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一、合成生物学:新千年的科学技术
新的研究格局在世纪之交已经呈现,其中生物科学的地位日益凸显,数十年前还不敢想象的技术现在似乎可以实现。但是,新世纪面临着新挑战。世界人口日益增加,气候变化、粮食和能源需求增加、疾病传播等一系列新的问题随之出现。许多科学家和工程师认为,可以通过合成生物学这一新兴而又具有变革潜力的学科应对新世纪面临的部分挑战。
合成生物学是一门将科学和工程方法相结合进行生物学研究和操控的新兴学科。虽然合成生物学还处在“幼年期”――其核心研究内容主要局限于寻找和提炼可执行具体基因功能或生物化学功能的生物元件,并改善DNA合成和构建的方法――但目标远大。合成生物学家们希望设计并构建人工合成的生物系统,最终用于工业制造、粮食生产,并提高全球健康水平。
一般而言,合成生物学是指运用工程学原理,设计和构建新的生物元器件和系统,并重新设计现有的、天然的生物系统,用于有益目的。它源于生物学及相关领域一个世纪的研究成果,但离不开工程学、计算科学、信息技术等领域的重大突破。
合成生物学具有以下重要特点:(1)它是生物学研究的新颖方法。与传统的生命机制探索方法完全相反,合成生物学注重生产定制化的细胞、有机体和生命体。(2)应用工程学方法生产生命体。合成生物学通常应用工程学原理设计执行特定功能的简化的生物元素。(3)依赖于非等级化的科研和商业化网络。合成生物学向着横向的、全球化的研究方式发展,通过社交网络,它吸引了世界各地的年轻科学家。(4)需要响应社会关切。合成生物学是新兴的学科和技术,需要充分考虑该技术的伦理、法律和社会影响,以及人们对其生物安全、监管和知识产权问题的关切。
二、合成生物学发展战略
1.中国。中国认为合成生物学将带来技术推动的新一轮经济增长,因此努力成为该领域的国际领先者。目前,中国每年对合成生物学的研发投资达到2.6亿元,每年发表合成生物学论文400余篇,约占世界总量的10%,论文被引次数居全球第7。中国已经制订了合成生物学战略路线图,规划了技术、工业应用、医学和农业等方面的中长期目标。未来5年,将建立标准元件数据库,形成设计生物元器件的计算能力;形成化学品和生物材料的模块化设计和生产能力;对可增强植物耐旱性和耐碱性的生物元件进行验证设计。未来10年,将扩大标准元器件数据库,形成设计生物系统的计算能力;商业化生产某些化学品和生物材料;对合成固氮器件进行验证设计。未来20年,将形成生物系统设计、建模和验证一体化平台;商业化生产众多自然化合物、药品、化学品和生物燃料;临床应用生物元件和系统,用于检测、控制和治疗主要疾病;创造人工微生物。
2.英国。英国政府把合成生物学视为非常有商业前景的革命性平台,热切期望在合成生物学领域占据世界领先地位。英国政府决定成立合成生物学领导委员会,促进各领域的讨论与公私合作,由部长和资深业界人士担任联合主席。英国计划开展合成生物学投资如下:公共投资5000万英镑,其中多达650万英镑用于鼓励产业投资;英国工程与自然科学研究理事会投资600万英镑,鼓励大学探索新产品商业化;将合成生物学研发和相关的伦理、法律及社会影响研究的资助整合起来;生物技术与生物科学研究理事会支持16个机构从事5个跨国研究项目;拨款1亿英镑,用于未来3-5年对10万名患者进行全基因组测序。
3.美国。美国很早就是合成生物学领跑者。美国政府每年向合成生物学研究投入约1.4亿美元,其中美国国家科学基金会投入约7200万美元。2008年美国国家科学基金会投入1600万美元资助合成生物学工程研究中心。美国国防部力图将合成生物学提升为一种制造平台,美国能源部也围绕合成生物学启动了一些行动。不过,美国联邦政府还没有制订合成生物学投资或管理的整体规划。本届政府的《国家生物经济蓝图》虽然提到了合成生物学,但没有提出具体的行动计划。2010年,美国总统奥巴马指示总统生物伦理问题研究委员会对合成生物学进行评估,并制定伦理指南,意在使风险最小化的同时实现公共利益最大化。
三、合成生物学带来的机遇
合成生物学会带来新一轮产业发展浪潮。产业界大量投资合成生物学,认为伴随着基因组学和系统生物学的不断进步,合成生物学将通过生物制造给产品和物质开发带来革命性影响。到21世纪头十年的中叶,全球就约有3000家生物技术公司,其中基因合成公司遍及五大洲,每年生产约5万条基因。生物产品在经济上举足轻重。2010年,美国的生物经济(包括转基因作物、生物产品和工业生物技术)产值约为3000多亿美元,超过美国GDP的2% 。据市场研究公司BBC Research估计,2011年合成生物学(包括支撑技术、生物元件及其组合产品)全球市场价值为16亿美元,2016年将达到108亿美元。
企业纷纷投资颇具前景的人工改造的生物产品,包括微生物、植物橡胶、生物基丙烯酸树脂、产于生物废料的绿色化学品、维生素以及用可再生碳水化合物生产的生物柴油。美国安伦捷科技公司副总裁达琳・所罗门认为,合成生物学是产业发展的新一轮浪潮,生物制造将以可持续原料取代传统原料,从而改变所有产品的生产工艺,使全球经济更为可持续。
