在人类基因组学基础上构建骨折治疗的基因—中药谱系的设想
作者：董福慧 郑军
单位：中国中医研究院骨伤科研究所北京 100700
关键词：
中医正骨000245 分子生物学及遗传学作为生命科学领域的前沿，进展十分迅速。它正在基因水平上渐渐地拨开人类生老病死现象的神秘面纱。随着在更深层次上对其本质认识的深入，我们越来越发现它所揭示的内容与祖国医学理论及其思辩方式存在完美的吻合，以致我们可以在人类基因组学水平上真正发现中医现代化的必然途径。
1 人类基因组学现状
人类基因组是人类基因的综合，是DNA在细胞中的存在形式。人类基因组学与传统的遗传学不同，它不是以单个基因为研究对象，而是将全部基因作为一个整体来研究。人类基因组学研究内容主要包括：①大规模DNA测序；②基因多态性的研究；③遗传病候选基因的发现；④DNA序列的功能分析。目前这些方面的研究日新月异，其中人类基因组的完整顺序预计将在2010年前完成，按Maynard V.Olson(1996)的设想，届时我们将会得到一个较详细的遗传图谱，一个，基因组的完整顺序及相关文献库。目前，DNA测序已从半自动化进入到自动化阶段，测序速度的提高及测序成本的下降使较大的基因组测序成为可能。生物碎片(biochips)和显微排阵(microarray)等新技术可较好地支持基因多态性的研究。
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2 基因多态性与中医理论相关性
在人类染色体中，除性染色体外均是完全配对的，染色体对中的两个染色体称为同源染色体。其组成及所含基因几乎是一样的，但在人类群体中总有一些基因发生突变，使染色体对中的两个同源染色体所携带的基因不再完全对等，在同源染色体上某些对应位点上的不相同的基因称为等位基因。群体内同一基因座位上存在三种或更多的等位基因称为复等位基因。人类有较多的复等位基因，连同等位基因一起构成了基因多态性。生物体内基因数量的增加是一个漫长的生物学过程，因此在人类进化历史的相当长一段时期内，人类基因的数量是恒定的，但基因自身却在不断的突变。这些突变产生的等位基因，在特定的内外环境作用下有的通过表型得以显示，有的则被消除。因此在人类这个生物种群中，每个人都是不同的。这就是生物学意义上的多态性。仅就多态性而言，有遗传的，也有因发育或环境差异导致的不同表型所造成的多态性。基因多态性能很好地解释祖国医学的天人相应观、体质学说及病因病机学说。天人相应观是指人类依赖大自然生存，并与之息息相通；人类对自然界的变化有调解适应能力。体质是人类个体在功能、形态、结构上相对稳定的特殊性，在生理上表型为个体的生理反应特性，在病理上表现为个体的发病倾向性。体质的形成和发展与先天遗传、饮食起居、精神活动、自然及社会环境多种因素有关，其中遗传对体质的形成起决定性作用，而其它因素对体质的定型和演化有一定的影响。祖国医学认为“正气存内，邪不可干；邪之所凑，其气必虚”。目前认为所有疾病均存在基因表达的变化。在同一疾病中，病人主要病状可能是相同或相似的，而次要(伴有)病状则可能不同。这表明在基因组中，同该疾病相关的主要基因得到了共同表达，而次要基因的表达则存在个体差异。这样我们可以建立数学模型，通过统计学处理，发现该疾病的主要候选基因。目前的标记手段已越来越支持这样的设想。相反地，有时不同的疾病亦会存在相同或相似的病状，我们同样可以发现这些表象深层的基因变化。中国传统医学在治疗上主张辨证论治，而疾病在发生、发展、转归过程中，在基因组上存在的相应变化，说明了中医学诊断及治疗原则的合理性。我们能够在基因组学基础上确立基因—“证”的相关性，从而将辨证论治发展为辩基因论治。在使用中药方面，历代医家在几千年的医疗实践中积累了极为丰富的临床经验。在很多疾病的治疗中表现了确切的疗效。这将为我们在辩基因论治的治疗原则指导下的谴方用药提供了极为宝贵的线索，这也正是我们的优势所在。下面我们将以在骨折的治疗中构建相关基因—中药谱系的设想为例，说明谱系构建的方法。
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3 以活血化瘀、肾主骨理论为引导构建骨折相关基因—中药谱系的设想
