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關鍵詞：腦；基因組；元神；人格參照模式
中圖分類號：R2-03
文獻標識碼：A文章編號：
1673-7717（2008）11-2495-02
TCM Discussion on Brain Functional Genomic
LIU Jia-qiang（Chengdu University of Traditional Chinese Medicine,Changdu 610075,Sichuan,China）
Abstract：Primordial shen is concentrative embodiment of Shen, brain is house of mental activity. Brain cell is metabolism about information. The characteristic of brain genomic is uniformity, profound and subtle, reflection, activeness. The essentiality relate to brain functional genomic, the ego relate to transposition element. The function of brain genomic include receipting, processing, storaging, fetching and firing information.
Key words：brain； genomic； primordial shen； frame of reference
人腦是生物億萬年進化的產物，是宇宙中已知最復雜最精細的體系。大腦的研究一直是科學家孜孜以求的，是比基因更復雜的體系。從現代科學的角度來看，大腦是生命的最高控制系統，是人體的調控和思維、意識的中心；如何從整體角度來解譯大腦密碼，是中醫學最大的挑戰。利用中醫學整體思想結合現代信息科學技術以及基因組
學，將是從整體的角度真正解譯意識奧秘的有力工具。
1 中醫學對腦的認識
中醫對腦的認識是相當模糊的，自《內經》以來，歷代醫家圍繞著“心主神明”、“腦主視聽”以及“神居泥丸”的理論，進行著反復的觀察與探討。王清任《醫林改錯》對腦髓學說論述較為清晰，力倡“腦髓說”，是歷代文獻中有關腦髓理論的精彩篇章。但其應用腦髓學說指導臨床辨證治療尚難完善。
《素問•三部九候論》云:“神藏五”,明確指出人體的五藏為藏神之臟。而《靈樞•本神論》的“心藏神”、“肺藏魄”、“肝藏魂”、“脾藏意”、“腎藏志”則進一步說明了5個神藏的具體內容,即“心、肺、肝、脾、腎”五藏分別藏有“神、魄、魂、意、志”。五神藏的統一體就是神。元神是神的集中體現，李時珍認為腦為元神之腑。中醫將腦的功能歸于五臟，但是反過來五臟的功能也構成了大腦。精氣神是五臟的基礎和功能，是人整體的功能屬性。
2 基因組整體的精氣神功能分類
供細胞自身生命的生長、繁殖、代謝與體能消耗的這些基因組功能模塊稱為精基因組功能模塊，這些特殊信息的細胞分布在周身組織（包括軀體、內臟與腦等組織）中。維系人體內臟特有的分泌功能的基因組功能模塊稱為氣基因組功能模塊，由于這些基因的表達維系了五臟的相互作用和對外調控作用。神經細胞（主要是腦神經細胞）中的具有反映性、記憶性、主動性、搜索性等功能的基因組功能模塊稱為神（腦）基因組功能模塊。正是這些基因組模塊間的相互作用構成了基因組整體的結構和功能，這3個模塊間存在直接的調控關系。
腦基因組是腦細胞的調控中心 基因組是細胞的調控中心，雖然神經元細胞的功能多樣，但是神經元的功能特性仍然由神經元基因組的特性所決定。神經元細胞構成的復雜的網路系統實質上基因組之間的相互作用，從基因組出發解決腦問題可能更接近于實質。神（腦）基因組功能模塊也是由五神藏功能模塊所構成，五臟的相互作用構成了統一整體。
3 腦細胞是信息代謝
體細胞與內臟細胞的功能盡管也有不同，但都沒越出實體物質代謝（包括能量代謝與物質代謝）的內容，而神經細胞則進一步發展到了“信息代謝”，如接收信息、傳輸信息、發放信息……體現信息的一出一入這種既類似又不同于一般物質代謝的功能，這是神經細胞所特有的功能，也是它的主要功能，腦神經細胞的物質能量代謝都是為它服務的。腦基因組的功能也集中體現在對自身以及外來信息的處理上。
4 腦基因組的特性
4.1 整體連接每個腦細胞的基因組作為一個功能信息單位與其他基因組全方位連接，突觸的眾多的細胞連成一體，促使腦所有細胞的基因組相互連接成一整體。
4.2 反映性腦基因組的全方位特性決定了與外物相互作用的反映特征，把客體的差異如實地呈現出來，腦（元神）則可以反映事物的全部特性，而且腦（元神）中有無數個層面，不僅可以反映客體的狀態，而且也可以反映腦（元神）自身的內部狀態。
4.3 能動性人的主動能動性是由腦基因組的能動性所決定的。
4.4 對信息的作用腦功能基因組的特性表現在對自身和外來信息的反映和處理上，信息是編碼基因功能的起點和終點。
大腦皮層雖有相對的區域性,但各區域之間不但發生著多級雙向的方式與多樣性相互作用方式,而且每個區域都包含了別的區域的若干功能單元(或亞區) ,任何一種心理活動都需要大腦所有區域和系統(不同程度與方式)的參與。細胞之間傳遞的是調控信息，通過神經突觸，在編碼基因的作用下基因組之間傳遞了以編碼基因序列為節點的非編碼序列的調控信息，通過細胞內外信息的近乎無限的相互調控和反映，促使非編碼序列的改變，促使某些編碼基因的表達，腦細胞形成了統一的網絡結構整體。
5 人的大腦是生理建構和文化建構的統一而成的整體
在形成人的完整的神經系統的過程中，是古猿經過勞動和社會交往所逐漸形成的。一方面，人類的文化建構的活動與發展是依從生理建構整體特性的，另一方面文化建構對生理建構具有能動的反作用，促進生理建構的演變，從而促進文化建構的進化與發展。人的大腦的生理建構和文化建構矛盾運動構成了從古猿到人的進化和人的繼續發展。
大腦細胞中含有超過其他體細胞的RNA，而大腦又是以信息的接收、處理和發放等的信息代謝為主的，人類所接收的信息就很可能暫時存儲在這些物質的排列中；人出生后客觀世界的信息逐漸反映到人腦，從RNA傳遞到DNA中，繼而影響到轉座子和對編碼基因的調控，形成了較為固定的轉座子功能模式即人格參照模式。文化建構的基因序列影響了轉座子的功能活性，轉座子的功能活性又進一步影響了編碼基因的功能活性。文化建構構成了人的特定心理模式：性格或者體質。文化建構發生了某些變化則影響基因組編碼基因功能的發揮，通過激素又影響了身體五臟六腑的某些變化。文化建構的整體變化是可以造成核內某些編碼基因的某些變化。
生理建構和文化建構的矛盾運動構成了人的特定心理模式。本性與腦細胞的功能基因組有關，自我則是與人格模式或者心理模式相關的轉座子網絡調控下的基因功能相關。腦基因組是統一矛盾的整體，處在文化信息排列和編碼基因的矛盾運動中，而中間的媒介是轉座子網絡，即功能網絡結構。文化信息影響編碼基因的表達，編碼基因是在文化信息的調控中表達。情緒反映的背景是人格參照模式，是在人格模式背景下表達的。
6 腦基因組的功能
腦基因組的功能主要體現在接收信息，加工、貯存、提取信息，發放信息3個方面。這些都與腦功能基因組密切相關，是在基因的作用下對信息的作用。
加工信息：人的感覺器官（眼耳鼻舌身）可以分別感受客觀物質的物理、化學等特性的刺激。上述各種刺激作用到相應的感覺器官的感受器時，就可以引起傳入神經的興奮，進而在腦內引起反應，這些反應都可以引起腦（元神）相應的變化，基因序列的變化。若是單一的刺激，則是感覺；若是相關的復合信息，則是知覺。當一事物的“全部”信息進入腦（元神）后，則可形成該事物的表象。表象一旦形成，根據該表象部分特征，即可以回憶出整個表象來。每一事物都具有不同的特性，發放出的信息作用到不同的感覺器官，引起不同的神經沖動，伴隨著不同的生理變化。這樣一來，似乎完整的事物被各感覺器官分解了。但是這些信息進入腦（元神）后，又按其原來的狀態組合，表現出原有的整體狀態。
第二次加工，即把帶有復雜信息的整體映象縮合成一個簡單信息即特定的符號-詞匯代替之。這是對事物表象的抽象、脫離事物具體信息的過程。這就是人意識活動的概念的形成過程。現代心理學或哲學認為這種抽象是經過分析、綜合、演繹并對現象揚棄的結果，由此得出的概念或判斷，抓住了事物本質。一旦表象被抽象并賦予語義的詞匯后，形成的詞匯就脫離了表象所占據的層面，而進入了另一層面并建立起另外的系統聯系，這就是所謂的第二信號系統。如果我們把表象占據的腦（元神）空間稱作“第一映象空間”的話，不妨把第二信號系統所占據的腦（元神）的空間叫做“第二映象空間”。
貯存信息：人腦基因組可以儲存大量的信息。
提取信息：貯存有信息的腦神經細胞也會包含著所貯存的信息內容，因而也就成了腦（元神）中的一部分內容。鑒于意識的搜索性與驅動性，當需要提取信息時，就主動地向該點集中，于是實體物中的信息也就隨之得到清晰的映象。
發放信息是靠人的各種器官（包括感覺器官）把信息發放到客觀事物的過程。
結論：腦細胞功能的復雜性是由于細胞內所含的基因組的功能特性所決定，從基因組出發，從整體論出發來解譯腦是一種捷徑。當代影像學研究的只是腦基因組功能的外在顯像，而對于神經元細胞的調控中心基因組沒有深入研究。對于人腦這種復雜性系統，從還原論入手進行形的解剖研究不可能達到對腦整體的解譯，而中醫學思想無疑將可以發揮巨大的作用。
參考文獻
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[關鍵詞] 高血壓；腎血管性；心室肥厚；結締組織生長因子
[中圖分類號] R544.1+4[文獻標識碼]A[文章編號]1673-7210（2008）07（b）-013-03
The relation between connective tissue growth factor and ventricular hypertrophy in the rats with renovascular hypertension
SUN Hong-lei1，ZHANG Jing-qun2，MA Ye-xin2
(1.Central Hospital of Jiaozuo Coal Group Co.Ltd.，Jiaozuo 454150，China；2. The Affiliated Tongji Hospital，Tongji College of Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430030，China)
[Abstract] Objective:To study the relation between connective tissue growth factor and ventricular hypertrophy in the rats with renovascular hypertension. Methods: Some two-kidney one-clip (2K1C) renovascular hypertension（RVH）rats were established. Then they were randomly divided into two groups:RC1 and RC2. In addition，sham-operated rats were designed as controls(SC). The left ventricular weight(LVW) and the ratio of left ventricle weight to body weight(LVW/BW) were measured when the rats were killed at the endpoint of the study. The CTGF protein in the left ventricular myocardium were assayed by immunohisto- chemical methods. Results: ①Significant ventricular hypertrophy appeared at the 8th week and became more serious at the 12th week after surgery.②The expression of CTGF protein in the left ventricular myocardium increased significantly in RC1 rats and RC2 rats(compared with the sham rats)，and the expression of CTGF protein in RC2 rats increased more significantly than in RC1 rats. Conclusion:Increased expression of CTGF protein in left ventricular myocardium of rats with renovascular hypertension indicate that CTGF may play important roles in the development of ventricular hypertrophy of RVH rats.
[Key words] Hypertension；Renovascular；Ventricular hypertrophy；Connective tissue growth factor
高血壓是一種與遺傳和環境因素密切相關的以血壓增高為主要臨床表現的綜合征，主要累及心、腦、腎、大動脈及外周血管等組織器官，引起心肌肥厚、心力衰竭、腦卒中、腎功能不全等一系列疾病，是引起機體致殘、致死的元兇。如何預防和逆轉左室肥厚是人們一直努力探討的問題。結締組織生長因子（CTGF）是新近發現的分泌性多肽，具有多種多樣的生物學特性，在體內參與胚胎發育、細胞增生、分化及創傷愈合等。CTGF可促進細胞的黏附、增生、和細胞外基質形成[1]。相關研究表明，高血壓可引起心肌CTGF mRNA表達增加，且CTGF mRNA的表達與心肌肥厚的程度密切相關[2]。本研究旨在探討CTGF在RVH大鼠心肌肥厚發生、發展過程中的作用。
1材料與方法
1.1 實驗動物模型制作與分組
雄性SD大鼠若干只隨機分組。
兩腎一夾手術組：兩腎一夾方法構建腎血管性高血壓模型[3]。3%戊巴比妥鈉（30~50 mg/kg）麻醉下，沿腹白線作正中切口打開腹腔，分離左腎動脈，用一內徑為0.20 mm的銀夾使之部分縮窄；術后前4周每周檢測清醒安靜狀態下尾動脈收縮壓（SBP）（鼠尾動脈測壓儀：Rat Tail NIBP System，ADI Instruments），如SBP較術前升高≥20 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)，且高于140 mmHg為造模成功[3，4]。
假手術對照組：實行同樣的手術操作，但是不縮窄腎動脈。
造模成功大鼠20只隨機分成2組：RC1組和RC2組。同時設假手術對照組(SC組)。RC1組觀察8周，RC2組觀察12周。研究終點稱動物體重(BW)后處死，稱取左心室重量(LVW)。
1.2大鼠心肌膠原纖維形態學觀察
取心肌冠狀溝下約1 mm處，橫切心肌標本約5 mm厚，紗布吸干血跡后，用10％福爾馬林固定，石蠟包埋，制片。切片行VG膠原染色，用HMIAS-2000型全自動醫學彩色圖像分析系統（湖北武漢千屏影像公司）進行拍照，隨機取10個視野測量，計算其均值，求取心肌組織膠原容積積分(CVF=膠原面積/總面積)。
1.3 免疫組化染色法檢測TGF-β、CTGF的表達
心肌組織標本經10%福爾馬林固定，石蠟包埋，4 μm厚切片。按照S-P方法，步驟如下：切片脫蠟入水，蒸餾水洗5 min，PBS洗5 min×2次，滴加1滴3%H2O2溶液，38℃放置15 min，PBS洗5 min×3次，抗原修復液(9 ml 0.1mol/L枸櫞酸溶液＋41 ml 0.1mol/L枸櫞酸鈉溶液＋450 ml水)水浴加熱，煮沸10~15 min，冷卻后PBS洗5 min×3次，滴加正常山羊血清封閉，室溫30 min，甩凈不洗，滴加兔抗大鼠CTGF多克隆抗體（1100工作濃度，武漢博士德），4℃孵育過夜，PBS洗3 min×3次，滴加生物素化的羊抗兔IgG，37℃靜置30 min，PBS洗3 min×3次，滴加過氧化物酶標記的鏈霉親和素，37℃靜置30 min，PBS洗3 min×3次，DAB染色3~5 min，蘇木素復染，鹽酸酒精分化，PBS返藍，常規脫水透明，中性樹膠封片，鏡檢。使用HMIAS-2000高清晰度彩色醫學圖文分析系統進行分析。隨機選取每張切片至少10個視野（×200倍）自動選取陽性區域并計算平均光密度值.