合成生物学的大规模应用及市场推广要耗费数十年时间,不过DNA测序、计算技术等相关技术的齐头并进会缩短这一进程。专家们预计:未来5年,将会形成数个全球性的合成生物学研究平台;未来10年,合成生物产品产值将达200亿美元,生产细胞以制造大宗化学品和精细化学品将成为常态;未来20-30年,将理性地合成多细胞组织或器官,细胞计算系统将得到广泛应用,新颖的生物制造工艺将被应用于生产非生物产品。
四、合成生物学发展面临的挑战
要充分释放合成生物学的潜力,需要克服技术、监管、知识产权等诸多挑战。
1.技术挑战。发展合成生物学在元件及应用、互操作、度量、量产成本控制、工具及软件等方面面临挑战。在元件及应用方面,开发一大批标准化、模块化、行为可预测、可广泛应用的生物元器件是近在眼前的挑战。尽管有数以千计的生物元件已编目,但可重复且可靠的生物元件并非广泛可用。在互操作方面,合成生物学发展的关键之一是开发出标准化的生物元件,像模块一样可靠地组装,视情调整。为了得到普遍认可和应用,生物器件和系统的每个元件以及数据库、度量单位和可扩充系统在不同尺度和水平上都要兼容。在度量方面,准确度量系统性能是合成生物学面临的迫切挑战,有必要形成能支持多种度量类型的基础设施,而且未来全球统一的度量单位与度量本身一样重要。在量产成本控制方面,经济合算地生产工业化学品需要工程化生产高效微生物株,然而,现在开发含有合成生物元件的可行产品仍是一项艰巨的任务。在工具和软件方面,改进数据收集工具、软件和硬件对于合成生物学发展也很重要。除了可降低合成生物元件成本的自动化工艺外,专业化计算工具(如计算机辅助设计和建模工具)的缺乏也阻碍了合成生物学的发展。
2.监管问题。科学进展往往快于政策制定,同时合成生物学的界限也在不断变化,因此在早期就应关注与合成生物学治理和监管相关的问题。
3.知识产权问题。构建新的生物元件带来了一系列问题:对生物元件的权利是否应私有?如何进行生物元件登记?是否应对其申请专利?不同的知识产权和分享安排如何影响合成生物学的进步与创新?目前各国专利法规定不一。合成生物学在现有或新的知识产权体系下能否蓬勃发展是研究人员关注的一个重大问题。鉴于已经开发的合成生物元件数量巨大,并且企业对商业化产品开发有浓厚的兴趣,解决知识产权问题异常重要。
4.包容问题。合成生物学是交叉性学科,既产生于多个学科,又回馈于这些学科。持续包容对于合成生物学的持续发展十分重要。一方面,要与产业界、监管和政策制定机构交流合作,使技术推动与市场拉动相结合。另一方面,还要使更多的公众参与合成生物学对话,了解其可能存在的内在风险,讨论有关的生物安全和伦理问题。
(作者:贾 伟,中国科学技术信息研究所副研究员,主要研究方向为国外科技政策与发展战略。
刘润生,中国科学技术信息研究所助理研究员,科技参考研究室负责人,主要从事科技战略与政策研究。)
链接:
合成生物学(synthetic biology),最初由Hobom B.于1980年提出来表述基因重组技术,随着分子系统生物学的发展,2000年E. Kool在美国化学年会上重新提出来,2003年国际上定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究。
“合成生物学”更早可追踪到波兰科学家Waclaw Szybalski采用“合成生物学”术语,以及目睹分子生物学进展、限制性内切酶发现等可能导致合成生物体的预测。“系统生物学”则可追踪到贝塔朗菲的“有机生物学”及定义“有机”为“整体或系统”概念,以及阐述采用开放系统论、数学模型与计算机方法研究生物学。
近年来,笔者结合系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科的最新研究成果,提出了血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。为方便大家了解和认识这一方法,笔者一直以现代科学的一些研究进展为参照来介绍这一方法。但是,在具体的研读过程中,却有了如下一些新的重要发现。这要从自稳态开始。
自稳态:正常机体主要在神经和体液的调节下,在不断变动的内外环境因素作用下能够维持各器官系统机能和代谢的正常进行,维持内环境相对的动态稳定性,这就是自稳调节控制下的“自稳态”,或称内环境稳定(homeostasis)。
生理学,是研究人体机能的学科,其要点在于稳态和调节。稳态是生理学核心概念,生理学研究的主题,从整体水平解释生命现象和机体的行为。
张有和、任秀玲、杨殿兴等认为中医的实质是状态医学。它是通过对人体功能状态进行研究,从而对生命信息进行正确的归纳与认识,进而形成独特的认识系统的。还有学者认为中医是过程状态医学,其实质与之一致。
所以,自稳态可以看作是沟通中西医的关键点。已经有许多学者做了一定的论述。
1 自稳态与阴阳
赵国求[1]认为,中医阴阳平衡等价于人体复杂巨系统的最佳自稳态。刘成源[2]指出,自稳平衡思想是气化理论的核心。王春燕:阴阳自和蕴含着中医稳态理论。张克家:西医和中医都认为,人或动物体是由体内各种调节机制调控而维持的一种动态平衡,西医称之为“自稳态”,中医称之为“阴平阳秘”。金光亮:稳态学说的发展,与《内经》对人体生理功能活动的有关认识愈来愈接近。
