,24(3):166168.[9]孔令泉,吴凯南,林辉.槲皮素对实验性乳腺癌中血管生成抑制作用的研究[J].中国肿瘤临床,2001,28(4):295299.[10]斯拉甫,艾斯卡尔,伊力哈林江,等.一枝蒿总黄酮类调节人肝癌细胞凋亡基因P53、Fas和bcl2表达[J].中国生物化学与分子生物学报,2001,17(2):226229.[11]吕晓英,刘新华,李由,等.红毛五加多糖对胃癌细胞的诱导凋亡作用[J].中国癌症杂志,2001,11(2):137139.[12]李宝元,梁云燕,王代树.中药白龙片与HMBA对人胃癌不同周期细胞癌基因与抑癌基因表达调控的共性研究[J].中国中西医结合杂志,2001,21(4):286290.