全 文 ：现代生物技术在中药活性组分筛选中的应用
李发荣 3 o吴 臻 o杨建雄
k陕西师范大学 生命科学学院 o陕西 西安 ztssyul
≈收稿日期 ussv2s{2sw
≈通讯作者 3 李发荣 oר¯ }ksu|l{xvs{wxt o ∞2°¤¬¯}¬©¤µ²±ªxvs
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中药活性组分的确定是中医药现代化这个系统工程中
一个十分重要的内容 o阐明中药的活性组分 o有利于科学地
解释中药的作用机理 o制定科学的中药生产加工质量控制标
准 o也有利于实现中药现代剂型的研制及中药的二次开发 ∀
传统的中药活性组分筛选的程序是对有效复方或单味药进
行化学分离 o制备出活性部位或单体 o然后利用实验动物进
行在体药理活性验证 o消耗样品量大 !使用大量的实验动物 o
劳动强度高 !耗时耗力 o并且一次试验筛选样品量有限 o不适
合成分复杂的中药活性组分的筛选 ∀高通量药物筛选技术
是以细胞水平 !分子水平药物筛选模型为主的 o结合组合化
学 !自动化技术建立的大规模筛选药物的方法 o该技术的基
本思路是直接观察药物与药物靶标的相互作用 o使用样品量
少 o实验周期短 o是更为适合成分复杂的中药活性组分筛选
的新型技术 ∀
笔者简单的介绍现代生物技术在药物高通量筛选技术
中的作用及其在中药活性组分筛选中的应用展望 ∀
1 生物芯片技术
生物芯片是指通过微加工技术将生物材料如蛋白质 !
⁄ ! !细胞 !组织等有序的高密度的分布在一定的载体
上如玻璃 !塑料等表面 o形成含有大量生物信息的高密度生
物样品 o将样品与该芯片进行反应 o可以获得大量的样品相
关信息 o极大地提高了检测效率 ∀依据生物芯片所应用的材
料不同可分为 }基因芯片 o蛋白质芯片 o细胞芯片和组织芯
片 ∀目前技术比较成熟且用于药物筛选的主要是基因芯片
和蛋白质芯片 ∀
生物芯片技术的出现有利于同时检测某一种药物或者
中药对众多基因或靶蛋白的作用 o从而缩短药物筛选的时间
和成本 o能够在药物和基因之间架起一座桥梁 o从而在基因
水平 !分子水平上解释药物作用机理 o有助于从分子水平阐
明中药的治疗机制≈t ∀我国已有学者开始利用基因芯片技
术研究中药在基因水平上的作用效果 o初步绘制出了一些抗
癌中药作用的靶基因谱 ∀以靶蛋白 !靶基因或者靶细胞制作
相应的芯片 o观察药物与芯片上样品的作用情况即可用于筛
选药物 ∀生物芯片用于药物筛选研究 o使得观察的药物作用
靶标不仅仅局限于蛋白质 o可以在 o⁄ 水平上进行 o
有效的扩大了药物筛选的作用靶标数目 o促进了新药发现的
机会 ∀同时利用生物芯片易于实现自动化操作 o是药物高通
量筛选的主要途径 o也是中药活性组分筛选 o揭示中药治疗
机理的重要手段 ∀利用基因芯片比较疾病模型与正常模型
基因表达的差异 o也可以有效的发现新的药物靶标 ∀ µ¤¼等
利用基因芯片技术对抗肿瘤药物进行筛选≈u o• ¤±ª等用基
因芯片技术对鬼臼乙苷k ·¨²³²¶¬§¨ l的作用机制进行研究≈v o
¤¦¥¨¤·«等 利用蛋白芯片检测蛋白质和小分子药物相互作
用取得了成功≈w ox ∀
2 受体克隆技术
检测药物与靶标或者靶受体的体外结合性能 o可以初步
获得药物作用机理的信息 o克服了整体实验动物筛选提供药
物信息少 o以及很多疾病没有合适动物摸型的缺点≈y ∀该方
法在化学药筛选中已经逐渐为人们所重视 o在中药活性组分
的筛选中也进行了一些有益的尝试 o如 }贺浪冲等提出了利
用细胞膜色谱法进行中药活性成分筛选的模型 o该模型中 o
被分析成分如果与特定的细胞膜受体有特异性结合 o则色谱
保留时间延长 o利用该模型对当归 !川芎 !淫羊藿进行分析获
得了较好的结果≈z ∀
检测药物与受体的作用时 o如何获得高纯度的受体或靶
标是成功的关键因素 o传统的组织匀浆制备法获得靶标量
少 !纯度低 !成本高 o严重制约了该技术的发展 ∀利用重组
⁄技术把受体或受体亚型的基因从人体组织中克隆出来 o
然后在微生物或哺乳动物细胞内表达 o该方法有效地解决了
受体 !靶标的制备问题 o吸引着越来越多的人们用重组受体
进行药物筛选的研究 ∀鲁春娥 !±²³©¨¯等利用该技术制备受
体进行相关的药物筛选研究≈{ o| o目前成功地建立了谷氨酸