从现代生物学角度上看,自稳体系是多层次的,也是多元的。它的多层次,表现在整体水平、器官组织水平、细胞水平、分子水平。无论在哪个水平,都是自稳结构。而中医的阴阳五行认识恰恰是最高的一层——整体水平。
2 自稳态与藏象
刘成源[2]:人体中的稳态是以五脏为中心,按照五脏与五腑、五体、五官、五华、五色、五音、五声、五味、五志的功能联系,形成一个以五脏为中心的五大功能系统,以五脏为中心的五大系统之间以生克乘侮关系达到稳态;并达到与社会及四时阴阳的和谐统一。
李梢认为,依据五脏促进、制约的相互作用,机体在生理状态的一定条件下能够形成较大幅度的稳态机制,并实现五脏功能随时间变化的性质,从而阐发中医整体观以及机体稳态的控制论机理。并开展了基于控制论的中医学四时五脏系统稳态性能仿真研究。
余如瑾,郭霞珍:外界因素与五脏的关系是通过五脏调控系统来实现的,五脏调控系统与现代医学的一些理论有相通之处。
严灿认为,中医五脏调控理论充分反映了中医学的稳态观。同时,随着现代生物技术的飞速发展,五脏调控系统的调控机制可以在细胞、细胞间识别及大分子信息物质的研究水平得到不断深入的揭示。
2.1 生物节律是自稳态的定性与定量化描述 生物节律(biorhythm) 从生理指标到整体机能都不是固定不变,也不是匀速运动,往往表现出周期性变化的规律。在生理学中,把按一定的时间顺序发生变化,即按一定的时间重复出现、周而复始的功能活动变化节律叫做生物节律。自稳态的调定点是有节律性波动的,生物节律是对自稳态的定性与定量化描述,生物节律也就是对人体状态或者功能态的定性与定量化描述。
2.2 藏象理论把人体功能态划分为五个阶段和环节,并对其功能定性 中医藏象理论把机体自稳态依时间次序划分为五个单元,在这五个单元里面依次功能旺盛的部分也有五个,他们被分别命名为肝、心、脾、肺、肾五藏,共同组成了整体。这就是中医由功能确定结构属性的方法,由于这五藏对应于金、木、水、火、土五行,所以他们互相之间作用和影响的时候遵循生克制化乘侮等规律。应该说这是对阴阳的细化,也就更加实用。而且是在整体这个水平上的细化。而西医目前对自稳态研究的细化,主要表现在向器官组织水平、细胞水平、分子水平细化。缺乏在整体水平上的横向细化。
2.3 藏象理论把人体功能态划分为多个层次 藏象理论对人体功能态划分是由生理到病理的次序。
3 自稳态与疾病、证本质
西医的研究进展表现在其疾病观与中医日趋接近。具体表现在中医的证与西医的疾病观念日趋一致。
3.1 新的疾病观 《病理生理学》:疾病(disease)是机体在外界致病因素和体内某些因素的作用下,因自稳态调节紊乱而发生的生命活动障碍过程。疾病过程的共同规律中,居首位的是自稳态调节功能紊乱。
3.2 自稳态与证本质 鲁兆麟教授说:“中医是一门注重综合的状态医学,其描述的对象是病人的整体状态。”《中医基础理论》:“证,是机体在疾病发展过程中的某一阶段的病理概括。由于它包括了病变的部位、原因、性质以及邪正关系,反映出疾病过程中某一阶段的病理变化的本质,因而它比症状更全面、更深刻、更正确地揭示了疾病的本质。”马晓燕[3]:稳态观指导下的功能调节系统方法要求在有序度的变动中建立和维持最佳的有序稳态。中医学正确地把有序稳态的保持或破坏理解为健康或疾病。把体内多种多样的运动变化过程和相互作用的有序稳态称为“阴平阳秘”,是健康的表征,反之阴阳偏盛或偏衰则导致疾病,是体内多种相互作用和运动变化的不正常过程的综合反映。祝恒琛《未病学》: 内稳态调节是中医基本治法。周东浩提出了证候就是“能反映机体自稳调节紊乱所致的相对稳定的生命系统异常状态实质的特征性的、具有内在联系的各种症状、体征以及各种检查结果的总和”,而证的实质就是这种生命系统异常态。
申维玺[4]:中医证发生的机理是由于细胞因子网络调节系统自稳态平衡破坏的结果,是一类细胞因子网络“功能态”的失常。
证的定义:中医藏象理论和六经理论,把一个完整的日、年等时段内的自稳态划分为若干个单元,一个或者几个自稳态单元的调节功能紊乱就是证。
3.3 中西医的区别已经缩小,即西医已经向中医大幅靠拢
通过对比自稳态与阴阳平衡,证与西医疾病的概念,我们可以看到中西医的区别已经缩小。这就要求,我们重新认识中医独特的优势。
中西医比较研究,在本质上,是中医现代化研究的前提和基础,起参照系的作用。它帮助确定中医对自身的定位以及确立中医现代化的目标。这一工作的严重滞后,当然会造成严重后果。
过去,我们说辨证论治是中医学区别于现代医学的一大特色,现在西医已经可以简单的辨阴阳证了,我们就需要改为各种辨证体系是中医学区别于现代医学的一大特色。
过去说西医是结构观、还原论指导下的结构医学或实证医学,中医是运动观、系统整体论指导下的过程医学或状态医学。现在也要修改了。4 自稳态与指纹图谱、模式识别
庄永龙、李梢开展了基于控制论的中医学四时五脏系统稳态性能仿真。结果发现依据五脏促进、制约的相互作用,机体在生理状态的一定条件下能够形成较大幅度的稳态机制,并且能够实现五脏功能随时间变化的性质,从而提示了机体五脏功能系统及四时五脏相互作用的控制论机理。
由于西医传统思维上的惯性和在科学上操作难度极大, 西医自稳态的研究方向主要表现在向器官组织水平、细胞水平、分子水平细化。