1.4 統計學處理
數據資料以x±s表示，組間比較采用t檢驗和單因素方差分析及相關分析，以P＜0.05為有統計學意義。
2 結果
2.1 鼠尾動脈壓
各組術前SBP無明顯差異，術后SBP：SC組較術前無明顯變化，RC1、RC2組術后1周尾動脈壓開始升高，4周顯著增高，與SC相比有顯著性差異（P＜0.01），RC1與RC2相比無顯著性差異（P＞0.05），提示RVH模型成功（表1）。
2.2左心室重（LVW）、左心室重與體重比值(LVW/BW)
RC1組與SC相比，LVW、LVW/BW分別增加了38%、49%；RC2組LVW、LVW/BW進一步升高（P＜0.01）。
2.3 VG膠原染色
采用VG膠原染色法使大鼠心肌膠原染色，SC組可見心肌間質內少許散在的細絲狀紅色膠原，RC1組間質內可見較粗大的波狀纖維束，RC2組間質內見粗大的波狀纖維束聚集成板狀，形成瘢痕灶，取代原來的心肌細胞。表明腎血管性高血壓組隨著時間的推移，心肌纖維化程度明顯加重(圖1)。
2.4 心肌組織CTGF的表達
免疫組化染色法表明，CTGF主要在心肌胞漿及間質細胞表達，SC大鼠心肌胞漿內可見少量淡黃色顆粒物，呈弱陽性。RC1和RC2心肌組織內見大量棕黃色顆粒，呈強陽性（P＜0.05）。RC2與RC1相比，棕黃色顆粒更粗大，平均光密度值升高更明顯（表2）。
2.5 相關分析
把各組的CTGF的蛋白水平與相應的纖維化指標(LVW、LVW/BW、CVF)進行相關分析，結果顯示CTGF與LVW （r=0.642，P＜0.05)、LVW/BW（r=0.627，P＜0.05)、CVF(r=0.779，P＜0.05）均呈正相關。
3討論
兩腎一夾腎血管性高血壓（RVH）心肌肥厚是體液因素介導的心肌肥厚模型，主要是由于腎動脈狹窄，腎臟缺血，激活了腎素-血管緊張素-醛固酮系統，從而引起血壓持續性增高。因此，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)在該模型中明顯增高，是研究血管緊張素介導的終末器官損害的模型系統[4]。由于心肌細胞的肥大，成纖維細胞增生，間質、血管的重構，使心肌順應性降低，出現舒張功能不全，最終導致泵功能衰竭，研究表明，上述表現與心肌纖維膠原的重構，即心肌纖維化的形成密切相關[5]。
本實驗構建兩腎一夾RVH大鼠模型，術后1周尾動脈壓開始升高，4周顯著增高。假手術組術前術后血壓無變化，即本實驗模型是成功的。通過對心肌進行VG膠原染色，并以左心室重、左心室與體重比作為心肌肥厚的指標來進行觀察。在試驗中發現，術后8周RVH組大鼠開始出現心肌肥厚，12周進一步加重，心肌中見明顯瘢痕灶，提示術后2~3個月，大鼠正處于心肌肥厚進展形成期。在心肌肥厚的同時，心肌中出現了CTGF mRNA表達的上調和蛋白的表達增多，且隨著時間的延長，CTGF mRNA和蛋白的表達增多更明顯，提示CTGF參與了兩腎一夾腎血管性高血壓心肌肥厚的形成。
1991年人類CTGF首次從培養的人臍靜脈內皮細胞分離出。研究表明，在生理狀態下，機體組織可有基礎量CTGF分泌；而在病理狀態時，CTGF的過度表達與某些纖維化或增生性疾病的發生密切相關。CTGF主要刺激某些細胞的趨化、黏附及促進細胞外基質形成，增加成纖維細胞和內皮細胞增殖，誘導血管內皮細胞的凋亡[6]。Dominika 等[7]發現在成纖維細胞中通過AngⅡⅠ型受體的激活，AngⅡ能引起CTGF mRNA和蛋白的迅速表達，CTGF可能是抗纖維化的一個靶點。已有研究發現，自發性高血壓大鼠在低鹽飲食狀態下，心肌CTGF mRNA表達水平增高，表明高血壓可引起心肌CTGF mRNA增加。同時還觀察到在高鹽飲食的狀態下，其心肌CTGF mRNA、Ⅰ型膠原、Ⅲ型膠原基因表達較低鹽飲食時增加更顯著，且該作用可分別被AT1受體拮抗劑及其他藥物部分抑制[8]。
本實驗發現，CTGF mRNA和蛋白在腎血管性高血壓心肌肥厚大鼠中表達異常增高，主要在心肌細胞、間質及瘢痕組織中，隨病程延長其表達進一步增加，而此時血壓并無進一步的增加。提示CTGF參與了腎血管性高血壓大鼠心肌肥厚的發生、發展，而不依賴于血壓的升高程度。
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[關鍵詞] 急性腦血管意外；神經源性肺水腫；組織因子；組織因子途徑抑制物
[中圖分類號] R743 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2011）11（b）-039-02
Changes of tissue factor and tissue factor pathway inhibitor in acute cerebral vascular accident complicated neurogenic pulmonary edema
XU Zhaojun, BIE Huarong, TIAN Min, ZHENG Zhijuan, ZHANG Dongju
Department of Emergency, the First People's Hospital in Tianmen City, Hubei Province, Tianmen 431700, China
[Abstract] Objective: To investigate the changes of tissue factor (TF) and tissue factor pathway inhibitor (TFPI) in acute cerebral vascular accident complicated neurogenic pulmonary edema. Methods: 80 patients with acute cerebral vascular accident of which 36 cases of cerebral hemorrhage, 44 cases of cerebral infarction in our hospital from June 2007 to May 2010 were selected as the study group, 40 cases of healthy in the same period were chosen as the control group. TF, TFPI detected by ELISA technique and the results were compared. Results: TF level of study group was significantly higher than that of control group (all P
[Key words] Acute cerebral vascular accident; Neurogenic pulmonary edema; Tissue factor; Tissue factor pathway inhibitor
神經源性肺水腫（NPF）是指在無原發性心、肺和腎等疾病的情況下，由顱腦損傷或中樞神經系統（CNS）其他疾病引起的急性肺水腫。NPF是腦血管疾病較嚴重的肺部并發癥，起病急，治療困難，病死率可達60%~100%[1]。目前關于神經源性肺水腫確切的發病機制尚未完全明確。本文筆者研究組織因子（TF）及組織因子途徑抑制物（TFPI）在急性腦血管意外患者中的含量變化，并探討其含量變化與神經源性肺水腫發生的關系。現報道如下：
1 資料與方法
1.1 一般資料
選擇我院2008年6月~2010年5月收治的腦血管意外患者80例為研究組，根據病種類型分為兩個亞組，分別為腦出血組36例，腦梗死組44例，選擇同期同年齡段健康體檢患者40例為對照組（排除檢出心腦血管疾病、腫瘤感染等疾病者）。全部研究對象近1個月來未使用過影響抗凝的藥物。兩組患者性別、年齡比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。
1.2 神經源性肺水腫發病情況及表現
本組18例患者出現神經源性肺水腫，其中，腦出血組11例，腦梗死組7例，均在急性腦血管意外后數小時內發生，患者出現煩躁、心率增快、胸悶，嚴重者有氣促、胸部壓迫感，出現呼吸困難和發紺；血氣分析顯示不同程度的PaO2降低，PaCO2增高。
1.3 方法
全部患者均在腦血管意外發病3 d內采集靜脈血，對照組患者入院體健時采集靜脈血，枸櫞酸鈉抗凝，3 000 r/min離心10 min后，取血漿-20℃保存。采用雙夾心酶聯免疫吸附抗原法檢測患者血漿TF、TFPI水平，TF、TFPI檢測試劑來自美國BPB公司，操作完全按說明書進行。
1.4 統計學方法
采用SPSS 17.0統計學軟件進行分析，計數資料比較采用χ2檢驗；計量資料數據以均數±標準差（x±s）表示，兩組間比較采用t檢驗，多組間比較采用方差分析，多組間的兩兩比較采用q檢驗。P
2 結果
2..1 兩組組織因子及組織因子途徑抑制物比較
研究組患者中腦出血及腦梗死患者血TF值均高于對照組，差異均有高度統計學意義（均P
2.2 腦出血組中NPF與血TF、TFPI水平的關系
研究組腦出血患者中并發神經源性肺水腫患者血TF、TFPI均高于未并發神經源性肺水腫者，兩者比較差異均有統計學意義（均P
2.3 腦梗死組中血NPF與TF、TFPI水平的關系
腦梗死患者中并發神經源性肺水腫的患者血TF、TFPI水平均高于未并發神經源性肺水腫者，兩者比較差異有統計學意義（P
3 討論
神經源性肺水腫（NPF）的發生原因很多，其中較常見的原因是顱腦外傷、急性腦血管病、腦腫瘤等，腦血管病尤其是急性重癥腦血管意外可導致嚴重的肺部應激性損傷，起病急，治療困難，近年來引起臨床越來越多的重視。
關于NPF發生的機制有多種學說，其中沖擊傷和滲透缺陷理論得到較多的公認，但是無論何種學說的基礎都是機體在外界刺激作用下形成的強烈應激反應[2]。研究表明凝血反應與炎癥反應存在重要聯系。組織因子（TF）作為天然凝血途徑啟動物，與Ⅶa結合形成的Ⅶa/TF復合物可促進炎癥介質的釋放[3]。組織因子途徑抑制物（TFPI）具有抗凝作用，還可以減少血漿趨炎癥細胞因子水平。有文獻報道組織因子可以改變肺泡表面活性物質的數量、功能，影響肺組織的修復機制而引發肺損傷[4-5]，且外源性凝血的啟動可促進外周單核細胞、內皮細胞釋放白細胞介素、腫瘤壞死因子等，增強炎癥反應，加重肺損傷[6]。TFPI可抑制腫瘤壞死因子α在肺組織的表達，抑制白細胞活性，減輕肺損傷。本文腦血管意外患者血漿TF水平均高于對照組，并且并發NPF的患者血漿TF水平明顯高于未發生NPF的腦血管意外患者，且差異有統計學意義，從側面說明了凝血與炎癥反應異常確實存在于腦血管意外并發NPF的過程中，并且可能是促進NPF的一個重要因素。
本文急性腦血管意外患者中，腦出血及腦梗死患者血漿TF均高于正常對照組，原因可能是腦出血患者血管損傷，導致TF暴露入血，體內TF表達增加，或腦梗死患者動脈粥樣斑塊破裂，TF暴露，導致外源性凝血途徑啟動，血液呈高凝狀態，進而產生血栓[7]。但急性腦出血患者血漿TFPI高于對照組，急性腦梗死患者血漿TFPI低于對照組，可能是腦出血患者過度的炎癥反應，引起TFPI反饋性增多，而腦梗死患者凝血反應較強烈，具有抗凝作用的TFPI消耗過多，引起其血漿水平下降。
綜上所述，筆者認為急性腦血管意外并發肺水腫的原因除了通常認為的機體應激反應外，還可能與機體凝血-纖溶異常及炎癥反應有關，并且TF、TFPI參與了上述過程，共同導致肺損傷。但是其具體作用機制尚需進一步研究證實。
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[關鍵詞]本草基因組學； 基因組學； 組學； 中藥