受体 !神经肽 ≠ 受体 !v 肾上腺受体亚型 !腺苷 t 受体 !x2
×受体 !肿瘤坏死因子k≥׃l受体作为药物靶点进行药
物筛选等多种受体并应用于高通量药物筛选 ∀受体克隆技
术与亲和色谱技术以及 °≤2≥技术相结合 o可以直接检
测出与受体相作用的活性组分的化学组成 o对于活性组分不
甚清楚的中药制剂尤为适用 o是一种极有前景的中药活性组
分筛选方法 ∀潘远江等以拓扑异构酶为靶标 o利用亲和色谱
技术结合 °≤2≥建立了抗癌药物的筛选模型≈ts ∀
3 动物细胞体外培养技术
用动物细胞体外培养技术进行药物筛选可以从细胞学
角度直接观察药物对组织或细胞的作用 o可以避免活体研究
时效应细胞针对性不强 o体内药物代谢反应 !种间及个体间
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中 国 中 药 杂 志
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的耐药性差异等缺陷 ∀如果想针对性地研究药物对特定组
织或细胞的作用 o就必须尽量选用相应的细胞株作为实验对
象 ∀例如 }孟凡迅等人用神经细胞培养法观察单味中药促进
神经生长的研究≈tt o ¨¼·
等以体外培养的肿瘤细胞加
入待检物质作用后 o检测肿瘤细胞血管生成因子的表达及分
泌 o用于筛选抗血管生成药物≈tu ∀另外 o利用体外培养的淋
巴细胞筛选与免疫功能相关的药物 o利用体外培养的肿瘤细
胞筛选抗肿瘤药物等也有大量的研究 ∀ ≥¤¯¬§¤ ¬µ½²¨ √¤等利
用培养的神经胶质细胞对一氧化氮合成的抑制剂进行筛选 o
并发现了新的药物作用蛋白靶标≈tv ∀体外培养技术日益成
熟和培养用品商品化 o使得对很多种药物的筛选研究工作变
得十分方便 !经济 ∀利用细胞体外培养技术进行中药活性组
分筛选消耗样品量少 o实验周期短 !可同时筛选大量样品 o筛
选结果较为可靠 o是适合中药及其复方制剂的活性组分筛选
的现实方法 ∀
4 双杂交技术
酵母双杂交技术是研究蛋白质与蛋白质k或多肽l间相
互作用的常用技术 o蛋白质间的相互作用是生命活动中广泛
而重要的作用 o与人类许多的疾病发生有密切的关系 o因此
检测小分子对蛋白质相互作用的影响也成为药物筛选又一
新方法≈tw ∀ ≠²∏±ª等≈tx 采用 型钙离子通道亚基间的相互
作用建立的双杂交系统寻找新型钙离子通道拮抗剂取得了
较好的效果 ∀双杂交技术药物筛选是建立在对疾病发生深
刻了解的基础上 o筛选结果十分可靠 o缺点是操作过程比较
多 o需构建各种载体系统 o筛选效率相对较低 o在中药活性组
分后期筛选中是值得参考的方法 ∀
5 噬菌体展示技术
噬菌体展示技术是研究蛋白质与蛋白质或多肽间相互
作用的技术之一 o其基本过程是利用基因工程手段将合成的
一组一定长度的任意序列的寡核苷酸片段克隆到特定表达
载体中 o使其表达产物以融合蛋白的形式呈现在丝状噬菌体
表面 o由于肽库中包含了该长度多肽的所有可能的氨基酸排
列顺序或其中的绝大部分 o每一个噬菌体呈现其中的一种肽
段 o因而库容量极大 o易于筛选和扩增 ∀通过亲和筛选 o可以
得到与靶分子具有较高特异性和亲和力的理想目的肽段 o这
些肽段可以作为候选药物进行开发≈ty ∀ ≥¦«¨ °≈tz 等提出了
展示克隆技术 o即将小分子用生物素标记后用生物素结合蛋
白固定在柱子上 o用噬菌体展示相应的靶器官的 ¦⁄ 库 o
然后用亲和层析法筛选 o最后测定与药物相作用的噬菌体中
的靶蛋白的基因 o可以知道待筛选的药物的作用靶标及药物
本身的活性 ∀随着该技术的进一步完善 o相信必定会在现代
药物筛选中发挥重要的作用 ∀
6 转基因动物
应用实验动物进行药物筛选 o是现代医药学发现药物的
主要途径 o尤其是整体动物的病理模型 ∀建立重大疾病 o疑
难疾病以及与中医/病证0相对应的动物模型是药物筛选的
长期重要任务 ∀转基因技术和基因敲除技术的发展 o为建立
动物病理模型提供了有利的条件 ∀转基因动物是指用实验
方法将外源基因导入染色体基因组内进行稳定整合 o并能遗
传给后代的一类动物 ∀利用转基因动物模型可以从整体水
平直观反映出药物的治疗作用 !不良反应及毒性作用 o真正
体现目的基因的活动特征 ∀利用转基因和基因敲除技术建