但是,分子生物学、系统生物学和生物信息学的发展,促进了西医研究方法中系统、整体和信息方法的发展。生物节律、时间生物学的提出和应用。神经-内分泌-免疫网络系统理论的提出和应用。蛋白质指纹图谱、代谢指纹图谱方法的提出和应用。细胞信号转导方法的提出。生物模式识别的广泛应用……这些与中医取象比类的整体性方法日趋接近。
应用指纹图谱工具研究自稳态节律已经呼之欲出。王永炎院士主张:(1) 将生物信息学切入到中医研究,主张用字符数学图表达,但是中医许多东西信息学目前尚解决不了,如“神”的问题。(2) 中医证候的研究很重要。既要看到中医和西医的区别,也要看到两者在理论层面的趋同性。(3) 中西医现都已认识到,人体这样一个复杂系统应该是非线性的,而且应是用自组织自调节自稳态的一个系统来切入研究。新世纪,中西医朝真正在理论层面的结合变为可能,但需要一个很长的过程。运用信息学方法,以证候为主体,探讨与疾病、方剂的相关性。中医基础理论的构建与研究方法——香山科学会议第219次学术讨论会纪要。
笔者一直认为中医的弱项是技术工具而不是理论和方法,近50年来现代医学的发展充分证明了这一点。中医现代化最主要的是技术工具现代化,汉字输入输出现代化之前,汉字落后论花样百出何其堂皇,20世纪80年代基于电子计算机的汉字输入法五笔字型开发成功以后,谁还相信汉字落后。所以,中医现在最需要的是应用信息技术工具实现自己的理论方法和应用,具体说,就是笔者的,基于系统生物学、中医药信息学和生物信息学等学科最新研究成果的,血液指纹图谱藏象信息模型这一中医药信息学研究新方法。这一方法实际上已经实现了,中医研究技术工具的现代化,或者说,现代技术工具的中医化[5]。
参考文献
1 赵求国,童忠良.中西医理论结合的困难.中国中医基础医学杂志,2004,10(2):10.
2 刘成源, 罗红艳. 气化理论及中医学的自稳平衡思想. 中国中医基础医学杂志, 2000, 6 (3): 4-6.
3 马晓燕.系统观认知方式与中医学认知方式之比较.医学与哲学,2000,21(9):41-42.
4 申维玺,孙燕.论中医证的化学本质是蛋白质和肽及证本质的分子标准.中国中西医结合杂志,1999,1130.
关键词:中医再生医学;基本概念;理论基础
中图分类号:R2-03文献标识码:A
文章编号:1673-7717(2008)11-2309-04
Introducation of Regenerative Traditional Chinese Medicine
LI Hanmin
(The Affiliated Hospital of Hubei College of TCM,Wuhan 4300612,Hubei,China)
Abstract:Clearly define the regenerative traditional Chinese medicine as: integrated using the theory and method of traditional Chinese medicine and regenerative medicine, a subject about the traditional Chinese medicine's method and mechanism of the internal or external regulation on tissue and organ regeneration. Its basic principle is that use the traditional Chinese medicine's integrated regulative function to maintain and control the original regenerative ability, in order to repair and regenerate the organ function. Research not only focus on how to use traditional Chinese medicine to control the organism natural regenration, but also focus on the how to use traditional Chinese medicine to reduce or protect from the abnormal regeneration. Discussed the theory base of the regenerative traditional Chinese medicine (maintenace and vitalitybasic theory,core theory of essence and energy, therapy of integer regulate, feature advantage of preventing disease from exacerbating), research content, research thought and method. Brief commentted the development and tendency of the regenerative traditional Chinese medicine.