[Abstract]Traditional Chinese medicine （TCM） has contributad greatly to improving human health However， the biological characteristics and molecular mechanisms of TCM in the treatment of human diseases remain largely unknown Genomics plays an important role in modern medicine and biology Here， we introduce genomics and other related omics to the study of herbs to propose a new discipline， Herbgenomics， that aims to uncover the genetic information and regulatory networks of herbs and to clarify their molecular mechanisms in the prevention and treatment of human diseases Herbgenomics includes herbal structural genomics， functional genomics， transcriptomics， proteomics， metabonomics， epigenomics and metagenomics Genomic information， together with transcriptomic， proteomic， and metabolomic data， can therefore be used to predict secondary metabolite biosynthetic pathways and their regulation， triggering a revolution in discoverybased research aimed at understanding the genetics and biology of herbs Herbgenomics provides an effective platform to support chemical and biological analyses of complex herbal products that may contain more than one active component Herbgenomics is now being applied to many areas of herb related biological research to help understand the quality of traditional medicines and for molecular herb identification through the establishment of an herbal gene bank Moreover， functional genomics can contribute to model herb research platforms， geoherbal research， genomicsassisted herb breeding， and herbal synthetic biology， all of which are important for securing the future of medicinal plants and their active compounds In addition， Herbgenomics will facilitate the elucidation of the targets and mechanism of herbs in disease treatment and provide support for personalized precise medicineHerbgenomics will accelerate the application of cuttingedge technologies in herbal research and provide an unprecedented opportunity to revolutionize the use and acceptance of traditional herbal medicines
[Key words]Herbgenomics； genomics； omics； traditional Chinese medicine （TCM）
doi：10.4268/cjcmm20162101
本草基因組學（herbgenomics）是利用組學技術研究中藥基原物種的遺傳信息及其調控網絡，闡明中藥防治人類疾病分子機制的學科，從基因組水平研究中藥及其對人體作用的前沿科學。涉及中草藥結構基因組、中草藥轉錄組、中草藥功能基因組、中草藥蛋白質組、中藥代謝組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、藥用模式生物、基因組輔助分子育種、DNA鑒定、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數據庫等理論與實驗技術。
傳統藥物應用歷史悠久，應用方式多樣，相關研究主要集中在形態識別、化學物質基礎揭示、藥效作用分析、資源調查、人工栽培等方面，但長期以來對傳統藥物基因資源的認識和了解十分薄弱，人才極其匱乏。由于中藥原植物基因組信息缺乏，中醫藥學和現代生命科學之間缺乏溝通的橋梁，新興的前沿生命科學技術很難應用于傳統中醫藥研究，如對于中藥道地性形成和維持的遺傳機制及道地性和藥性的相互關系缺乏深入了解，已嚴重影響了我國道地藥材的資源保護和新品種選育，中藥道地性形成和維持的遺傳基礎研究急需加強；中藥藥性的生物學本質研究亟待加強，多年來中藥藥性研究主要集中在化學和藥理方向，但對于中藥藥性的生物學本質研究還非常薄弱，已從根本上制約了對中藥藥性的深入研究；中藥基因資源是一種珍貴的國家戰略資源，國際競爭嚴峻，韓國、美國、日本等國家已啟動許多中藥基原物種全基因組研究，對我國傳統中藥研究領域造成極大挑戰。另外，由于大多數藥用植物有效成分含量低，分離提取需要消耗大量原料，對天然資源造成極大破壞，也使得多數提取類藥物的生產成本很高。
本草基因組學作為新興學科，廣義而言是從基因組水平研究中藥及其對人體作用。一方面從基因組水平研究基因序列的多態性與藥物效應多樣性之間的關系，研究基因及其突變體對不同個體藥物作用效應差異的影響，從蛋白質組學角度研究中藥作用靶點，特別是中藥復方的多靶點效應，為中藥配伍提供科學依據，指導藥物開發及合理用藥，為實現個體化精準醫療提供重要信息和技術保障；另一方面建立含有重要活性成分的中藥原植物基因組研究體系，系統發掘中藥活性成分合成及優良農藝性狀相關基因，解析代謝物的合成途徑、代謝物網絡及調控機理，為中藥道地品種改良和基因資源保護奠定基礎，為中藥藥性研究提供理論基礎，對傳統藥物學理論研究和應用具有重要意義，從基因組層面闡釋中藥道地性的分子基礎，推動中藥創新藥物研發，為次生代謝產物的生物合成和代謝工程提供技術支撐，創新天然藥物研發方式，為優質高產藥用植物品種選育奠定堅實基礎，推動中藥農業的科學發展，對揭示天然藥物形成的生物學本質具有重要價值，對培養多學科人才充實到傳統藥物研究具有引領作用。狹義而言本草基因組學集中研究中草藥本身的遺傳信息，不涉及對人體的作用。也就是說狹義本草基因組學主要研究中草藥結構基因組、轉錄組、功能基因組、蛋白質組、代謝組、表觀基因組、宏基因組，以揭示中藥道地性和中藥藥性的遺傳本質。本草基因組學正促進前沿生命科學技術應用到中藥領域，推動中藥研究迅速走到生命科學的最前沿。
1 本草基因組學的產生和發展
1.1 本草基因組學的產生 從“神農嘗百草，一日而遇七十毒”的傳說到現存最早的中藥學著作《神農本草經》（又稱《本草經》），從世界上現存最早的國家藥典《新修本草》（即《唐本草》）到本草學巨著《本草綱目》，兩千多年來，中藥學的發展反映了我國勞動人民在尋找天然藥物、利用天然藥物方面積累了豐富經驗。中藥學是中國醫藥學的偉大寶庫，對世界醫藥學發展作出了巨大貢獻。隨著現代科學技術的發展，特別是人類基因組計劃（Human Genome Project）的提出和完成，對人類疾病的認識和治療開啟了全新的篇章，在此背景下，中藥學研究逐漸深入到基因組水平從而導致本草基因組學產生和興起。
1977年Sanger完成首個物種全基因組測序，噬菌體φX174基因組，大小為5.836 kb[1]；人類基因組計劃由美國科學家于1985年率先提出，1990年正式啟動，2000年完成，是一項規模宏大，跨國跨學科的科學探索工程，其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的30億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的[2-3]。2000年，破譯擬南芥Arabidopsis thaliana全基因組，大小為125 Mb，作為第一個植物全基因組測序在植物科學史上具有里程碑意義[4]。我國藥用植物有11 146種，約占中藥材資源總數的87%[5]，是所有經濟植物中最多的一類。同時，藥用植物也是S多化學藥物的重要原料，目前1/3以上的臨床用藥來源于植物提取物或其衍生物，其中最著名的青蒿素來源植物是黃花蒿。
中國學者應用光學圖譜和新一代測序技術，完成染色體水平的靈芝基因組精細圖繪制，通過基因組解析提出靈芝為首個中藥基原的藥用模式真菌，文章發表在《自然通訊》上，期刊編輯部以特別圖片（featured image）形式進行了推介（圖1）[6]，認為該論文表明靈芝對于研究傳統菌類中藥的次生代謝途徑及其調控是一個有價值的模式系統。靈芝基因組圖譜的公布為開展靈芝三萜等有效成分的合成研究提供了便利，隨著這些合成途徑的逐步解析，使得通過合成生物學合成靈芝有效成分成為可能。同時，對靈芝生長發育和抗病抗逆關鍵基因的發掘和認知，將推動靈芝的基因組輔助育種研究，加速靈芝新品種的培育，并為靈芝的科學栽培和采收提供理論指導。
2009年，陳士林團隊提出本草基因組計劃，即針對具有重大經濟價值和典型次生代謝途徑的藥用植物進行的全基因組測序和后基因組學研究，全基因組測序、組裝和分析策略：測序物種的篩選原則，待測物種基因組預分析，測序平臺的選擇，遺傳圖譜和物理圖譜的繪制，全基因組的組裝及生物信息學分析；模式藥用植物突變體庫的建立和基因功能研究；藥用植物有效成分的合成及其調控研究；藥用植物抗病抗逆等優良性狀的遺傳機制研究及優良品種選育。在此基礎上，詳細介紹了本草基因組方法學研究：全面介紹物種基因組大小、染色體數目測定方法、第二代高通量測序方法、全基因組組裝和基因組注釋方法、基因組比較等生物信息學分析手段、簡要闡述重測序在藥用植物全基因組研究中的應用方法。由此，本草基因組學逐漸形成和完善，包括中草藥結構基因組、轉錄組、功能基因組、蛋白質組學、代謝組、表觀基因組、宏基因組、基因組輔助分子育種、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數據庫等內容。基于分子生物學和基因組學的藥用植物鑒別是當前研究的活躍領域，用于鑒別的分子生物學和基因組學技術：AFLP、RFLP、RAPD、DNA微陣列技術（microarray）、DNA條形碼（barcoding）等，基于基因組鑒別的分子基礎是植物分子系統發育關系反映物種進化關系。在這些技術當中，藥用植物DNA條形碼鑒定策略及關鍵技術是最受關注的方向，中藥材DNA條形碼分子鑒定指導原則已列入《中國藥典》2010年版增補本Ⅲ和《中國藥典》2015年版。
1.2 本草基因組學的發展 2015年國際期刊《科學》增刊詳述“本草基因組解讀傳統藥物的生物學機制”，提出本草基因組學為藥用模式生物、道地藥材研究、基因組輔助育種、中藥合成生物學、DNA鑒定、基因數據庫構建等提供理論基礎和技術支撐（圖2）。目前，藥用植物基因組學與生物信息學已經進入快速發展階段，必將對傳統藥物學產生巨大影響。國內外已經開展青蒿[7]、丹參[8-15]、西洋參[16]、甘草[17]等多種藥用植物的大規模轉錄組研究。基因組序列包含生物的起源、進化、發育、生理以及與遺傳性狀有關的一切信息，是從分子水平上全面解析各種生命現象的前提和基礎。第二代高通量測序技術的飛速發展及第三代單分子測序技術的興起使測序成本大大降低，測序時間大大縮短，為本草基因組計劃的實施奠定了堅實的技術基礎。目前，赤芝[6]、紫芝[18]、丹參[19]及鐵皮石斛[20-21]等重要藥用植物的基因組已完成測序工作并發表，人參、苦蕎、穿心蓮、紫蘇等中草藥基因組圖譜也完成繪制。
例如為了解析丹參的遺傳背景，陳士林團隊聯合國內外著名高校和研究機構，通過聯合測序技術完成了丹參基因組圖譜的組裝，丹參基因組的完成代表著首個鼠尾草屬物種基因組圖譜的成功繪制。進化分析顯示丹參與芝麻親緣關系更近，估計其分化時間約6 700萬年前。丹參基因組的發表推動首個藥用模式植物研究體系的確立。本草基因組學將開辟中藥研究和應用的全新領域，把握歷史性機遇，將極大提高我國開發中藥資源的能力，增強我國中藥基礎研究實力、提高我國中藥研究的自主創新能力，對于加速中藥現代化進程具有重大的戰略性科學意義，促進中藥研究和產業的快速發展[22]。本草基因組學將使中草藥生物學研究進入一個嶄新的時代――本草基因組時代。
