生物芯片技术与中药指纹图谱的联合应用(1)
摘要：中药多以复方使用，其成分复杂，化学专属性不强，传统的定量法难以满足需求。近年来，指纹图谱技术已经成为中药化学成分快速分析法。但指纹图谱技术有其限制因素。本文介绍了生物芯片技术与指纹图谱相结合的研究概况及其遇到的困难，希望能为中药发展提供一些思路。
关键词：生物芯片；技术应用；中药指纹图谱
人类对生命和疾病的研究已经深入到了基因和分子水平，生物芯片作为一种高通量筛选技术，推动了前沿科学的发展。根据固定物的不同可将生物芯片分成基因芯片，蛋白芯片，组织芯片以及细胞芯片。它将生物分子以阵列形式固定于支持物表面，与已标记的待测生物样品靶分子进行杂交或者相互作用，对其定性及定量[1]。
1中药发展的现状
近年来，人们对天然药物的需求逐渐增加，统计显示，欧美等国要花费数年和上亿美元从合成的数千化合物中筛选出一个药物，而中药开发新药周期短，命中率高，有巨大的社会价值和经济价值[2]。
疾病的发生是由多重因素造成的，如果仅用一元模式思考多元关系，往往会陷入网络式联系中，难以整出条理。以中医基础理论指导中药临床用药，才能发挥出中药的最佳疗效[3]。
2生物芯片技术应用于指纹图谱
2.1研究机理及进展 单味中药所含成分众多，因其生长环境，采收加工的不同，其化学成分有所不同。复方成分更为复杂，因此质量控制占具重要地位。近年来，中药指纹图谱技术已经成为中药质量控制的重要手段[4，5]。传统指纹图谱法包括气相色谱，液相色谱，薄层色谱，高速逆流色谱，电泳和毛细管电泳，波谱学方法等[6]。余伯阳教授的课题组长期以来研究中药药效作用物质基础与质量控制，提出了"生物效应与化学特征相关指纹"的研究方法，将其应用于山楂叶和银杏的研究，将色谱与效应分析耦合[7，8]。Kampranis等研究香豆素与cyclothialidine和DNA旋转酶结合，找出了旋转酶上的哪些残基是与药物结合有关的[9]。朱俊杰等人采用微流控芯片技术筛选药物，将传统的检测药物孵育时间从1h减少到了5min，提高了检出效能[10]。
2.2应用 生物芯片大量用于蛋白质相关图谱的研究。主要见于蛋白质芯片的应用。杨叶虹等人采用SELDI-TOF-MS技术，用H4蛋白芯片检测2型糖尿病视网膜病变患者的分子血清标记，得出m/z8925的蛋白强度在DM和DR组明显低于N组，表明这种成分的减少可能与糖尿病的形成有关。蛋白质芯片主要用以研究小分子量蛋白质和多肽，与大分子量的蛋双相电白质泳技术形成互补[11]。郑燕华等人采用WCX2芯片对34例肝癌患者和健康人进行蛋白质指纹图谱分析，筛选出13752Da和11472Da标志性蛋白建立起一个肝癌的诊断模型[12]。张烨等人采用SELDI-TOF-MS技术及NP10芯片探索出羚羊角水提液中蛋白质/肽的成分质量指纹图谱，提供了羚羊角的数字化质控标准[13]。王若光等人采取同样技术，对地龙生干品和炮制品的生物学特征进行了研究，发现高于12000并无峰出现，说明地龙水溶性成分以肽类为主，而蚓激酶并不是中药地龙唯一有效成分[14]。周联等人利用基因芯片检测复方黄连解毒汤及其有效成分黄芩苷和盐酸小檗碱对LPS造模小鼠脾细胞基因的影响，以芯片技术证实了复方作用优于单一成分[15]。
2.3存在的困难 目前生物芯片技术主要针对具有免疫抗原性的蛋白质和多糖类的设计，少用于中药或代谢组研究中成分群的测定，目前仅有芍药苷等十余种小分子成分建立了酶联免疫测定。且多按单成分测定模式分析，没有针对全成分群的相关芯片产品[16]。另一个不得不解决的问题就是成分间的交叉反应问题。如莱克多巴胺抗体对多巴酚丁胺有8.3%的交叉反应，链霉素抗体对双氢链霉素的交叉反应率达到90.6%，青霉素过敏病人与头孢菌素有17.83%的交叉过敏反应，因此交叉问题是亟待解决的问题。