Key words:regenerative traditional chinese medicine;basic concept;theortical basis
随着现代再生医学与中医药学研究的迅猛发展,新的交叉学科―中医再生医学应运而生,从粗浅的认识,到深入地研究,从不自觉地临床实践,到抓住本质的理论概括,从某一方面的体会,到全面地理解与总结,使中医再生医学渐趋形成。
1 中医再生医学的定义
中医药学是中国古代流传下来的,主要采用天然药物或自然方法,以保护与增进人类健康,预防和治疗疾病为研究内容的医学科学。再生医学是一门古老而新兴的交叉学科,其概念的内涵和外延随研究的飞速发展不断更新,学术分科亦不断增多。目前再生医学的概念有狭义和广义之分,狭义再生医学主要是指:利用生命科学、材料科学、计算机科学和工程学等学科的原理与方法,研究和开发用于替代、修复、改善或再生人体各种组织器官的可用于因疾病、创伤、衰老或遗传因素所造成的组织器官缺损或功能障碍的再生治疗技术和产品。广义再生医学主要是指:一门研究如何促进创伤与组织器官缺损生理性修复以及如何进行组织器官再生与功能重建的学科,它是通过研究机体的正常或病理组织特征与功能、正常或病理状态下的损伤与再生修复机制,寻找有效的生物和综合治疗方法,构建新的组织与器官以维持、修复、再生或改善损伤组织和器官功能,促进机体自我修复与再生,减少或防止异常再生。
中医再生医学是在中医药学和再生医学基础上发展起来的一门新的交叉学科,属广义再生医学一个新的学科分支。中医再生医学是一门综合运用中医药学和再生医学的理论与方法,研究中医药在体内外调控组织或器官再生方法与机制的一门学科。其基本原理是利用中医药的综合调节作用去维护和调控机体本来存在的自然再生愈合能力,达到修复和重建器官功能的目的。研究重点不仅在于如何利用中医药调控机体的正常再生修复,而且更关注如何利用中医药减少或防止机体的异常再生病变。
2 中医再生医学的理论基础
中医再生医学除以现代再生医学的理论作为其重要理论基础之一外,中医药学理论原没有“再生医学”的概念和理论体系,但其基本理念和临床实践包含了较丰富的“再生医学”理论基础和防治经验,主要包含如下内容。
2.1 维护生机的根本理念
“生机”是人体的自我调控和修复再生能力,它是机体健在的根本之所在。“神者,生之制也”,机体的自我调控和修复再生能力属广义“神”的范畴,故《灵枢•天年》强调:“失神者死,得神者生也”。中医防治疾病的根本理念是:承认、尊重、基于和利用人体的自我调控和修复再生能力。这种维护生机的根本理念是中医再生医学的理论基础,亦是养生防病和健康长寿的基本出发点。
2.2 精气学说的核心理论
《灵枢•本神》指出:“生之来,谓之精”,《素问•金匮真言论》曰:“夫精者,生之本也”,认为精是人体发生发育、再生修复和维持生命的根本。《灵枢•阴阳脉解》曰:“两神相搏,合而成形,常先身生,是谓精”,精气禀受于父母,靠后天水谷之精的不断滋养,由肾脏藏而化生,是人体生命活动的源泉。《素问•阴阳应象大论》曰:“气归精,精归化”,脏腑组织的功能(气)源于精的转归化生,“五脏之阴气非此不能滋,五脏之阳气非此不能发”。肾精(包含具有再生修复能力的精微物质,相当于“成体干细胞”)有促进生长发育、繁衍生殖、再生修复和主宰衰老等重要作用。年少时随年龄增长而盛,中年以后随年龄增加而衰,“年四十而阴气自半”,肾精渐趋耗竭,则生命走向终结。
胚胎干细胞相当于“先天之精”,可以化生所有脏腑组织,“后天之精”除了“水谷之精”外应包含具有再生修复作用的“骨髓之精”和“脏腑之精”,合称“肾精”。因后天再生之精的存在与化生与“肾”密切相关,脏腑组织的再生修复依赖“肾精”化生,即补肾有利于后天再生之精的存在与化生,故又说“肾为先天之本”。“骨髓之精”相当于骨髓干细胞,“脏腑之精”相当于除骨髓外的其他脏腑组织内的“成体干细胞”。具有再生作用的“后天之精”是由“先天之精”转化而来,故中医学非常强调“禀赋”。先天禀赋好的人体,则后天再生修复能力强,不仅健壮不易患病,而且即使患病也易于康复。
虚证的本质是人体再生修复能力不足,精虚是再生修复能力不足的根本之所在,形体衰败是精亏不足的外在表现,补虚的根本在于恢复再生修复能力,填补精髓是恢复再生修复能力的重要措施,精能转化生成、修复衰败形体,形体得以恢复是精虚得以填补的“金指标”。故明•陈继儒在《养生肤语》中指出:“精能生气,气能生神,则精气又生神之本也,保精以储气,储气以养神,此长生之要耳。”