1.3 學科內涵和外延 根據本草基因組學產生和發展過程，主要從3個方面確定學科的內涵，即理論體系、實驗技術和應用方向（圖3）。本草基因組學形成了高度綜合的理論體系，包括從基因組水平研究本草的九大內容：中草藥結構基因組、中草藥功能基因組、中草藥轉錄組和蛋白質組、中藥代謝組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、中藥合成生物學、中藥基因組學、中草藥生物信息學等。本草基因組學的實驗方法主要包括九大技術：高通量測序技術、遺傳圖譜構建技術、光學圖譜構建技術、基因文庫構建技術、突變庫構建技術、組織培養與遺傳轉化、蛋白質分離純化與鑒定技術、四大波譜技術及聯用、基因組編輯技術等。基于本草基因組學的理論體系和實驗技術，形成了該學科的七大應用方向：藥用模式生物研究、闡明道地藥材形成機制、基因組輔助育種、基因資源保護和利用、中藥質量評價和控制、中藥新藥研發、指導相關學科研究。
本草基因組學的學科外延與本草學、中藥學、基因組學、生物信息學、分子生物學、生物化學、生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學、中藥藥理學、中藥化學等密切相關（圖4）。本草學和中藥學為本草基因組學奠定了深厚的歷史基礎和人文基礎，為本草基因組學研究對象的確定提供豐富候選材料，基因組學和生物信息學為本草基因組學提供前沿理論和技術支撐，分子生物學、生物化學、中藥化學則為本草基因組學提供基礎理論和基本實驗技術支持，生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學與本草基因組學互相支撐發展，各學科的側重點不同，中藥藥理學、中藥化學為本草基因組學的應用提供技術支持。與以上各學科相呼應，本草基因組學促進本草學和中藥學從經典走向現代、從傳統走向前沿，為中醫藥更好服務大眾健康提供強大知識和技術支撐，擴大了基因組學和生物信息學的研究對象和應用領域，為分子生物學、生物化學、中藥化學走向實踐應用提供了生動案例，推動生藥學、中藥資源學、中藥鑒定學、中藥栽培學從基因組和分子水平開展研究，為中藥藥理學的深入研究提供理論和技術支持。
2 本草基因組學研究熱
本草基因組學借助基因組學研究最新成果，開展中草藥結構基因組、中草藥功能基因組、中草藥轉錄組和蛋白質組、中草藥表觀基因組、中草藥宏基因組、中藥合成生物學、中藥代謝組、中藥基因組學、中草藥生物信息學及數據庫等理論研究，同時對基因組研究相關實驗技術在本草學中的應用與開發進行評價，推動本草生物學本質的揭示，促進遺傳資源、化學質量、藥物療效相互關系的認識，以下詳細闡述本草基因組學的研究內容。
2.1 中草藥結構基因組研究 我國藥用資源種類繁多，因此藥用物種全基因組計劃測序物種的選擇應該綜合考慮物種的經濟價值和科學意義，并按照基因組從小到大、從簡單到復雜的順序進行測序研究。在測序平臺的選擇上應以第二代及第三代高通量測序平臺為主，以第一代測序技術為輔。近年來，紫芝、赤芝、茯苓、丹參、人參、三七等10余種藥用植物被篩選作為本草基因組計劃的第一批測序物種，其中赤芝結構基因組發表被《今日美國》（USA Today）以“揭秘中國‘仙草’基因組”為題報道（圖5），丹參基因組小（約600 Mb）、生長周期短、組織培養和遺傳轉化體系成熟等原因，被認為是研究中藥活性成分生物合成理想的模式植物[23]。丹參全基因組測序完成已推動丹參作為第一個藥用模式植物研究體系形成。
由于多數藥用植物都缺乏系統的分子遺傳學研究，因此在開展全基因組計劃之前進行基因組預分析非常必要。基因組預分析的主要內容包括：①利用條形碼等技術對滿足篩選原則的待測物種進行鑒定[24-25]；②通過觀察有絲分裂中期染色體確定待測物種的染色體倍性和條數；③采用流式細胞術[26]或脈沖場電泳技術估測物種的基因組大小，為測序平臺的選擇提供參考；④基因組Survey測序，在大規模全基因組深度測序之前，首先對所選藥用植物進行低覆蓋度的Survey測序，用來評價其基因組大小、復雜度、重復序列、GC含量等信息。
遺傳圖譜和物理圖譜在植物復雜的大基因組組裝中具有重要作用。借助于遺傳圖譜或物理圖譜中的分子標記，可將測序拼接產生的scaffolds按順序定位到染色w上。但遺傳圖譜的構建需要遺傳關系明確的親本和子代株系，因此其在大多數藥用植物中的應用受到限制。物理圖譜描繪DNA上可以識別的標記位置和相互之間的距離（堿基數目）。最初的物理圖譜繪制多是基于BAC文庫，通過限制性酶切指紋圖譜、熒光原位雜交等技術將BAC克隆按其在染色體上的順序排列，不間斷地覆蓋到染色體上的一段區域[27]。如今，光學圖譜OpGen[28]和單分子光學圖譜BioNano等[29]依賴于大分子DNA酶切標記的方法常用于物理圖譜的繪制。
隨著第二代測序技術的快速發展，用于短序列拼接的生物信息學軟件大量涌現，常用軟件包括Velvet[30]， Euler[31]， SOAPdenovo2[32]， CAP3[33]等。基因組草圖組裝完成后，可利用生物信息學方法對基因組進行分析和注釋，為后續功能基因組研究提供豐富的資源。例如，可以通過GeneScan[34]， FgeneSH[35]等工具發現和預測基因，利用BLAST同源序列比對或InterProScan[36]結構域搜索等方法對基因進行注釋，利用GO分析對基因進行功能分類[37]，利用KEGG對代謝途徑進行分析等[38]。
2.2 中草藥功能基因組研究 根據全基因組序列和結構信息，中草藥功能基因組研究充分利用轉錄組學、蛋白組學、代謝組學等方法，對藥用植物的功能基因進行發掘和鑒定，研究內容主要集中于構建模式藥用植物平臺、次生代謝產物合成途徑和調控機制的解析、抗病抗逆等優良農藝性狀遺傳機制的揭示等。
擬南芥、水稻等重要模式植物均具有大規模的T-DNA 插入突變體庫，利用這些突變體庫發掘了大量生長發育、抗逆性、代謝相關的重要基因。丹參等模式藥用植物全基因組序列和大規模突變體庫的建立將為藥用植物研究提供豐富的資源和材料，從而推動藥用植物功能基因研究， 尤其是次生代謝途徑相關基因的鑒定進程，突變體庫中的一些具有抗逆、抗病、高產等優良性狀的突變株系以及轉基因植株也是良好的新種質資源。藥用植物有效成分的生物合成途徑和調控方面的研究還很薄弱，主要集中在長春花、青蒿和甘草等少數物種，一些具有重大商業價值的天然藥物，如紫杉醇、長春堿、喜樹堿等生物合成途徑至今還未被完全解析，已有報道多采用單基因研究策略。本草基因組學為次生代謝途徑相關基因的“批量化”發掘奠定基礎，對次生代謝產物的生物合成及代謝工程等應用領域產生重要影響。
與生長發育、抗逆抗病、重要遺傳性狀及種質性狀控制相關的基因是藥用植物重要的功能基因，利用基因組注釋信息，發掘優良基因，運用基因工程的手段打破生殖隔離，培育活性成分含量高的具有優良農藝性狀的新品種，為活性成分的大量提取和廣泛臨床應用奠定基礎[39]。中草藥結構基因組將為轉錄組分析和基因組重測序研究提供參考序列，通過對種內或品種間種群個體的轉錄組測序和重測序可快速、準確、大規模地發現SNP，SSR，InDel等分子標記，加速分子標記和優良性狀的遺傳連鎖研究，快速發現藥用植物的表型、生理特征與基因型的關系，提高育種工作效率[39]。
2.3 中藥組學其他研究 中草藥轉錄組學是中草藥功能基因組學的重要研究內容，是在整體水平上研究中草藥某一生長階段特定組織或細胞中全部轉錄本的種類、結構和功能以及基因轉錄調控規律的科學。中草藥轉錄組研究為鑒定中草藥植物生長發育及抗病抗逆等優良性狀相關的基因功能提供基礎[40-41]。目前，在多數中草藥植物無法進行全基因組測序的情況下，轉錄表達譜研究成為比較基因序列、鑒定基因表達的一種快速方法。通過對中草藥不同組織部位、不同生長時期、不同生長環境下的轉錄組進行比較分析，可有效發掘參與中草藥植物生長發育及抗病抗逆等優良性狀相關基因。
中藥蛋白質組學是將蛋白質組學技術應用于中藥研究領域，一方面通過比較對照細胞或動物組織的蛋白質表達譜和給予中藥后蛋白質表達譜的差異，可找到中藥的可能靶點相關蛋白質，另一方面不同中草藥及其不同組分例如根莖葉中蛋白質組的差異，以評價中草藥活性成分與其生長過程中蛋白組變化的關系，尋找中藥高活性的機制。不同于其他蛋白質組學，中藥蛋白質組學的研究對象為中草藥本身及用中藥（單體化合物、中藥組份或復方）處理后的生物體（細胞或組織），發現中藥的有效成分及作用機制。中藥蛋白質組學的研究目標包括：中藥藥物作用靶點的發現和確認，特別是中藥復方的多靶點效應，蛋白質組學能更好發現中藥復方的多種靶點，研究中藥植物蛋白質組成差異，闡明中藥作用機制及中藥毒理作用機制，以及為中藥配伍提供科學依據。
中藥代謝組學結合中草藥結構基因組解析代謝物的合成途徑、代謝物網絡及調控機理，研究內容主要包括藥用植物的鑒別和質量評價，藥用植物品種選育及抗逆研究，初生、次生代謝途徑解析，代謝網絡、代謝工程研究及合成生物學研究等幾個方面，最終為藥用植物品種選育、創新藥物研發和質量安全性評價奠定基礎。
中藥基因組學從基因水平研究基因序列的多態性與藥物效應多樣性之間的關系，研究基因及其突變體對不同個體藥物作用效應差異的影響，以此平臺指導藥物開發及合理用藥，為提高藥物的安全性和有效性，避免不良反應，減少藥物治療費用和風險，實現個體化精準醫療提供重要信息和技術保障。例如，Sertel等[42]經基因檢測得出53/56的基因上游位置包含一個或多個c-Myc/Max結合位點，c-Myc和Max介導的轉錄控制基因表達可能有助于提高青蒿琥酯對癌細胞的治療效果[43]。又如，銀杏具有顯著的誘導CYP2C19活性效應，研究顯示不同CYP2C19基因型個體，銀杏與奧美拉唑（omeprazole，廣泛使用的CYP2C19底物）存在潛在的中西藥互作關系。Chen等 [44]研究了健康志愿者體內六味地黃丸潛在的中-西藥相互作用以及是否受基因型影響。
中草藥表觀基因學是針對本草基因組計劃中具有重要經濟價值的藥用植物和代表不同次生代謝途徑的模式藥用植物開展表觀基因組學研究。研究內容主要包含4個領域：分別是DNA甲基化、蛋白質共價修、染色質重塑、非編碼RNA調控。中草藥表觀基因組學將通過研究重要中藥材（藥用生物）的基因組信息及其表觀遺傳信息變化，探索環境與基因、基因與基因的相互作用，解析哪些基因受到環境因素的影響而出現表觀遺傳變化可能提高中藥材的藥效品質，哪些表觀遺傳信息影響中藥的性味等。
中草藥宏基因組學是以多種微生物基因組為研究對象，對藥材生長環境中微生物的多樣性、種群結構、進化關系、功能活性以及微生物與藥材生長相互協作關系進行研究的一門學科，對于幫助解決中草藥連作障礙等現實問題具有重要指導作用。
藥用模式生物研究體系的確立是本草基因組學的重大貢獻，該體系具有模式生物的共同特征。從一般生物學屬性上看，通常具有世代周期較短、子代多，表型穩定等特征。從遺傳資源看，基因組相對較小，易于進行全基因組測序，遺傳轉化相對容易。從藥用特點看，需適于次生代謝產物生物合成和生產研究。
3 本草基因組學的實踐應用
本草基因組學作為前沿科學，具有很強的理論性，同時該學科涉及的技術方法和理論對中醫藥實踐具有巨大的指導意義。例如，基于中草藥結構基因組開發的DNA條形碼分子鑒定技術被國際期刊《生物技術前沿》以題為“草藥鑒定從形態到DNA的文藝復興”發表，將給傳統中藥鑒定帶來革命性影響；基于中草藥功能基因組和表觀基因組研究闡明道地藥材的形成機制，將對優質中藥生產和栽培技術的改進提供指導；基于本草基因組學構建的基因數據庫、代謝物數據庫、蛋白數據庫等，以及開發的相關生物信息學方法，將為中藥藥理學、中藥化學、新藥開發等提供戰略資源；基于合成生物學技術實現目標產物的異源生產，具有環境友好、低耗能、低排放等優點，將為天然藥物研發提供全新方式。
3.1 道地藥材的生物學本質研究 道地藥材是優質藥材的代表，既受遺傳因素的控制，又受環境條件的影響。組學技術可提供有用工具闡明道地藥材的分子機制，例如，道地藥材“沙漠人參”肉蓯蓉Cistanche deserticola是中國最具特色的干旱區瀕危藥用植物和關鍵物種，新疆和內蒙古是其重要主產區和傳統道地產區，研究表明，內蒙古阿拉善和新疆北疆是肉蓯蓉兩大生態適宜生產集中區（2類生態型），黃林芳等[45]對兩大產區肉蓯蓉化學成分、分子地理標識及生態因子進行考察。應用UPLC-Q-TOF/MS技術對肉蓯蓉苯乙醇苷及環烯醚萜苷類成分進行分析；基于psbA-trnH序列對不同產地肉蓯蓉進行分子鑒別及分析；通過“中國氣象科學數據共享服務網”，獲得兩大產區包括溫度、水分、光照等生態因子數據；運用生物統計、數量分類等分析方法，對肉蓯蓉進行生態型劃分。UPLC-Q-TOF/MS分析表明，內蒙古與新疆產肉蓯蓉明顯不同，鑒定出16種成分，其中2′-乙酰毛蕊花糖苷可作為區分兩大產地肉蓯蓉的指標成分；psbA-trnH序列比對分析發現，肉蓯蓉不同產地間序列位點存在差異，新疆產肉蓯蓉在191位點為G，內蒙古產則為A，NJ tree分析表明，肉蓯蓉2個產地明顯分為2支，差異顯著；生態因子數據亦表明，肉蓯蓉的兩大氣候地理分布格局，為研究不同生態區域中藥生態型及品質變異的生物學本質提供了一種新思路，也為深化道地藥材理論研究奠定重要基礎。