立敏感动物品系及与人类疾病相同的动物模型用于药物筛
选 o避免了传统动物模型与人类某种症状相似 o而在致病原
因 !机理不尽相同的缺点 o大大缩短了实验时间 o加快了药物
筛选的速度 ∀目前已培养出较多的转基因动物如 }高血压症
大鼠 o糖尿病大鼠 o老年痴呆型大鼠用于药物筛选研究≈t{ o
并已在抗肿瘤药物 !抗艾滋病病毒药物 !抗肝炎病毒药物 !高
血压药物的筛选中取得突破性进展 ∀
7 生物技术在中药活性组分筛选中的应用展望
关于中药活性组分的筛选 o国内外学者已经提出了不少
的筛选模型 o如田代真一提出的中药血清药理学方法≈t| o我
国学者丁明玉等提出的生物筛选法≈us o这些方法在筛选活
性成分方面都有各自的优点 o但是均不能较好的阐明中药活
性组分的作用机理的问题 o所以基于药物作用靶标 !靶分子
的高通量药物筛选模型是更适合中药活性成分筛选的可行
的技术路线 ∀现代生物技术的发展使得人们可以同时观察
药物对多个靶蛋白 !靶基因甚至整个组织 !个体的基因 !靶标
的作用情况 o这不但符合中药作用多靶点 !多途径的作用方
式 o也符合中医药注重整体性协调的思维模式 o所以利用以
现代生物技术为基础的高通量药物筛选技术 o进行中药活性
组分筛选是实现中药现代化的有效途径 ∀
目前 o将高通量筛选技术应用于中药活性成分的研究尚
极为少见 o但在化学药的筛选中已经广泛使用 o该技术用于
中药活性组分时 o只需将化学药改为中药活性组分或者活性
部位即可 o而筛选系统 !检测方法并不需要作大的改变 o可以
有效的改变传统中药活性组分筛选时样品消耗量大 !实验周
期长 !成本高的缺点 ∀如果将该技术与现代化学分离分析技
术如 °≤2≥ o≤2≥等相结合 o不但可以在短时间内筛选
得到活性组分 o而且可以对活性组分进行快速的结构判定 o
避免了常规条件下需要分离纯化出较多量的中药混合物中
的各种成分的麻烦 o在微量条件下即可得到明确的结果 ∀
¤µ® 等综述了液质联用技术在高通量药物筛选中的应用
情况≈ut o指出液质联用技术尤其适用于天然混合物药物高
通量筛选 o可以达到事半功倍的效果 o极大地提高药物筛选
的效率 o也必将大大促进中药现代化的进程 ∀
≈参考文献
≈t 金 伟 o马昱澎 o程海鹏 o等 1 生物芯片技术及在中药研究中
的展望 1 中草药 ousst ovukttl }t1
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≈责任编辑 古云侠
第六届/德彪 ) ≤≤ ƒ0中国奖kussx年度l
/德彪 ) ≤≤ ƒ0中国奖由瑞士德彪集团和中国癌症基金会于 t||w年 |月共同创办 ∀德彪集团属科研开发投资公司 o下设
三个相互相成的子公司 }德彪药物公司 o主攻新药开发及在世界范围内的注册 ~德彪制药研究所 o主攻剂型创新和缓释控释技
术 ~德彪临床研究中心 o组织临床研究和新药报批资料的准备 ∀
德彪奖旨在为科研人员和制药工业间搭起一座桥梁 o鼓励在癌症 !老年性痴呆 !糖尿病 !心血管等领域的中国新药开发事
业 o包括生物制剂 !天然提取物 !合成分子等 ∀主要面向国内所有从事高科技项目和从天然产物中提取新分子的中国科学家 !
实验室 !研究所 !大学和制药工业等 ∀德彪奖迄今已成功举办了五届 o其中第三届一等奖项目5石杉甲衍生物 ×2t的抗老年性
痴呆作用6 o已成功进入实质性国际开发 o目前在欧洲已进入 µ期临床研究 ∀德彪奖根据申报项目的科研价值和新颖性颁发
一 !二 !三等奖各一名 o鼓励奖若干名 ~一等奖八千瑞士法郎 o二等奖六千瑞士法郎 !三等奖四千瑞士法郎 o鼓励奖精美纪念品 ∀
热忱欢迎对德彪奖有兴趣的个人和单位申请 ∀可致函秘书处报名领取申请表 o然后将申请文件挂号寄给新一届秘书长 }
/德彪 ) ≤≤ ƒ中国奖0秘书处陈凯先院士k信封上请注明 }参评德彪奖l ∀地址 }上海浦东祖冲之路 xxx号 o中国科学院上海药
物研究所陈凯先院士 o邮编 }ustusv ∀
具体事项可直接致电德彪公司中国联络站的徐晓雁女士咨询详情或领取报告表 ∀电话 }ksutlx{wy{vtv k|«p t|«l ~传真 }
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