中医学将骨折愈合分为早、中、后三个时期，在治疗上分别以活血化瘀、接骨续筋、补益肝肾为三个时期的治疗原则。三个时期无明确界限，在辨证论治总的治疗原则下，各时期的治疗原则有交叉。中医学认为骨折的愈合过程是一个瘀祛新生的过程。骨折早期以血瘀为主，在治疗上以活血化瘀为主；同时认为肾主骨生髓，在骨折中后期的治本阶段，根据肾主骨理论谴方用药。因此，续筋接骨之方也多以入肾经、补益肾阴肾阳之药为主，而且从疗效上看中药的确可以缓解、消除病人的病状。这一点既体现在时间上，也体现在控制疾病的强度上，因此应存在相应基因表达的变化。我们有理由在这一理论的指导下，以前人经验为线索，进行“最佳”中药或组方的筛选。例如，假设当归的活血化瘀功效确切，其必然引起相关基因表达的变化，通过分子生物学及数学方法可以初步标识这(些)个基因，它(们)很可能是当归的候选靶基因。以后再通过分子生物学手段，开启和关闭这(些)个候选基因，最终将其确定为靶基因。同样我们可以筛选出“最佳”组方。同样的方法可以确立骨折中后期的用药谱系。再根据病人各靶基因表达水平，进行辨基因组方。需要说明的是，靶基因也可能是个系列基因，每味中药作用的靶基因很可能存在交叉，而且因人而异，但这种差异不应很大。随着样本量的积累，我们就可以建立起种群、亚种群、次亚种群等诸多层次上的谱系。在全基因组范围内筛查中药或证的候选靶基因，首先是找出靶基因的相关位点，主要采用连锁分析方法。由于中药及证的复杂性，故其连锁分析宜多采用非参数分析方法，包括受累同胞分析(affected sib-pair analysis,ASP)及受累家系分析(affected pedigree member analysis,APM)。复杂的候选靶基因可能包含个体易感性基因。发病或药效的发挥可能涉及到多基因的共同参与，其作用的生物学途径可能是相同的(epistasis，上位效应)，也可能是不同的(异质性效应)。目前采用微卫星多态标记的全基因组筛查，可将候选基因的搜索范围缩小到5～20分摩(centimorgan)，在此范围内大约含250～1000个基因，结合连锁不平衡分析可将范围缩小至2分摩以内。再寻找该范围内的表达序列标签(expression seqence tag,EST)或对候选基因进行突变分析，最终将其确定为靶基因。以后再对靶基因的作用机制做进一步的研究。总之，随着分子生物学、计算机等相关技术的发展，基因组计划将取得极大进展，每个人都将获得自己的基因型序列而创立自己的基因组档案，那时我们就可以因人、因地、因时地进行中医学的量化治疗。总之，在疾病的发生、发展过程中存在基因组上的变化，其中一定存在“病的基因”，研究中药对这些基因的调控，可以阐明疾病的发生、发展及中药治疗的机理。
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4 目前的工作与展望
国内从90年代初开始从事中药对基因表达影响的研究。从我们检索到的53篇文献(截止于1999年初)看，这些研究涉及到单味中药(9篇)、中药有效成分(28篇)、复方制剂(16篇)。对基因的标记主要集中于(原、抑)癌基因(29篇)，白介素基因(8篇)，酶基因(8篇)。对两个以上基因同时进行标记的有15篇。张万岱等(1998)发现癌基因及抑癌基因与胃癌及癌前病变中医分型有一定关系，陈家旭等(1998)观察到了基因表达的动态变化及中药复方制剂对其的调节作用。如果我们的工作能站在基因组学的高度上，而不仅仅观察单一基因(往往带有相对随机性)表达的变化，再有一个相对系统的研究计划，我们的工作就会有更明确的目的性，也更容易发现更有价值的东西。下面是我们的具体建议：①从专业角度出发，选择常见病、高发病为对象。由于工作量浩大，所以应在各研究单位彼此协调基础上，设计出相对系统的研究项目的目录和方案。②建立开放的数据库，加强数据交流。③尽可能利用人类基因组学的研究进展，将其视为“工具”或“模板”而不是研究对象，重点研究“证”和中药调节的“靶”基因。④中药学研究应重视药用动、植物本身的基因组研究。这将有助于发现“地道”药材的本质，有利于相应品种的改良，并为新药设计提供线索。⑤在携病家族或族群的研究中会更容易发现新的“病的基因”和“中药靶基因”。