另外，針對同一藥材在不同種植區域，開展中草藥表觀基因組研究，明確不同生產區域的遺傳變異，特別是環境不同對藥材表觀遺傳的修飾作用，包括DNA甲基化修飾、小RNA測序分析、染色質免疫共沉淀分析等。此外，土壤微生物也是道地藥材生長環境中的重要因素。采用宏基因組分析土壤微生物群落，為揭示土壤微生物和藥材生長的相互作用提供依據。
3.2 中藥分子標記用于中藥質量控制研究 本草基因組和功能基因組研究為開發藥材分子標記提供了豐富基因資源。基于基因組的分子標記有AFLP， ISSR， SNP等，基于轉錄組的分子標記有SSR等。當前國際上最受關注的分子標記是DNA條形碼，已經構建標準操作流程和數據庫、鑒定軟件，可廣泛應用于中藥企業、藥房、研究院所和大專院校等。中藥材DNA條形碼分子鑒定指導原則已被納入《中國藥典》，植物藥材以ITS2序列為主、psbA-trnH為輔助序列，動物藥材以COI序列為主、ITS2為輔助序列，在此基礎上，進一步開發了質體基因組作為超級條形碼對近緣物種或栽培品種進行鑒定。該體系可廣泛應用于中藥材種子種苗、中藥材、中藥超微破壁飲片、中成藥等鑒定，已出版專著《中國藥典中藥材DNA條形碼標準序列》和《中藥DNA條形碼分子鑒定》。
3.3 本草基因資源的保護與利用 隨著本草基因組研究的發展，本草遺傳信息快速增加，靈芝基因組論文被Nature China網站選為中國最佳研究（圖6），迫切需要一個通用平臺整合所有組學數據。數個草藥數據庫已經被建立，例如草藥基因組數據庫（http：//）、轉錄組數據庫（http：//medicinalplantgenomics.msu.edu）、草藥DNA條形碼數據庫（http：///en）、代謝途徑數據庫（http：//）等。但是這些數據庫缺乏長期維護，對使用者要求具備一定生物信息學技能。因此整合DNA和蛋白質序列、代謝組成分信息，方便使用的大數據庫十分必要和迫切。進一步提升生物信息分析方法，更好地利用基因組和化學組信息解析次生代謝產物的生物合成途徑，將有助于有效設計和尋找植物和真菌藥物。
利用簡化基因組測序技術獲得數以萬計的多態性標記。通過高通量測序及信息分析，快速鑒定高標準性的變異標記（SNPs），已廣泛應用于分子育種、系統進化、種質資源鑒定等領域。利用該技術可以篩選抗病株的特異SNPs位點，建立篩選三七抗病品種的遺傳標記，輔助系統選育，有效的縮短育種年限。通過系統選育的方法獲得的抗病群體，并采用RAD-Seq技術篩選抗病株的SNPs位點，為基因組輔助育種提供遺傳標記，進而有效縮短了三七的育種年限，加快育種進程。利用遺傳圖譜識別影響青蒿產量的基因位點取得突破，于《科學》[7]，該文基于轉錄組及田間表型數據，通過構建遺傳圖譜識別影響青蒿素產量的位點。青蒿植株表型的變異出現在Artemis的F1譜系中，符合高水平的遺傳變異。Graham等[7]發現與青蒿素濃度相關的QTL分別為LG1，LG4及 LG9（位于C4）。在開發標記位點用于育種的同時，Graham等檢測了23 000株植株的青蒿素含量，這些植株是青蒿的F1種子經甲基磺酸乙酯誘變后于溫室培養12周的F2、F3代。結果發現經誘變后的材料大約每4.5 Mb有一個突變，其變異頻率小于Artemis中的每1/104堿基對的SNP多態性。該方法能夠識別攜帶有益變異的個體（來源于甲基磺酸乙酯誘變處理），同時亦能識別遺傳背景獲得提升的個體（由于自然變異而導致有益等位基因分離的個體）。Graham等也檢測高產F2代植株青蒿素的含量：盡管F2的植株雜合性較低，但其青蒿素含量比UK08 F1群體植株的含量高。另外，Graham等驗證了基于田間試驗獲得與青蒿素含量相關的QTL在溫室培育的高產植株中高效表達。同時發現，大量分離畸變有利于有益的等位基因（位于C4 LG1且與青蒿素產量相關的QTL）。這些數據證實了QTL及其對青蒿素產量的影響，同時也證明了基因型對于溫室及田間培育的青蒿材料具有極大影響。
3.4 中藥合成生物學研究 結構復雜多樣的中藥藥用活性成分是中藥材發揮藥效的物質基礎，也是新藥發現的重要源泉。然而許多中藥材在開發和使用的過程中往往面R一系列難題，如許多藥材生長受環境因素影響較大；有些珍稀藥材生長緩慢，甚至難以人工種植；大多數藥用活性成分在中藥材中含量低微，結構復雜，化學合成困難；傳統的天然提取或者人工化學合成的方法難以滿足科研和新藥研發的需求，中藥合成生物學將是解決這一矛盾的有效途徑。中藥合成生物學是在本草基因組研究基礎上，對中藥有效成分生物合成相關元器件進行發掘和表征，借助工程學原理對其進行設計和標準化，通過在底盤細胞中裝配與集成，重建生物合成途徑和代謝網絡，實現藥用活性成分的定向、高效的異源合成，從而提升我國創新性藥物的研發能力和醫藥產業的國際核心競爭力[40]。
隨著基于高通量測序的中草藥結構基因組學和轉錄組學研究的快速發展，利用生物信息學技術和功能基因組學方法從大量中藥原物種的遺傳信息中篩選和鑒定出特定次生代謝途徑的酶編碼基因，將極大加快次生代謝途徑的解析進程，為中藥合成生物學研究奠定堅實基礎。通過優化密碼子偏好性、提高關鍵酶編碼基因的表達量、下調或抑制代謝支路等方法來優化和改造異源代謝途徑， 按人們實際需求獲取藥用活性成分[40]。
3.5 中藥作用靶點與個性化治療 中藥蛋白質組學將蛋白組學技術應用于中藥研究領域，對尋找中藥的可能靶點和闡明中藥有效成分作用機制具有重要意義。譬如，蔣建東教授團隊在小檗堿降血脂研究中開展的突出工作[46]，以及Pan等[47]利用蛋白組學技術分析丹參酮ⅡA對宮頸癌Caski細胞的抑制作用，發現C/EBP同源蛋白和細胞凋亡信號調節激酶1參與丹參酮ⅡA的抑癌作用。對于中藥復方的相關作用靶點也有報道，Nquyen-Khuong等[48]探討了由栝樓、大豆、中藥五味子和西地格絲蘭提取物組成的混合物作用于人膀胱癌細胞后蛋白質組的表達譜變化，鑒定了多種與能量代謝、細胞骨架、蛋白質降解以及腫瘤抑制相關的蛋白。
青蒿素及其衍生物青蒿琥酯表現出明顯的體內外抗腫瘤活性，但其抗腫瘤的分子機制并不明確。研究者采用了基因芯片技術，在轉錄水平解析青蒿琥酯抗腫瘤相關的基因。再將表達譜數據導入信號通路分析和轉錄因子分析，結果表明c-Myc/Max可能是作為腫瘤細胞應對青蒿琥酯效應基因的轉錄調控因子，這一結果可能指導針對不同個體采用不同的治療策略[42]。由于銀杏具有顯著的誘導CYP2C19活性效應，通過研究不同CYP2C19基因型健康中國人個體，銀杏與奧美拉唑（omeprazole，廣泛使用的CYP2C19底物）潛在的中西藥互作關系。結果顯示，銀杏誘導CYP2C19基因型模式依賴的奧美拉唑羥基化反應，隨后降低5-羥基奧美拉唑腎臟清除率。銀杏和奧美拉唑或其他CYP2C19底物共同服用可顯著減弱其藥效，還需更多證據支持[49]。這一研究證實個體化治療基于人體基因差異，可能發揮更好療效。
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藥物基因組學是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間關系的學科。
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響物的作用。
基因多態性對藥代動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面。與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。基因多態性對藥效動力學的影響主要是受體蛋白編碼基因的多態性使個體對藥物敏感性發生差異。
苯二氮卓類藥與基因多態性：咪唑安定由CYP3A代謝，不同個體對咪唑安定的清除率可有五倍的差異。地西泮是由CYP2C19和CYP2D6代謝，基因的差異在臨床上可表現為用藥后鎮靜時間的延長。
吸入與基因多態性：RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應。
神經肌肉阻滯藥與基因多態性：丁酰膽堿酯酶是水解琥珀酰膽堿和美維庫銨的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，與用藥后長時間窒息有關。
鎮痛藥物與基因多態性：μ-阿片受體是阿片類藥的主要作用部位，常見的基因多態性是A118G和G2172T。可待因和曲馬多通過CYP2D6代謝。此外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。
局部與基因多態性：羅哌卡因主要由CYP1A2和CYP3A4代謝。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A，可能影響藥物代謝速度。
一直以來麻醉科醫生較其它專業的醫療人員更能意識到不同個體對藥物的反應存在差異。的藥物基因組學研究將不僅更加合理的解釋藥效與不良反應的個體差異，更重要的是在用藥前就可以根據病人的遺傳特征選擇最有效而副作用最小的藥物種類和劑型，達到真正的個體化用藥。
能夠準確預測病人對麻醉及鎮痛藥物的反應，一直是廣大麻醉科醫生追求的目標之一。若能了解藥物基因組學的基本原理，掌握用藥的個體化原則，就有可能根據病人的不同基因組學特性合理用藥，達到提高藥效，降低毒性，防止不良反應的目的。本文對藥物基因組學的基本概念和常用的藥物基因組學研究進展進行綜述。
一、概述
二十世紀60年代對臨床麻醉過程中應用琥珀酰膽堿后長時間窒息、硫噴妥鈉誘發卟啉癥及惡性高熱等的研究促進了藥物遺傳學（Pharmacogenetics）的形成和發展,可以說這門學科最早的研究就是從麻醉學開始的。
藥物基因組學(Phamacogenomics)是伴隨人類基因組學研究的迅猛發展而開辟的藥物遺傳學研究的新領域，主要闡明藥物代謝、藥物轉運和藥物靶分子的基因多態性及藥物作用包括療效和毒副作用之間的關系。它是以提高藥物的療效及安全性為目標，研究影響藥物吸收、轉運、代謝、消除等個體差異的基因特性，以及基因變異所致的不同病人對藥物的不同反應，并由此開發新的藥物和用藥方法的科學。
1959年Vogel提出了“藥物遺傳學”,1997年Marshall提出“藥物基因組學”。藥物基因組學是藥物遺傳學的延伸和發展，兩者的研究方法和范疇有頗多相似之處，都是研究基因的遺傳變異與藥物反應關系的學科。但藥物遺傳學主要集中于研究單基因變異，特別是藥物代謝酶基因變異對藥物作用的影響；而藥物基因組學除覆蓋藥物遺傳學研究范疇外，還包括與藥物反應有關的所有遺傳學標志，藥物代謝靶受體或疾病發生鏈上諸多環節，所以研究領域更為廣泛[1,2,3]。
二、基本概念
1．分子生物學基本概念
基因是一個遺傳密碼單位，由位于一條染色體(即一條長DNA分子和與其相關的蛋白)上特定位置的一段DNA序列組成。等位基因是位于染色體單一基因座位上的、兩種或兩種以上不同形式基因中的一種。人類基因或等位基因變異最常見的類型是單核苷酸多態性(single-nucleotidepolymorphism,SNP)。目前為止，已經鑒定出13000000多種SNPs。突變和多態性常可互換使用，但一般來說，突變是指低于1%的群體發生的變異，而多態性是高于1%的群體發生的變異。
2．基因多態性的命名法：
(1)數字前面的字母代表該基因座上最常見的核苷酸(即野生型)，而數字后的字母則代表突變的核苷酸。例如：μ阿片受體基因A118G指的是在118堿基對上的腺嘌呤核苷酸(A)被鳥嘌呤核苷酸(G)取代，也可寫成118A/G或118A>G。
(2)對于單個基因密碼子導致氨基酸轉換的多態性編碼也可以用相互轉換的氨基酸的來標記。例如：丁酰膽堿酯酶基因多態性Asp70Gly是指此蛋白質中第70個氨基酸－甘氨酸被天冬氨酸取代。
三、藥物基因組學的研究內容
基因多態性是藥物基因組學的研究基礎。藥物效應基因所編碼的酶、受體、離子通道及基因本身作為藥物作用的靶，是藥物基因組學研究的關鍵所在。這些基因編碼蛋白大致可分為三大類:藥物代謝酶、藥物作用靶點、藥物轉運蛋白等。其中研究最為深入的是物與藥物代謝酶CYP45O酶系基因多態性的相關性[1,2,3]。