2.3 整体调控的治疗手段
为了形象地比较中医药与化学药在调控再生修复过程中的作用,可用土壤使用天然农家肥料与人工化肥的例子加以说明。在人体内的“肾精”具有再生修复能力,但决定“肾精”再生修复的关键因素是提供何种脏腑组织的环境。如果将“肾精”看作再生修复的“种子”,则特定的脏腑组织就是“种子”赖以生根、发芽、长成的“土壤”。“种子”一定的情况下,“土壤”决定“种子”的生长发育;“肾精”一定的情况下,脏腑组织的特定环境决定“肾精”再生修复。不管是“先天之精”,还是“后天之精”,都只解决了“种子”问题。要完成脏腑组织的再生修复,除了“种子”,关键要解决适合“种子”生长的“土壤”(脏腑组织环境)问题,而“土壤”需要保良或改良,中医药在保良或改良“土壤”(脏腑组织环境)方面发挥独特的重要作用。中医药调控再生修复的关键作用就是维持和改善了相应脏腑组织的环境(包括整体的大环境和特定的微环境),在维持或促进正常再生修复过程的同时,要防止异常再生变生其它病证的可能。
土壤施用农家肥料不但保证了农作物生长良好,而且保持了土壤的长期肥沃,因农家肥属“天然肥料”,所含营养物质比较全面,其营养元素常须经过土壤中的化学物理作用和微生物的发酵,分解,使养分逐渐释放,并有利于促进土壤团粒结构的形成,使土壤中空气和水的比值协调,使土壤疏松,增加保水、保温、透气、保肥的能力,因而肥效长而稳定。除了这些已知的好处外,还有很多尚待研究的奥秘。化肥是现代科技的一大杰作,其科学数据详实,科学原理明确。因化肥大多易溶于水,施入土壤后能很快被农作物吸收,肥效快而显著。与天然农家肥相比较,除成本较高外,由于人工化肥含营养成分比较单一,不能满足植物生长所需的各种养分,不利于保持土壤的长期肥沃,如果过度或不合理使用,还会造成土壤贫瘠和环境污染。因而现代农业主张在主要使用天然农家肥的基础上,再合理加用化肥。与“人工化肥”不能取代“天然肥料”的道理一样,维持人体正常再生修复和健康长寿,“人工化学药”不仅不能取代“天然中医药”,而且现代医学回归自然的趋势越来越强,呼声越来越高,意义越来越大。
在保良或改良脏腑组织环境(“土壤”)的作用方面,中医药与化学药相比较,中医药好比农家“天然肥料”,某一方面的药效(肥力)较弱,但有效成分(养分)全面,药效(肥力)持久,往往需要炮制、煎煮发生化学反应,须经过人体的消化吸收、代谢转化,发挥整体调节作用,有利于脏腑组织环境保持最佳状态(土壤保持肥沃),以保证脏腑组织再生修复和健康长寿(农作物生长良好)。而化学药好比“人工化肥”,在某一方面的药效(肥力)较强,但有效成分(营养成分)单一,不能满足脏腑组织再生修复(“种子”生长发育)的多方面需求,不能整体维持脏腑组织环境的最佳状态(土壤长期肥沃)。过分或不合理使用化学药,不但许多旧的问题没解决,还会导致众多医源性疾病,使脏腑组织环境更加恶化,就好像过分或不合理使用化肥致使土壤贫瘠和环境污染的道理一样。
中医药调控脏腑组织再生完全是利用脏腑组织的自然愈合能力使脏腑组织的损伤得以再生修复,重建脏腑组织的功能,具有顺其自然,因势利导,逆转病势,整体调节,安全性高和有效性肯定的特点。研究中医药调控脏腑组织再生的作用及机制具有重大的科学意义和临床应用价值。
2.4 既病防变的特色优势
“既病防变”是中医“治未病”思想的重要内容之一。“变”的趋势是“变重”或“变坏”,故“防变”主要就是防治“重证”与“坏证”两大类病证。“重证”主要指病情出现损伤加重,给正常再生修复增加困难。“坏证”主要指由于异常再生导致影响功能的组织结构改变或癌变。
“既病防变”对慢性肝病的治疗具有重要的指导意义。在慢性肝病的病程进展中,“急黄”(属重型肝炎范畴)是典型的变之“重证”。重型肝炎是一类因肝细胞广泛坏死,病情急剧进展,可发生肝性脑病、出血、水肿、腹水、严重黄疸、肝脏缩小等最终导致肝功能衰竭的肝病。肝再生是重型肝炎患者存活的生机所在,若在有效的时间内,坏死的肝细胞得以正常再生,则患者存活;若不能及时获得足够的肝再生,则患者必至肝衰而亡。目前治疗重型肝炎主要围绕两大原则采取措施,一是阻止肝细胞进一步坏死,改善已经恶化的肝脏生存环境,为肝再生、恢复肝功能赢得时间和机会,二是促进或调控肝再生。大量临床观察结果表明,采用中医药治疗慢性肝病可减少重型肝炎的发生率和严重程度,已发生重型肝炎配合应用中医药治疗可提高临床疗效、降低病死率和改善生存质量,表明中医药具有一定防治慢性肝炎“变重”的功效。