(1999-06-11收稿 1999-09-21修回), http://www.100md.com
单位：中国中医研究院骨伤科研究所北京 100700
关键词：
中医正骨000245 分子生物学及遗传学作为生命科学领域的前沿，进展十分迅速。它正在基因水平上渐渐地拨开人类生老病死现象的神秘面纱。随着在更深层次上对其本质认识的深入，我们越来越发现它所揭示的内容与祖国医学理论及其思辩方式存在完美的吻合，以致我们可以在人类基因组学水平上真正发现中医现代化的必然途径。
1 人类基因组学现状
人类基因组是人类基因的综合，是DNA在细胞中的存在形式。人类基因组学与传统的遗传学不同，它不是以单个基因为研究对象，而是将全部基因作为一个整体来研究。人类基因组学研究内容主要包括：①大规模DNA测序；②基因多态性的研究；③遗传病候选基因的发现；④DNA序列的功能分析。目前这些方面的研究日新月异，其中人类基因组的完整顺序预计将在2010年前完成，按Maynard V.Olson(1996)的设想，届时我们将会得到一个较详细的遗传图谱，一个，基因组的完整顺序及相关文献库。目前，DNA测序已从半自动化进入到自动化阶段，测序速度的提高及测序成本的下降使较大的基因组测序成为可能。生物碎片(biochips)和显微排阵(microarray)等新技术可较好地支持基因多态性的研究。
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2 基因多态性与中医理论相关性
在人类染色体中，除性染色体外均是完全配对的，染色体对中的两个染色体称为同源染色体。其组成及所含基因几乎是一样的，但在人类群体中总有一些基因发生突变，使染色体对中的两个同源染色体所携带的基因不再完全对等，在同源染色体上某些对应位点上的不相同的基因称为等位基因。群体内同一基因座位上存在三种或更多的等位基因称为复等位基因。人类有较多的复等位基因，连同等位基因一起构成了基因多态性。生物体内基因数量的增加是一个漫长的生物学过程，因此在人类进化历史的相当长一段时期内，人类基因的数量是恒定的，但基因自身却在不断的突变。这些突变产生的等位基因，在特定的内外环境作用下有的通过表型得以显示，有的则被消除。因此在人类这个生物种群中，每个人都是不同的。这就是生物学意义上的多态性。仅就多态性而言，有遗传的，也有因发育或环境差异导致的不同表型所造成的多态性。基因多态性能很好地解释祖国医学的天人相应观、体质学说及病因病机学说。天人相应观是指人类依赖大自然生存，并与之息息相通；人类对自然界的变化有调解适应能力。体质是人类个体在功能、形态、结构上相对稳定的特殊性，在生理上表型为个体的生理反应特性，在病理上表现为个体的发病倾向性。体质的形成和发展与先天遗传、饮食起居、精神活动、自然及社会环境多种因素有关，其中遗传对体质的形成起决定性作用，而其它因素对体质的定型和演化有一定的影响。祖国医学认为“正气存内，邪不可干；邪之所凑，其气必虚”。目前认为所有疾病均存在基因表达的变化。在同一疾病中，病人主要病状可能是相同或相似的，而次要(伴有)病状则可能不同。这表明在基因组中，同该疾病相关的主要基因得到了共同表达，而次要基因的表达则存在个体差异。这样我们可以建立数学模型，通过统计学处理，发现该疾病的主要候选基因。目前的标记手段已越来越支持这样的设想。相反地，有时不同的疾病亦会存在相同或相似的病状，我们同样可以发现这些表象深层的基因变化。中国传统医学在治疗上主张辨证论治，而疾病在发生、发展、转归过程中，在基因组上存在的相应变化，说明了中医学诊断及治疗原则的合理性。我们能够在基因组学基础上确立基因—“证”的相关性，从而将辨证论治发展为辩基因论治。在使用中药方面，历代医家在几千年的医疗实践中积累了极为丰富的临床经验。在很多疾病的治疗中表现了确切的疗效。这将为我们在辩基因论治的治疗原则指导下的谴方用药提供了极为宝贵的线索，这也正是我们的优势所在。下面我们将以在骨折的治疗中构建相关基因—中药谱系的设想为例，说明谱系构建的方法。
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3 以活血化瘀、肾主骨理论为引导构建骨折相关基因—中药谱系的设想