基因多態性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響藥物作用，對于臨床較常用的、治療劑量范圍較窄的、替代藥物較少的物尤其需引起臨床重視。
（一）基因多態性對藥物代謝動力學的影響
基因多態性對藥物代謝動力學的影響主要是通過相應編碼的藥物代謝酶及藥物轉運蛋白等的改變而影響藥物的吸收、分布、轉運、代謝和生物轉化等方面[3,4,5,6]。
1、藥物代謝酶
與物代謝有關的酶有很多，其中對細胞色素-P450家族與丁酰膽堿酯酶的研究較多。
（1）細胞色素P-450（CYP45O）
物絕大部分在肝臟進行生物轉化，參與反應的主要酶類是由一個龐大基因家族編碼控制的細胞色素P450的氧化酶系統，其主要成分是細胞色素P-450（CYP45O）。CYP45O組成復雜，受基因多態性影響，稱為CYP45O基因超家族。1993年Nelson等制定出能反應CYP45O基因超家族內的進化關系的統一命名法：凡CYP45O基因表達的P450酶系的氨基酸同源性大于40%的視為同一家族（Family），以CYP后標阿拉伯數字表示，如CYP2；氨基酸同源性大于55%為同一亞族（Subfamily），在家族表達后面加一大寫字母，如CYP2D；每一亞族中的單個變化則在表達式后加上一個阿拉伯數字，如CYP
2D6。
（2）丁酰膽堿酯酶
麻醉過程中常用短效肌松劑美維庫銨和琥珀酰膽堿，其作用時限依賴于水解速度。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是水解這兩種藥物的酶，它的基因變異會使肌肉麻痹持續時間在個體間出現顯著差異。
2、藥物轉運蛋白的多態性
轉運蛋白控制藥物的攝取、分布和排除。P-糖蛋白參與很多藥物的能量依賴性跨膜轉運，包括一些止吐藥、鎮痛藥和抗心律失常藥等。P-糖蛋白由多藥耐藥基因（MDR1）編碼。不同個體間P-糖蛋白的表達差別明顯，MDR1基因的數種SNPs已經被證實，但其對臨床麻醉的意義還不清楚。
（二）基因多態性對藥物效應動力學的影響
物的受體（藥物靶點）蛋白編碼基因的多態性有可能引起個體對許多藥物敏感性的差異，產生不同的藥物效應和毒性反應[7,8]。
1、藍尼定受體-1（Ryanodinereceptor-1，RYR1）
藍尼定受體-1是一種骨骼肌的鈣離子通道蛋白，參與骨骼肌的收縮過程。惡性高熱（malignanthyperthermia,MH）是一種具有家族遺傳性的、由于RYR1基因異常而導致RYR1存在缺陷的亞臨床肌肉病，在揮發性吸入和琥珀酰膽堿的觸發下可以出現骨骼肌異常高代謝狀態，以至導致患者死亡。
2、阿片受體
μ-阿片受體由OPRM1基因編碼，是臨床使用的大部分阿片類藥物的主要作用位點。OPRM1基因的多態性在啟動子、內含子和編碼區均有發生，可引起受體蛋白的改變。嗎啡和其它阿片類藥物與μ-受體結合而產生鎮痛、鎮靜及呼吸抑制。不同個體之間μ-阿片受體基因的表達水平有差異，對疼痛刺激的反應也有差異，對阿片藥物的反應也不同。
3、GABAA和NMDA受體
γ-氨基丁酸A型（GABAA）受體是遞質門控離子通道，能夠調節多種物的效應。GABAA受體的亞單位（α、β、γ、δ、ε和θ）的編碼基因存在多態性（尤其α和β），可能與孤獨癥、酒精依賴、癲癇及精神分裂癥有關，但尚未見與物敏感性有關的報道。N-甲基-D-天門冬氨酸（NMDA）受體的多態性也有報道，但尚未發現與之相關的疾病。
（三）基因多態性對其它調節因子的影響
有些蛋白既不是藥物作用的直接靶點，也不影響藥代和藥效動力學，但其編碼基因的多態性在某些特定情況下會改變個體對藥物的反應。例如，載脂蛋白E基因的遺傳多態性可以影響羥甲基戊二酸單酰輔酶A（HMG-CoA）還原酶抑制劑（他汀類藥物）的治療反應。鮮紅色頭發的出現幾乎都是黑皮質素-1受體（MC1R）基因突變的結果。MC1R基因敲除的老鼠對的需求量增加。先天紅發婦女對地氟醚的需要量增加，熱痛敏上升而局麻效力減弱。
四、苯二氮卓類藥與基因多態性
大多數苯二氮卓類藥經肝臟CYP45O代謝形成極性代謝物，由膽汁或尿液排出。常用的苯二氮卓類藥物咪唑安定就是由CYP3A代謝，其代謝產物主要是1-羥基咪唑安定，其次是4-羥基咪唑安定。在體實驗顯示不同個體咪唑安定的清除率可有五倍的差異。
地西泮是另一種常用的苯二氮卓類鎮靜藥，由CYP2C19和CYP2D6代謝。細胞色素CYP2C19的G681A多態性中A等位基因純合子個體與正常等位基因G純合子個體相比，地西泮的半衰期延長4倍，可能是CYP2C19的代謝活性明顯降低的原因。A等位基因雜合子個體對地西泮代謝的半衰期介于兩者之間。這些基因的差異在臨床上表現為地西泮用藥后鎮靜或意識消失的時間延長[9,10]。
五、吸入與基因多態性
到目前為止，吸入的藥物基因組學研究主要集中于尋找引起藥物副反應的遺傳方面的原因，其中研究最多的是MH。藥物基因組學研究發現RYR1基因變異與MH密切相關，現在已知至少有23種不同的RYR1基因多態性與MH有關。
與MH不同，氟烷性肝炎可能源于機體對在CYP2E1作用下產生的氟烷代謝產物的一種免疫反應，但其發生機制還不十分清楚[7,11]。
六、神經肌肉阻滯藥與基因多態性
神經肌肉阻滯藥如琥珀酰膽堿和美維庫銨的作用與遺傳因素密切相關。血漿中丁酰膽堿酯酶(假性膽堿酯酶)是一種水解這兩種藥物的酶，已發現該酶超過40種的基因多態性，其中最常見的是被稱為非典型的（A）變異體，其第70位發生點突變而導致一個氨基酸的改變，與應用肌松劑后長時間窒息有關。如果丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性雜合子(單個等位基因)表達，會導致膽堿酯酶活性降低，藥物作用時間通常會延長3～8倍；而丁酰膽堿酯酶Asp70Gly多態性的純合子(2個等位基因)表達則更加延長其恢復時間，比正常人增加60倍。法國的一項研究表明，應用多聚酶鏈反應（PCR）方法，16例發生過窒息延長的病人中13例被檢測為A變異體陽性。預先了解丁酰膽堿酯酶基因型的改變，避免這些藥物的應用可以縮短術后恢復時間和降低醫療費用[6,12]。
七、鎮痛藥物與基因多態性
μ-阿片受體是臨床應用的阿片類藥的主要作用部位。5%～10%的高加索人存在兩種常見μ-阿片受體基因變異，即A118G和G2172T。A118G變異型使阿片藥物的鎮痛效力減弱。另一種阿片相關效應—瞳孔縮小，在118G攜帶者明顯減弱。多態性還可影響阿片類藥物的代謝。
阿片類藥物的重要的代謝酶是CYP2D6。可待因通過CYP2D6轉化為它的活性代謝產物－嗎啡，從而發揮鎮痛作用。對33名曾使用過曲馬多的死者進行尸檢發現，CYP2D6等位基因表達的數量與曲馬多和O－和N－去甲基曲馬多的血漿濃度比值密切相關，說明其代謝速度受CYP2D6多態性的影響。除CYP2D6外，美沙酮的代謝還受CYP3A4的作用。已證實CYP3A4在其它阿片類藥如芬太尼、阿芬太尼和蘇芬太尼的代謝方面也發揮重要作用。
有報道顯示兒茶酚O-甲基轉移酶(COMT)基因與痛覺的產生有關。COMT是兒茶酚胺代謝的重要介質，也是痛覺傳導通路上腎上腺素能和多巴胺能神經的調控因子。研究證實Val158MetCOMT基因多態性可以使該酶的活性下降3～4倍。Zubieta等報道，G1947A多態性個體對實驗性疼痛的耐受性較差，μ-阿片受體密度增加，內源性腦啡肽水平降低[13～16]。
八、局部與基因多態性
羅哌卡因是一種新型的酰胺類局麻藥，有特有的S-(-)-S對應體，主要經肝臟代謝消除。羅哌卡因代謝產物3-OH-羅哌卡因由CYP1A2代謝生成，而4-OH-羅哌卡因、2-OH-羅哌卡因和2-6-pipecoloxylidide(PPX)則主要由CYP3A4代謝生成。CYP1A2的基因多態性主要是C734T和G2964A。Mendoza等對159例墨西哥人的DNA進行檢測，發現CYP1A2基因的突變率為43%。Murayama等發現日本人中CYP1A2基因存在6種導致氨基酸替換的SNPs。這些發現可能對藥物代謝動力學的研究、個體化用藥具有重要意義[17,18,19]。
九、總結與
展望
摘要：人類基因組計劃(HGP)經過10年的實施，已取得巨大成果。該計劃將顯著改變醫療科學，同時也潛伏著新的危險。隨著HGP的發展，人類社會在基因檢查、藥物基因組研究及基因治療等三大應用領域有著美好的發展前景，同時也面臨著新的困境。在將HGP成果應用于人類社會時，我們必須及時考慮和解決所涉及的倫理、道德和社會等問題，從而使HGP成果更好地為人類社會服務。
Why Map a Human
——Impact of Human Genome Project on Human Society & 10th Anniversary Celebration of HGP
Abstract：The Human Genome Project (HGP) has made great progress in ten years.HGP is producing a information that will illuminate secret of life.The effort could revolutionize medical science.But new dangers are arriving，too.Confronted with the dilemmas posed by new technology related to gene tests，pharmacogenomics and gene therapy，human need to make efforts to study and resolve ethical，legal and social quandaries.HGP will demand more guidance when technical gains are applied into human society.
Key Words：HGP;gene test;pharmacogenomics;gene theraphy
人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)自1990年正式啟動，至今已走過了10個春秋。這項跨世紀工程剛剛走過了它的第一個里程碑：第22號人類染色體被全部破譯!1999年12月2日出版的《Nature》雜志上發表了該染色體的完整基因序列［1］。這是迄今為止被完全破譯的第一條人類染色體。雖然其基因圖譜中含有一些小的空白點，但它仍然是一項了不起的成就。這項成果的取得足以使科學家們保持興奮的目光看到完整的人類基因組序列將在今年初步確定，這個完整的基因圖譜將含有關于人體每個基因及這些基因的蛋白產物的全部信息。屆時，《Nature》雜志若要發表完整基因圖譜，大約需要59萬頁的篇幅。今天，HGP已提供了數萬個基因供研究。任何對目前基因數據進行認真思考的人，都會感到束手無策；即便是遺傳學家，面對包容在DNA中浩如煙海的遺傳信息甚至也會覺得無所適從。
基于同樣的原因，即使是在HGP取得巨大成果的今天，仍然不妨礙我們發出基因作圖為哪般的疑問和感慨。的確，究竟為什么要對人類作圖?將大量的資源用于得到一本浩瀚的90%以上為意義不明確的非編碼序列的“天書”是否值得?對于人類社會而言，科學家說基因圖譜將能告訴每個人，你從哪里來?你為什么是你?而與人們的利害直接相關的是，我們到底在尋找什么?這種尋找對于我們的生活意義何在?
很顯然，就DNA序列信息本身講，它幾乎不能給我們提供特定基因功能的確定信息，更不能回答上述問題。早期的人類基因組計劃倡導者把該計劃描繪為醫學萬能藥。這種夸張對吸引人們的注意力以及獲得項目資助是重要的［2］。但是現在我們必須面對現實。基因包含的巨大信息確實有改革醫學的潛力，但獲得基因信息的同時也就打開了包含各種倫理問題在內的潘多拉魔盒，這意味著遺傳信息的實現從來都不是一帆風順的。我們需要培養新一代的科學家，用完全不同的角度去充分開發已得到的信息資源，從而闡釋生命的奧秘。
1 人類基因檢查的困惑
當越來越多的人類遺傳基因被闡明了的時候，想要知道它對人意味著什么的壓力也增加了。直接的問題是，這個嬰兒患有遺傳性疾病嗎?那位少年帶有致病基因嗎?一個成年人帶有與糖尿病或者其它疾病有關的DNA嗎?10年前，HGP的始動因素就是要解決包括腫瘤在內的人類疾病的分子遺傳學問題。6 000多種單基因遺傳病和多種大面積危害人群健康的多基因疾病的致病基因和相關基因，代表了所有人類基因中結構和功能完整性至關重要的那一部分。因此，疾病基因的克隆在HGP各種競爭中居于核心的位置，也是HGP啟動10年來在社會上顯示度最大的成就［3］。而人們更關心的是醫生該怎樣才能從他的DNA中檢查出其罹患癌癥、心臟病及老年癡呆癥的可能性，以便消除它們的致命影響?