2.4解决思路 蛋白质和肽类多糖等大分子一般具有抗原性，抗体抗原特异性结合强，减小了交叉反应的可能。中药中所含有效成分大部分为小分子，小分子与DNA的结合以DNA的空间结构的运动性为基础，这种结合作用包括共价键与非共价键结合两种形式。大部分药物与DNA的作用都是共价结合[17]。对于中药中小分子及代谢组成分，大多不具有免疫原性。一种解决的思路就是通过将小分子成分群作为半抗原，与载体耦合成抗原，将小分子的结构信息整合成抗原决定簇表达，经过传递与芯片上相应抗体特异性结合，从而达到识别目的[18]。由于抗原抗体之间交叉反应的线性叠加较好，根据线性方程规则，只要各个线性组方程不共线性，即某一成分与抗体结合的交叉作用有两个以上不同数值，即可测出半抗原浓度[19]。
3结语
在中医基础理论指导下应用中药，但是也要跟得上科技的发展速度，所以就要借助一些新的工具作为技术支持。目前已有不少关于生物芯片技术用于中药的研究，此项技术在探索中药作用靶点和机制，确定中药有效部位，中药材鉴定，道地药材鉴别，中药新药筛选等方面发挥了其优势[20]。生物芯片有助于帮助阐明中药或者复方的作用机制，在基因水平解释疾病的发展进程，有着推动中药走出国门的作用。
参考文献：
[1]管艳，苏式兵.生物芯片技术及其在中医药研究中的应用进展[J].中华中医药杂志，2012，02：422-425.
[2]杨忠，张亚鸥，黄文秀，等.基因组学与生物芯片技术在中药研究与开发中的应用[J].药学学报，2002，06：490-496.
[3]李春阳，李林.蛋白质组学技术对中医药研究的影响[J].中国中药杂志，2005，14：1062-1063，1110.
[4]Liang Y，Xie P，Chau F.Chromatographic fingerprinting and related chemometric techniques for quality control of traditional Chinese medicines[J].J Sep Sci，2010，33(3)：410-421., 百拇医药(徐雅)
关键词：生物芯片；技术应用；中药指纹图谱
人类对生命和疾病的研究已经深入到了基因和分子水平，生物芯片作为一种高通量筛选技术，推动了前沿科学的发展。根据固定物的不同可将生物芯片分成基因芯片，蛋白芯片，组织芯片以及细胞芯片。它将生物分子以阵列形式固定于支持物表面，与已标记的待测生物样品靶分子进行杂交或者相互作用，对其定性及定量[1]。
1中药发展的现状
近年来，人们对天然药物的需求逐渐增加，统计显示，欧美等国要花费数年和上亿美元从合成的数千化合物中筛选出一个药物，而中药开发新药周期短，命中率高，有巨大的社会价值和经济价值[2]。
疾病的发生是由多重因素造成的，如果仅用一元模式思考多元关系，往往会陷入网络式联系中，难以整出条理。以中医基础理论指导中药临床用药，才能发挥出中药的最佳疗效[3]。
2生物芯片技术应用于指纹图谱
2.1研究机理及进展 单味中药所含成分众多，因其生长环境，采收加工的不同，其化学成分有所不同。复方成分更为复杂，因此质量控制占具重要地位。近年来，中药指纹图谱技术已经成为中药质量控制的重要手段[4，5]。传统指纹图谱法包括气相色谱，液相色谱，薄层色谱，高速逆流色谱，电泳和毛细管电泳，波谱学方法等[6]。余伯阳教授的课题组长期以来研究中药药效作用物质基础与质量控制，提出了"生物效应与化学特征相关指纹"的研究方法，将其应用于山楂叶和银杏的研究，将色谱与效应分析耦合[7，8]。Kampranis等研究香豆素与cyclothialidine和DNA旋转酶结合，找出了旋转酶上的哪些残基是与药物结合有关的[9]。朱俊杰等人采用微流控芯片技术筛选药物，将传统的检测药物孵育时间从1h减少到了5min，提高了检出效能[10]。