中医学将骨折愈合分为早、中、后三个时期，在治疗上分别以活血化瘀、接骨续筋、补益肝肾为三个时期的治疗原则。三个时期无明确界限，在辨证论治总的治疗原则下，各时期的治疗原则有交叉。中医学认为骨折的愈合过程是一个瘀祛新生的过程。骨折早期以血瘀为主，在治疗上以活血化瘀为主；同时认为肾主骨生髓，在骨折中后期的治本阶段，根据肾主骨理论谴方用药。因此，续筋接骨之方也多以入肾经、补益肾阴肾阳之药为主，而且从疗效上看中药的确可以缓解、消除病人的病状。这一点既体现在时间上，也体现在控制疾病的强度上，因此应存在相应基因表达的变化。我们有理由在这一理论的指导下，以前人经验为线索，进行“最佳”中药或组方的筛选。例如，假设当归的活血化瘀功效确切，其必然引起相关基因表达的变化，通过分子生物学及数学方法可以初步标识这(些)个基因，它(们)很可能是当归的候选靶基因。以后再通过分子生物学手段，开启和关闭这(些)个候选基因，最终将其确定为靶基因。同样我们可以筛选出“最佳”组方。同样的方法可以确立骨折中后期的用药谱系。再根据病人各靶基因表达水平，进行辨基因组方。需要说明的是，靶基因也可能是个系列基因，每味中药作用的靶基因很可能存在交叉，而且因人而异，但这种差异不应很大。随着样本量的积累，我们就可以建立起种群、亚种群、次亚种群等诸多层次上的谱系。在全基因组范围内筛查中药或证的候选靶基因，首先是找出靶基因的相关位点，主要采用连锁分析方法。由于中药及证的复杂性，故其连锁分析宜多采用非参数分析方法，包括受累同胞分析(affected sib-pair analysis,ASP)及受累家系分析(affected pedigree member analysis,APM)。复杂的候选靶基因可能包含个体易感性基因。发病或药效的发挥可能涉及到多基因的共同参与，其作用的生物学途径可能是相同的(epistasis，上位效应)，也可能是不同的(异质性效应)。目前采用微卫星多态标记的全基因组筛查，可将候选基因的搜索范围缩小到5～20分摩(centimorgan)，在此范围内大约含250～1000个基因，结合连锁不平衡分析可将范围缩小至2分摩以内。再寻找该范围内的表达序列标签(expression seqence tag,EST)或对候选基因进行突变分析，最终将其确定为靶基因。以后再对靶基因的作用机制做进一步的研究。总之，随着分子生物学、计算机等相关技术的发展，基因组计划将取得极大进展，每个人都将获得自己的基因型序列而创立自己的基因组档案，那时我们就可以因人、因地、因时地进行中医学的量化治疗。总之，在疾病的发生、发展过程中存在基因组上的变化，其中一定存在“病的基因”，研究中药对这些基因的调控，可以阐明疾病的发生、发展及中药治疗的机理。
, 百拇医药
4 目前的工作与展望
国内从90年代初开始从事中药对基因表达影响的研究。从我们检索到的53篇文献(截止于1999年初)看，这些研究涉及到单味中药(9篇)、中药有效成分(28篇)、复方制剂(16篇)。对基因的标记主要集中于(原、抑)癌基因(29篇)，白介素基因(8篇)，酶基因(8篇)。对两个以上基因同时进行标记的有15篇。张万岱等(1998)发现癌基因及抑癌基因与胃癌及癌前病变中医分型有一定关系，陈家旭等(1998)观察到了基因表达的动态变化及中药复方制剂对其的调节作用。如果我们的工作能站在基因组学的高度上，而不仅仅观察单一基因(往往带有相对随机性)表达的变化，再有一个相对系统的研究计划，我们的工作就会有更明确的目的性，也更容易发现更有价值的东西。下面是我们的具体建议：①从专业角度出发，选择常见病、高发病为对象。由于工作量浩大，所以应在各研究单位彼此协调基础上，设计出相对系统的研究项目的目录和方案。②建立开放的数据库，加强数据交流。③尽可能利用人类基因组学的研究进展，将其视为“工具”或“模板”而不是研究对象，重点研究“证”和中药调节的“靶”基因。④中药学研究应重视药用动、植物本身的基因组研究。这将有助于发现“地道”药材的本质，有利于相应品种的改良，并为新药设计提供线索。⑤在携病家族或族群的研究中会更容易发现新的“病的基因”和“中药靶基因”。
(1999-06-11收稿 1999-09-21修回), http://www.100md.com