肝硬化和肝癌是慢性肝病的两大“坏证”,中医药在防治这两大“坏证”方面发挥了积极作用。尽管肝硬化的病因多样,其发病机制各不相同,但都涉及肝细胞坏死、结节性再生和结缔组织增生这3个相互联系的病理过程。近些年来,国内外学者和临床工作者广泛开展了中医药防治肝纤维化(包括肝硬化)的临床与实验研究。研究结果表明,中医药具有肯定的抗炎、抗肝纤维化的作用,其作用机制可能在于在维持肝再生的同时,减少了肝纤维化的异常再生过程,从而防止了肝硬化(“坏证”)的发生与发展。
尽管肝细胞癌(HCC)的发病机制并不明确,但目前认为病毒性肝炎的慢性炎症导致肝细胞不断的破坏和再生是HCC发生的重要因素。90年代,随着对细胞周期调控认识的不断深入,一系列细胞周期调节因子被证明与包括肝癌在内的一些实体肿瘤的发生发展有密切关系[1-3]。研究表明,中医药在防治肝癌方面具有一定作用,其作用机制有可能是中医药对肝再生过程中的细胞周期发挥了调控作用,减少了癌变的几率,阻止或延缓了HCC的发生与发展。加强中医药调控肝再生的研究,必然加深中医药对细胞周期调控的认识,从而为维持正常的肝再生过程,防止肝癌(“坏证”)发生与发展。
3 中医再生医学的研究内容
组织和器官再生大致可分为体内再生和体外再生两大类:体内再生是指损伤的诱导和促进组织在体内进行自我修复;体外再生是指在体外形成组织和器官,然后植入体内相应的部位。近年来再生医学领域的研究主要集中于组织干细胞和组织工程学的研究,骨髓来源干细胞的分化潜能为许多疾病提供了细胞移植与再生修复新的治疗手段。组织工程产品如皮肤、骨和肌腱等已经应用于临床,复杂组织和器官制造的研究也取得许多令人振奋的进展。
中医药发挥防治疾病的作用主要体现在三大方面:一是直接作用于病原微生物;二是调控免疫机能间接作用于病原微生物和患病机体;三是减少和防止组织的病理损伤,促进已损伤组织的再生修复,防止损伤组织的异常再生而变生它病。前两个方面近现代已进行了大量的研究,取得了不少成果,第三方面本是中医药发挥主要防治疾病作用的基本原理和特色优势,但因其作用机理的高度复杂性,尚缺乏全面、系统和深入地研究。目前再生医学的主要热点是组织工程学,着眼于采用现代科学技术进行组织器官的修复和功能替代,而对于中医药在其中发挥的作用,特别是中医药在防治异常再生的作用及机制,尚属研究“冷点”,是未来中医再生医学的主要研究内容。随着中医再生医学研究的不断深入,其作用特点和优势将不断突现,必将成为再生医学研究的新“热点”。
在今后一段时间内,主要围绕以下几个研究方向展开研究:①研究中医药对“先天之精”的影响(提高禀赋);②研究中医药对“后天之精”的影响(增强体质);③研究中医药对骨髓和脏腑之精正常分化和再生修复的影响(维持和调控脏腑组织正常再生的作用及机制);④研究中医药对骨髓和脏腑之精异常转化和再生之“变证”的影响(防止脏腑组织异常再生的作用及机制)。
4 中医再生医学的研究思路
总体研究思路主要分系统整理、临床评价和实验研究等几个相互关联的重要环节。系统整理主要是采用文献系统分析法,对中医药调控脏腑组织再生相关的研究论文、论著进行全面、系统的质量评估(定性分析),同时对符合条件的研究论文进行Meta评价(定量分析),以较全面准确地掌握该领域研究的现状,继承有价值的理论认识和临床经验,为临床决策或未来研究决策提供依据。
临床评价的关键是建立中医药调控脏腑组织再生的临床疗效评价体系。目前,因组织再生是人体内损伤修复的生理机制,异常再生的病理机制尚未得到足够的重视,临床尚未作为一个“病”加以对待,故西医尚没有组织再生相关的疗效评价标准,不可能直接采用西医的疗效评价体系。中医药调控脏腑组织再生虽有现实和潜在的特色和优势,亦非常关注异常再生变生“重证”、“坏证”等相关病证的防治,但由于缺乏异常再生病证的临床疗效评价体系,使中医药调控脏腑组织再生的疗效和特色优势未能得到充分体现和发挥。有鉴于此,当务之急须开展如下研究:在继承个体化诊疗和辨证论治思想的基础上,结合循证医学的理论和方法,将与脏腑组织再生相关的病证标准、实验室指标和生存质量测定有机结合起来构建中医药调控脏腑组织再生的评价指标体系,开展中医药临床评价及质量控制方法学的研究,为利用和提供中医药调控脏腑组织再生的最佳证据创造条件。