2.2应用 生物芯片大量用于蛋白质相关图谱的研究。主要见于蛋白质芯片的应用。杨叶虹等人采用SELDI-TOF-MS技术，用H4蛋白芯片检测2型糖尿病视网膜病变患者的分子血清标记，得出m/z8925的蛋白强度在DM和DR组明显低于N组，表明这种成分的减少可能与糖尿病的形成有关。蛋白质芯片主要用以研究小分子量蛋白质和多肽，与大分子量的蛋双相电白质泳技术形成互补[11]。郑燕华等人采用WCX2芯片对34例肝癌患者和健康人进行蛋白质指纹图谱分析，筛选出13752Da和11472Da标志性蛋白建立起一个肝癌的诊断模型[12]。张烨等人采用SELDI-TOF-MS技术及NP10芯片探索出羚羊角水提液中蛋白质/肽的成分质量指纹图谱，提供了羚羊角的数字化质控标准[13]。王若光等人采取同样技术，对地龙生干品和炮制品的生物学特征进行了研究，发现高于12000并无峰出现，说明地龙水溶性成分以肽类为主，而蚓激酶并不是中药地龙唯一有效成分[14]。周联等人利用基因芯片检测复方黄连解毒汤及其有效成分黄芩苷和盐酸小檗碱对LPS造模小鼠脾细胞基因的影响，以芯片技术证实了复方作用优于单一成分[15]。
2.3存在的困难 目前生物芯片技术主要针对具有免疫抗原性的蛋白质和多糖类的设计，少用于中药或代谢组研究中成分群的测定，目前仅有芍药苷等十余种小分子成分建立了酶联免疫测定。且多按单成分测定模式分析，没有针对全成分群的相关芯片产品[16]。另一个不得不解决的问题就是成分间的交叉反应问题。如莱克多巴胺抗体对多巴酚丁胺有8.3%的交叉反应，链霉素抗体对双氢链霉素的交叉反应率达到90.6%，青霉素过敏病人与头孢菌素有17.83%的交叉过敏反应，因此交叉问题是亟待解决的问题。
2.4解决思路 蛋白质和肽类多糖等大分子一般具有抗原性，抗体抗原特异性结合强，减小了交叉反应的可能。中药中所含有效成分大部分为小分子，小分子与DNA的结合以DNA的空间结构的运动性为基础，这种结合作用包括共价键与非共价键结合两种形式。大部分药物与DNA的作用都是共价结合[17]。对于中药中小分子及代谢组成分，大多不具有免疫原性。一种解决的思路就是通过将小分子成分群作为半抗原，与载体耦合成抗原，将小分子的结构信息整合成抗原决定簇表达，经过传递与芯片上相应抗体特异性结合，从而达到识别目的[18]。由于抗原抗体之间交叉反应的线性叠加较好，根据线性方程规则，只要各个线性组方程不共线性，即某一成分与抗体结合的交叉作用有两个以上不同数值，即可测出半抗原浓度[19]。
3结语
在中医基础理论指导下应用中药，但是也要跟得上科技的发展速度，所以就要借助一些新的工具作为技术支持。目前已有不少关于生物芯片技术用于中药的研究，此项技术在探索中药作用靶点和机制，确定中药有效部位，中药材鉴定，道地药材鉴别，中药新药筛选等方面发挥了其优势[20]。生物芯片有助于帮助阐明中药或者复方的作用机制，在基因水平解释疾病的发展进程，有着推动中药走出国门的作用。
参考文献：
[1]管艳，苏式兵.生物芯片技术及其在中医药研究中的应用进展[J].中华中医药杂志，2012，02：422-425.
[2]杨忠，张亚鸥，黄文秀，等.基因组学与生物芯片技术在中药研究与开发中的应用[J].药学学报，2002，06：490-496.
[3]李春阳，李林.蛋白质组学技术对中医药研究的影响[J].中国中药杂志，2005，14：1062-1063，1110.
[4]Liang Y，Xie P，Chau F.Chromatographic fingerprinting and related chemometric techniques for quality control of traditional Chinese medicines[J].J Sep Sci，2010，33(3)：410-421., 百拇医药(徐雅)