基因檢查正嘗試對更多的這樣的問題提供答案。毫無疑問，基因檢查將是與人類社會密切相關的醫療診斷中獲得最為迅速發展的重要領域之一。事實上，目前全世界每年都有數十萬胎兒接受像羊水檢查和絨毛膜抽樣檢查這樣一類的技術檢查。人工流產已經作為一種事實的方法來避免出生有可能帶有遺傳疾病的嬰兒。同時這類檢查并非只適用于未出生的胎兒，因為其中有許多方法也可以用來比較正確地檢查兒童和成人疾病。顯然，在今后數年里，隨著人類23對染色體的完全解密，基因檢查的次數將成倍地增長。
同樣正確的是，科學家對人類染色體了解得越多，他們越加意識到疾病的遺傳學比預期的要復雜得多，即使是那些所謂一目了然的疾病(單基因病)其易變性也超過了人們的想象。人類所有疾病中只有少數是由于單基因的缺損引起的。大多數比較復雜的疾病涉及許多只對人的易感性起推動作用的基因。這些疾病是由非單一基因的功能缺陷引起的。在任何相關基因上的DNA變異都可能導致一種疾病的表現型。一些基因的變異甚至只是對另一個基因的致病等位基因的補償。更為重要的是：疾病的發生常常是基因的多種功能和這些功能的相互作用造成的；而人類生活的極其多樣的環境，如我們吃的食物、呼吸的空氣，我們接觸的化學物質以及我們得到的醫療照顧等也同樣影響基因的表達。
因此，在醫學遺傳學家嘗試運用基因檢查來預測病人的健康狀況的努力中，一個不可忽視的現象是，在某些情況下，這些預測是極為準確的；但另一些情況下，測出的DNA變異與疾病的可能性之間并無密切聯系。那么，我們應該如何正確對待基因檢查所取得的信息?我們既可以利用這些信息來評估疾病發生的可能性，從而通過積極的飲食或行為改變來減少對某些普遍而復雜的疾病(如癌癥、高血壓)有遺傳傾向的人們的患病危險。另一方面，這些信息也將可能導致人們的醫療保險增加，就業困難、愛情婚姻家庭發生問題等。作為遺傳學研究的結果影響社會、經濟生活的典型事例，目前在一些國家，如英國、美國已通過立法規定，個人的DNA檢查數據不能作為保險和就業的依據［2］。
雖然基因檢查的迅速發展已經提出了許多不容易解決的倫理上、法律上、社會學上以及科學上的許多難題，但就像其它數百萬健康的兒童和成人所證明的，基因檢查能夠無法估量地改善個人、乃至整個家庭的生命質量。對基因檢查將能帶來的好處無動于衷是一種不道德的怯懦的行為，但是為了明智地使用這種技術，需要制定深謀遠慮的社會和法律的政策。對遺傳變異的關注及其它人類基因組序列的應用，我們必須提前預測、考慮和解決此類倫理學、法律和社會問題。
2 藥物基因組學的承諾
DNA信息除了給疾病診斷帶來的改善外，另一個很可能從HGP中較早獲益的是改進在現有疾病治療方法中進行藥物選擇的方法。盡管都知道個體對藥物的代謝存在差異，現代醫學實踐采取的仍是以某一標準體重作為給藥劑量的依據。而且許多疾病不僅是通過治療進行診斷，更為不幸的是，往往在找到正確的藥物之前，你可能已經花了4～6個星期去試驗了其他4種不同的藥，忍受了難耐的治療過程和藥物副作用。
不久的將來，理想的場景是當你在醫院看病時，在醫生給你開出處方前要做一件事，即從你頭上拔下一根頭發，做個DNA檢測來看看什么藥對你最恰當，從而不久你就能用上適合其本人基因組成的藥品。這就是HGP的分支之一——藥物基因組學的承諾［4］。這門新興的科學，旨在從基因水平準確地闡述某些藥物為什么有些人可獲得理想效果，而另一些人則否。
人體疾病都是起因于細胞內正常代謝途徑發生改變，代謝途徑是有基因決定的。因此，不論是器質性病變還是功能性疾病無不與基因密切相關。從這個意義上說，藥物設計應該建立在基因組信息的基礎之上。科學家希望運用基因組信息來指導設計針對個人的藥物預防計劃并研制切合特殊患者基因構造的藥品，從而避免毒害副作用產生。此外，DNA信息將幫助科學家們改變傳統的從動物到臨床的藥物試驗模式，從而可以大大減少藥物試驗的花費。由于臨床用藥的療效與個體的遺傳因素相關，對于在特定人群中具有卓越療效的藥物，涉及藥物反應的用以鑒定基因差別的DNA序列分析，將有助于確定藥物對小部分人群是否好。在這種情況下，藥物使用前先進行DNA診斷將是可行的。誘人的一點是，由于改進的臨床實驗，將使更多、更有效、更便宜的藥物出現［2］。美國人類基因組研究所所長Francis S.Colin預言道：藥物基因組學將是下一代醫學革命的一部分；用藥個體化是其中的一項目標；很快，醫生們將常規給病人做基因檢測，以確保開給病人的藥品實際上對該病人是最恰當的［5］。相對于基因治療，藥物基因組學的承諾可能更為實際或將實現的更早一些。
3 基因治療的前景
HGP之所以展開，是因為它似乎能夠帶來最大的希望，使人類最終不僅能治愈長期已知的遺傳性疾病，而且能夠治愈與基因有著更為神秘聯系的其他疾病(包括癌癥)。或許以后人類再不必擔憂罹患癌癥、AIDS和心臟病之類的致命疾病，因為它們都可以輕而易舉地扎上幾針就可以預防和終身受益了。基因治療的最終目的就是實現這些帶有科學與科幻色彩的奇跡，從而被喻為醫學史上的第四次革命。近年來，基因療法涉足范圍已超出遺傳性失常疾病并進入后天獲得性疾病中。實際上如今80%的臨床測試都集中在癌癥和AIDS上，致使基因療法應用潛力遠遠超過相對較少的遺傳性疾病［6］。隨著HGP繼續查明更多基因及其功能，基因療法涉足疾病的種類將不斷增加。
當前的問題是：人類將面臨體細胞基因治療和胚系細胞基因治療的選擇［2］。體細胞基因治療將基因像藥物一樣的使用，其目的是將基因定向導入致病細胞以便替代或代償這種致病缺陷。初步臨床研究表明這種治療方法是有前途的。這種基因治療效用的發揮、副作用以及花費的多少，是決定是否使用基因或基因產物的主要因素，這不牽涉道德和法律問題。現代醫學遺傳學的傾向是人們已不滿足只在體細胞上對致病基因的修修補補，科學家認為在生殖細胞水平采用胚系遺傳工程(germ-line enginerring)進行基因治療，將誕生完美無缺的人類［7］。與體細胞基因治療情況完全不同，胚系細胞基因治療的目的是以遺傳的形式改變個體的全身的每個細胞。這種對生殖細胞的遺傳修飾將會改變受術者及其子孫后代的DNA。在技術上，我們已經能夠擁有轉基因動物，至于轉基因植物或食品早已成為我們生活的一部分。而胚系遺傳工程產生的轉基因人，在不久的將來或許比所謂的克隆人更易實現，也是更具意義的實踐。因此許多科學家對應用于人類的胚系細胞基因治療躍躍欲試。然而在轉基因小鼠中，我們能夠隨意增加或者破壞幾乎任何一個基因，而且可以不考慮使用限制。相反，嘗試在人類應用則應該慎重。鑒于生殖細胞療法會永遠改變人的基因庫，它是否應該受到鼓勵或寬恕必須取決于生命的質量和道德因素［2］。
討論基因療法的前景和問題，如果不涉及倫理上的影響，那是不完整的。尤其是當我們開始改變生殖細胞時，這個狀況將會變得更危險。遺傳成分方面的錯誤可能給后代帶來許多問題。不久，人類或許將面臨更困難的決定，我們已經具有了改變我們人類基因結構的能力，我們將能設計我們的子孫后代。另一方面，遺傳學知識告訴我們，遺傳變異對物種是一種有意義的資源。在物種水平上的進化發生是保證適者生存。隨著我們對基因調節人體功能的機制的了解更加深刻而廣泛，我們人類該根據怎樣的標準去選擇有利于我們自己的性狀，而對于諸如身材矮小、白化病、耳聾、活動過度和好攻擊等所謂不利的性狀是一律剔除(Knock-out)呢，還是容許這種個體差異的多樣性存在?然而，誰會拒絕提高智力的遺傳工程的誘惑呢?人類已成為地球上的主宰物種。我們已經控制了我們未來發展的大多數方面，現在我們正渴望通過遺傳控制去掌握自己的進化，或許，自然界的下一步進化是在一個物種最終獲得了這種能力的時候。美國加州大學生物物理學和社會學家斯托克對此評價道：“進化正被技術所替代，人類正變向有意識的設計對象。”［8］福兮?禍兮?這是一個問題。
我們的社會已跨入盲目發展核能的時代，但我們不能盲目地跨入遺傳工程的時代。正如我們在基因療法方面所得到好處那樣，我們必須記住基因療法帶來的危險并保持警惕。這種把醫療技術的焦點縮到分子水平的理論和方法正在不斷地給醫學革命注入動力，也正是這種理論和方法使我們不得不面臨最為嚴峻的倫理學難題。我們必須確定，我們要在何種程度上設計我們的子孫后代。我們是否有權利未經過后代的允許(實際上也不可能得到這種允許)就改變他們的基因?在設法解決這一問題的過程中，我們將面臨人類的可塑性與可完善性等問題。
4 展望：迎接后基因組時代的到來
DNA雙螺旋理論第一次讓人類意識到，千姿百態的生命原來是由這么兩條歪歪扭扭的東西所決定的。生命是如此簡單以至于我們錯誤地認為只要將這兩條螺旋搞清楚，就可以掌握人類自身的一切。很幸運的是大多數科學家對此已開始有了清醒的認識。HGP的完成離解開生命的奧秘仍然有漫長的路要走，這條道路的名稱是后基因組時代。不論這條道路有多漫長，一件事已經達成共識，隨著人類基因組計劃的即將完成，真正有意義的探索將不來自序列而是來自對基因怎樣被調控的解答。
無論如何，要HGP對諸如胚系基因治療等倫理道德困境負責是不公平的。這些問題在計劃實施前就已初現端倪，甚至從遺傳學應用于人類時就意味著潘多拉魔盒的降臨。HGP不是引起了新的問題，只是擴大了它的范圍。HGP的發展已經超出了人們的預料，它使生命科學面目一新。其成果已反映在醫療臨床和制藥產業上。對人的生命觀、人生觀也會帶來巨大沖擊。因此如何克服其消極影響、最大限度地發揮其積極作用，使其為人類造福是已經擺在人們的面前的任務。而HGP對人類社會的終極影響/意義或許要很多年后才清晰可見。
參考文獻
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關鍵詞：體校運動員學生；語文學習興趣；培養策略
【中圖分類號】G842
一、體校生運動員學生語文學習興趣不足的原因
（一）學生文化基礎薄弱，層次分布不均
體校每年招生都是按照體育項目的條件從各個中小學選拔而來的，不可避免地會出現學生基礎薄弱和文化素質參差不齊等現象。尤其在經過一段時間的體育專業訓練后，大多數學生投人了較大的精力和時間在日常訓練當中，無心、無力學習文化課程，然而有些學生又想做到兩全其美，同時兼顧文化和訓練，學生間層次的差異也因此出現。在實際的語文教學中會出現以下幾個問題：
1.閱讀問題
閱讀是語文課程中必學的內容，閱讀過程和閱讀質量取決于獲取信息的程度。在教學實踐中，一些優秀的學生可以較為順利地完成閱讀理解任務，梳理文章內容也不存有問題，甚至可以分析文章中的優美語句，主旨感情和細節，并能理解作者的思想感情。然而也有一部分文化基礎較薄弱的學生在閱讀方面只停留在表層，無法理解和領悟課文的內涵，所以，應實施分層確立目標來調動學生語文閱讀的興趣和提高能力。
2.字詞問題
字詞是語文學習的基礎，大部分學生還有待強化鞏固較為復雜筆畫的生詞學習，甚至一些后進生在書寫中還存有錯別字的問題。
3.寫作問題
大多數體校生在進入體校前接受過小學教育，語文知識也涉及幾分，但作文水平參差不齊的現狀更為明顯。
（二）訓練強度大，缺乏學習精力
體校生一般從小學階段就開始了體育訓練，直到初中或高中時期，已經訓練了有幾個年頭，早已把訓練當成一種日常行為習慣。他們和普通學校學生存在差別。表現在體校學生不僅要參加體育訓練，各項語、數、外等文化課程的學習也都要完成，任務重、時間緊、壓力大，由此許多體校學生對學好文化課沒有充足的信心，再加上訓練強度大，導致身心疲憊，根本沒有精力放在語文等文化課程的學習上。
（三）教學“模式單一”僵硬，忽視學生個性
中國傳統教育模式一直是教師在課堂上口若懸河，臺下學生被動地接受教師所傳達的知識。有些教師在進行語文教學時善于將課程分成字詞、語段和中心主旨三個階段，沒有充分考慮學生個性特點和學習水平上所存在的差異[1]。因人的個性不同，學生在學習方法上也會具有差異性，如有的學生喜歡聆聽教師講解，而有的學生則喜歡和同學組成小組來相互討論，有的更是喜歡獨自分析、解決問題。雖然上述傳統的分階段的教學模式在短時間內各個層次的學習會提升學習效果，但是從語文教學長期發展來分析，這種教學不僅讓學生散失了學習興趣，語文素養更是不能得到提升，背離了語文教學的初衷。
二、培養體校運動員學生語文學習興趣的策略
（一）樹立學生自信心、提高學習語文興趣
1.教育目標上
教師的任務在于科學地調節學生的學習與其需要之間的關系，尤其是在體育中專學校。更需要注重語文學習與日常訓練和比賽之間的協調，使學生的學習活動與其情感需要實現和諧統一。
2.教學內容上
語文教育要發揮學生的主體性，教學內容必須針對學生的身心特c決定教學的難易程度。不能過高要求，要使學生在課堂中獲得情感的認同感。
3.教育方法上
一方面要有平等的師生關系，另一方面教師要肯定學生的個性主張，并利用這種不一致的資源，精心整合，并合理運用到課堂中去。
（二）完善評價體系、增強學生學習動力
1.強化過程評價
把學生參與課堂教學活動及課后作業情況等多方面學習過程因素作為評定，考核學生語文學習的依據。讓語文考試成績不再成為評價學生優劣的唯一標準。
2.增強學生的自我評價
在加強了過程評價的情況下，考試不再是學生的負擔，也不是老師主觀評價學生的法寶，而是學生自我挑戰、自我評價、自我認識的一種輔助手段，是學生尋找自我發展的一個過程，在教學過程中教師要努力讓學生對自己的學習有認可度，從而引領學生主動帶著感情融入到語文教學的學習過程中去。
（三）開放課堂教學，引領學生主動學習
《語文課程標準》指出：“語文課程應該是開放而富有創新活力的，應拓寬語文學習和運用的領域，注重學科的學習和現代科技手段的運用，使學生在不同內容和方法的相互交叉”[2]。理想的語文課應把課外資源引入課堂，把課堂學習引向課外，可以在中專語文教學中廣泛開展語文活動課，構建開放式課堂。把知識的傳授融入到各種有趣的活動中。如在散文教學使用繪畫法、誦讀法、情景再現法教學。針對不同的文體、內容，采用不同的教學形式，讓學生對每一堂課都感覺到不一樣，從而激發了學習的興趣，調動了他們學習的積極性、主動性和創造性，起到了事半功倍的效果。
（四）改變教學方式，發揮學生學習主體性
課堂上要將學生作為教學的主體，教師為學生的自主學習和活動只提供保障和輔導。課堂上我盡可能營造寬松的課堂氣氛，突出學生的主體地位，精心設計每堂課，讓學生輕松地投身其中，沉浸其中，得到精神上的陶冶。充分發揮學生的主體作用，讓學生自主探索，合作交流，作適度指導。學生在閱讀中得到美的享受，在爭辯中明白事理，在練習中得到提高。在學習中享受快樂，在快樂中學得知識，從而調動學生的學習興趣。比如課前預習，我要求不同層次的學生做不同的朗讀、思考、練習，課堂上讓每一個學生都能發表自己的看法，盡量讓每一位學生都動起來，給他們提供表現自己的空間。課后根據不同程度的學生布置難度適中的作業，并且及時發現他們的閃光點，及時給予鼓勵、表揚、獎勵，讓他們品嘗到成功的滋味和喜悅，從而激發學習語文的興趣。
結語：
語文學科對學生的個體發展具有非常重要的影響，無論在哪個學習階段都應該重視語文教學。體育中專的語文老師要根據學生的語文基礎和學習情況有針對性的制定教學策略，培養學生學習語文的興趣，通過語文課堂教學豐富學生的語文知識加強學生語文應用能力的指導，同時提升他們的人文素養和綜合能力。
參考文獻：
【關鍵詞】生物信息學；計算機科學；基因組學
生物信息學是利用計算機為工具，用數學及信息科學的理論和方法研究生命現象，對生物信息進行收集、加工、存儲、檢索和分析的科學。生物信息學的核心是基因組信息學，基因組學是研究生物基因組和如何利用基因的一門學問，該學科提供基因組信息以及相關數據系統，試圖解決生物、醫學和工業領域的重大問題。對于基因組學研究所產生的大量數據必須借助于先進的計算機技術收集和分析處理這些生物學信息，因此計算機科學為生物信息學的研究和應用提供了非常好的支撐。
1.序列比對
序列比對其意義是從核酸、氨基酸的層次來比較兩個或兩個以上符號序列的相似性或不相似性，進而推測其結構功能及進化上的聯系。研究序列相似性的目的是通過相似的序列得到相似的結構或功能，也可以通過序列的相似性判別序列之間的同源性，推測序列之間的進化關系。序列比對是生物信息學的基礎，非常重要。
序列比對中最基礎的是雙序列比對，雙序列比較又分為全局序列比較和局部序列比較，這兩種比較均可用動態程序設計方法有效解決。在實際應用中，某些在生物學上有重要意義的相似性不是僅僅分析單條序列，只能通過將多個序列對比排列起來才能識別。比如當面對許多不同生物但蛋白質功能相似時，我們可能想知道序列的哪些部分是相似的，哪些部分是不同的，進而分析蛋白質的結構和功能。為獲得這些信息，我們需要對這些序列進行多序列比對。多重序列比對算法有動態規劃算法、星形比對算法、樹形比對算法、遺傳算法、模擬退火算法、隱馬爾可夫模型等，這些算法都可以通過計算機得以解決。
2.數據庫搜索
隨著人類基因組計劃的實施，實驗數據急劇增加，數據的標準化和檢驗成為信息處理的第一步工作，并在此基礎上建立數據庫，存儲和管理基因組信息。這就需要借助計算機存儲大量的生物學實驗數據，通過對這些數據按一定功能分類整理，形成了數以百計的生物信息數據庫，并要求有高效的程序對這些數據庫進行查詢，以此來滿足生物學工作者的需要。數據庫包括一級數據庫和二級數據庫，一級數據庫直接來源于實驗獲得的原始數據，只經過簡單的歸類整理和注釋；二級數據庫是對基本數據進行分析、提煉加工后提取的有用信息。
分子生物學的三大核心數據庫是GenBank核酸序列數據庫，SWISS-PROT蛋白質序列數據庫和PDB生物大分子結構數據庫，這三大數據庫為全世界分子生物學和醫學研究人員了解生物分子信息的組織和結構，破譯基因組信息提供了必要的支撐。但是用傳統的手工分析方法來處理數據顯然已經無法跟上新時代的步伐，對于大量的實驗結果必須利用計算機進行自動分析，以此來尋找數據之間存在的密切關系，并且用來解決實際中的問題。
3.基因組序列分析
基因組學研究的首要目標是獲得人的整套遺傳密碼，要得到人的全部遺傳密碼就要把人的基因組打碎，測完每個小的序列后再把它們重新拼接起來。所以目前生物信息學的大量工作是針對基因組DNA序列的，建立快速而又準確的DNA序列分析方法對研究基因的結構和功能有非常重要的意義。對于基因組序列，人們比較關心的是從序列中找到基因及其表達調控信息，比如對于未知基因，我們就可以通過把它與已知的基因序列進行比較，從而了解該基因相關的生理功能或者提供疾病發病機理的信息，從而為研發新藥或對疾病的治療提供一定的依據，使我們更全面地了解基因的結構，認識基因的功能。因此，如何讓計算機有效地管理和運行海量的數據也是一個重要問題。
4.蛋白質結構預測
蛋白質是組成生物體的基本物質，幾乎一切生命活動都要通過蛋白質的結構與功能體現出來，因此分析處理蛋白質數據也是相當重要的，蛋白質的生物功能由蛋白質的結構所決定，因此根據蛋白質序列預測蛋白質結構是很重要的問題，這就需要分析大量的數據，從中找出蛋白質序列和結構之間存在的關系與規律。
蛋白質結構預測分為二級結構預測和空間結構預測，在二級結構預測方面主要有以下幾種不同的方法：①基于統計信息；②基于物理化學性質；③基于序列模式；④基于多層神經網絡；⑤基于圖論；⑥基于多元統計；⑦基于機器學習的專家規則；⑧最鄰近算法。目前大多數二級結構預測的算法都是由序列比對算法BLAST、FASTA、CLUSTALW產生的經過比對的序列進行二級結構預測。雖然二級結構的預測方法其準確率已經可以達到80%以上，但二級結構預測的準確性還有待提高。
在實際進行蛋白質二級結構預測時，往往會把結構實驗結果、序列比對結果、蛋白質結構預測結果，還有各種預測方法結合起來，比較常用的是同時使用多個軟件進行預測，把各個軟件預測結果分析后得出比較接近實際的蛋白質二級結構。將序列比對與二級結構預測相結合也是一種常見的綜合分析方法。
蛋白質二級結構指蛋白質多肽鏈本身的折疊和盤繞的方式。二級結構主要有α-螺旋、β-折疊、β-轉角等幾種形式，它們是構成蛋白質高級結構的基本要素，常見的二級結構有α-螺旋和β-折疊。三級結構是在二級結構的基礎上進一步盤繞，折疊形成的。研究蛋白質空間結構的目標是為了了解蛋白質與三維結構的關系，預測蛋白質的二級結構預測只是預測蛋白質三維形狀的第一步，蛋白質折疊問題是非常復雜的，這就導致了蛋白質的空間結構預測的復雜性。蛋白質三維結構預測方法有：同源模型化方法、線索化方法和從頭預測的方法但是無論用哪一種方法，結果都是預測，采用不同的算法，可能產生不同的結果，因此還需要研究新的理論計算方法來預測蛋白質的三維結構。
圖4.1 蛋白質結構
目前，已知蛋白質序列數據庫中的數據量遠遠超過結構數據庫中的數據量，并且這種差距會隨著DNA序列分析技術和基因識別方法的進步越來越大，人們希望產生蛋白質結構的進度能夠跟上產生蛋白質序列的速度，這就需要對蛋白質結構預測發展新的理論分析方法，目前還沒有一個算法能夠很好地預測出一個蛋白的三維結構形狀，蛋白質的結構預測被認為是當代計算機科學要解決的最重要的問題之一，因此蛋白質結構預測的算法在分子生物學中顯得尤為重要。
5.結束語
現如今計算機的發展已滲透到各個領域，生物學中的大量實驗數據的處理和理論分析也需要有相應的計算機程序來完成，因此隨著現代科技的發展，生物技術與計算機信息技術的融合已成為大勢所趨。生物學研究過程中產生的海量數據需要強有力的數據處理分析工具，這樣計算機科學技術就成為了生物科學家的必然選擇，雖然人們已經利用計算機技術解決了很多生物學上的難題，但是如何利用計算機更好地處理生物學中的數據仍是一個長期而又復雜的課題。
【參考文獻】
[1]孫嘯，陸祖宏，謝建明.生物信息學基礎[M].清華大學出版社，2005.
[2]張陽德.生物信息學.科學出版社[M].2004.
[3]Dan E.Krane & Michael L.Raymer，孫嘯，陸祖宏，謝建明譯.生物信息學概論[M].2004.
關鍵詞： 代謝組學 中醫藥現代化 證 療效評價 中藥新藥
1 代謝組學與中醫藥學理論體系的聯系
中醫藥學是有著數千年歷史的古老科學,在歷代醫家不懈的醫療實踐中,形成了以整體觀念和辨證論治為特點的理論體系。所謂整體觀念,是關于人體自身的完整性及人與自然和社會環境統一性的認識,是整體思維方法在中醫理論中的體現。中醫藥學非常重視人體的統一性和完整性,認為人體的每個局部都是整體的一部分,都具有整個生命的全部信息；另一方面注重人體與環境的統一性,認為人的生命活動與自然運動規律相統一。這種觀念貫穿于中醫學對人體的生理活動和病理變化乃至疾病的診斷、預防和治療等各個方面的理性認識之中。近年來,中醫藥現代化研究已經成為學術科研上的焦點問題,學者們力圖用現代科學方法論來衡量和改造中醫藥學,卻出現了中醫藥學在現代科學面前無法證明其科學性的尷尬局面[2]。這都是由于現代醫學的方法論與中醫藥學的方法論之間存在著明顯的鴻溝,中醫藥學研究用的是整體思辨的網狀思維模式,它注重把握事物之間的聯系,而不是事物本身,因而其知識結構是綜合的、整體性的；同時,中醫藥學善于把人與環境因素綜合地加以考慮,其思維呈網狀結構。而現代醫學研究是還原分析的鏈式思維模式,它是建立在實驗分析基礎上的,注重研究事物本身的特性,往往忽略了事物之間的聯系,其知識結構是分析性的、局部的。然而,人體本身是一個復雜的整體,人體的復雜性及疾病的聯系性,與中醫的整體網狀思維模式接近現代醫學,也正由一元化向多元化轉變,由單一性向系統型轉變。基因組計劃基本完成,標志著生物學研究進入了“后基因時代”,而系統生物學研究是后基因時代的最主要研究任務。基因組學、轉錄組學、蛋白質組學及代謝組學都是系統生物學的重要組成部分,基因組學、轉錄組學和蛋白質組學分別從基因、mRNA、蛋白質層面探尋生命的活動,然而,代謝物是生命活動的最終產物,代謝物的水平可以被看作是基因或環境發生變化時生物體作出的最終的應答,正如Oliver Fiehn所認為的“代謝物是基因型到表現型之間的橋梁”[3],“基因組學和蛋白質組學告訴你可能發生什么,而代謝組學則告訴你已經發生了什么”[4]。因此,代謝組學是系統生物學研究的終點。總之,代謝組學屬于全局系統生物學(Global systems biology)研究方法,與中醫藥學的整體觀念相對應；且代謝組學研究的目標是代謝物,而“代謝物是基因型到表現型之間的橋梁”,其研究更接近表現型,由此,代謝組學用于中醫藥現代化研究具有不可比擬的優勢。
2 代謝組學與“證”的現代研究
辨證論治是中醫學認識和治療疾病的基本思路,是中醫理論體系的基本特點之一。“證”是辨證論治的起點和核心。所謂“證”,是指在致病因素作用下,機體內外環境各系統之間相互關系發生紊亂所產生的綜合反應,是反映疾病處于某一階段病因、病性、病位、病勢等病理要素的綜合性診斷概念。因此,“證”的現代研究是中醫藥現代化研究的核心任務。近年來,學者們對“證”進行了廣泛而深入的研究,主要集中在證候的標準化、客觀化、證候的本質、計量診斷、證候的動物模型等方面。其中證的標準化、規范化是進行“證”的其它方面研究的基礎,如果對證候沒有一個客觀的尺度加以評價,其它方面的研究也就無法進行。每一個證候都有其外象(外候)與內涵,證的標準化研究中,對其外候的研究主要是根據中醫文獻及臨床資料,并結合臨床流行病學研究,制訂某些證的診斷標準,使辨證達到規范化,并將現代醫學的實驗指征結合到證的研究標準之中；但外候是用四診——望、聞、問、切所獲得的信息進行整理而得,很難量化,即使用流行病學方法加以分析,亦是靠專家經驗打分,最多亦只是半定量。這種診治的準確性很大程度上依賴醫生的診療經驗,無論在準確性、穩定性、敏感性等方面都更多地受到醫患雙方主觀因素的影響。因此,從證的內涵方面去制定“證”的診斷標準十分有意義。近年來,學者們致力于探索證候的高特異性和高靈敏性的指標,試圖建立證候實驗診斷單個金指標,然而,由于證的整體性、動態性和異病同證、同病異證等特征,不可能用單一指標作定性、定量、定位的說明。據此,證候客觀化研究采用綜合指標,精選非特異指標進行特異組合,建立能反映證本質并能區別它證的定性、定量、定位綜合實驗指標,輔助四診,確定證候診斷具有重要的意義。代謝組學正具備反映和解決這些問題的“組”、“群”、“譜”集成的分析功能。它能夠通過檢測不同時間患者的尿液或血液,對這些代謝產物進行分析,從而確定不同的證所對應的代謝組,使“證”可以得到客觀化的表述。另外,利用代謝組學方法,通過研究代謝物圖譜隨時間的變化,能夠幫助人們更好地理解疾病過程中“證”的變化與機體內物質的代謝途徑和代謝狀況的關系,還有助于疾病生物標記物的發現和輔助診斷,使診斷、治療達到個體化。其準確性依賴于儀器的性能,可以提高診治的科學化、定量化,避免了人為因素的誤診。