实验研究是探讨中医药调控脏腑组织再生机制的必要手段。急慢性疾病出现的组织损伤需要的再生修复,脏腑组织再生失常导致的“重证”、“坏证”等问题,以微观见长的现代医学,目前尚无有效的方法根据具体情况进行合理调控。中医药注重整体动态调节,长期临床实践表明了中医药有可能通过调控脏腑组织再生以治疗急慢性病证,但由于缺乏现代语言的科学阐释,未能充分发挥应有的作用。国家“十一五纲要”提倡自主创新,中医药理论与上千年的中医临床实践经验,无疑是我国医药自主创新重要的灵感源泉与物质宝库,要充分利用这一优势,首先要解决中医药理论的现代传承及临床经验的科学表述。如中医药调控肝再生虽然有大量的临床实践,其中“补肾生髓成肝”调控肝再生亦被证明是疗效肯定的中医药特色疗法,但中医药调控肝再生的研究尚未取得突破性进展,其根本原因是肝再生机制极其复杂多变,完全是系统动态地整体调控,而中医药对肝再生的调控又具有多途径、多层次、多方位、多系统、多成分、多靶点、多时限系统作用的特点,给研究带来难以克服的困难。随着现代系统生物学的兴起与不断成熟,给中医药调控肝再生的研究提供了强有力的研究工具,通过找准中医药调控脏腑组织再生的突破口,进行全面、系统、深入地研究,完全有可能取得突破性进展。
5 中医再生医学的研究进展
近些年来,中医药调控皮肤、神经(包括周围和中枢神经)、骨再生等诸多方面取得了若干进展。特别是“烧伤再生医学”以中医药“液化的方式无损伤的排除坏死组织”(减少损伤),以“原位干细胞培植的方式再生修复创面”(无疤痕皮肤再生)是对中医学“祛腐生新”和“既病防变”理论的继承与创新,在对现代再生医学产生影响的同时,为促进中医再生医学的建立作出了应有的贡献。人体组织器官的再生能力以肝再生最为惊人、最为复杂和最为奇特,一直是广大科技工作者的重点关注领域。在急慢性肝病的发生、发展过程中,肝再生与肝损伤在体内外多种因素的作用下保持动态平衡,是维持肝功能正常和影响预后的关键机制。中医药广泛用于急慢性肝病的治疗,其作用机制可能是对肝再生过程的整体调控,但却一直未得到足够的重视和研究。《内经》中“肾生骨髓,髓生肝”的科学内涵一直未被揭示,甚至连“肝主生发”的功能都未能与肝再生结合起来进行认识和研究。近些年来,在中医药理论的指导下,结合肝再生和骨髓干细胞的研究进展,我们首次提出“补肾生髓成肝”的科学假说,开展“补肾生髓成肝”调控肝再生的临床与实验研究。研究结果表明:“补肾生髓成肝”至少可通过影响神经-内分泌-免疫网络、骨髓干细胞转化为肝脏细胞和肝内环境(包括调控肝再生的细胞因子、肝内干/祖细胞)等3个途径或机制调控肝再生,这就为“肝再生”这一重大的基础科学问题提供更全面和更丰富的实验与临床资料,丰富了骨髓干细胞转化为肝细胞的机制研究和临床运用,阐发了急慢性肝病“髓生肝”、“髓失生肝”、“久病入肾”、“重病入肾”病因病机理论,为提高“补肾生髓成肝”调控肝再生以防治肝损伤、肝硬化和肝癌的临床疗效,提供了科学的实验依据和基础理论支持,推进了中医再生医学的创立与成熟[4-6]。
6 中医再生医学的发展趋势
鉴于中医药调控脏腑组织再生是一个整体动态的复杂系统,采用日益成熟的系统生物学的理论与方法研究中医药调控脏腑组织再生是强有力的技术手段,是今后研究的重要发展趋势。在包括基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学的系统生物学研究中,基因组学主要研究生物系统的基因结构组成,即DNA 的序列及表达。蛋白质组学研究由生物系统表达的蛋白及由外部刺激引起的差异。代谢组学是研究生物体系受外部刺激所产生的所有代谢产物的变化规律, 揭示机体生命活动代谢本质的科学, 具有整体动态、综合分析等方法学特点, 是基因组学和蛋白质组学的延伸,与中医的系统整体观相通。常用的方法是检测和量化一个生物整体代谢随时间变化的规律;建立内在和外在因素影响下,代谢整体的变化轨迹,反映某种病理生理过程中所发生的一系列生物事件[7]。从系统生物学的角度看,脏腑组织再生失常是因蛋白质网络和基因调节网络被“扰动”所致,而脏腑组织再生失常过程中出现的“证候”可能是蛋白质网络和基因调节网络被“扰动”后所发生的一种特异性变化状态。这一被扰动网络可通过其分泌到血液和尿液的内源性成分的改变以组、群、谱的特征反映出来,因此,反映脏腑组织再生过程中证候演变规律的“物质基础”将可能是组、群、谱集成的形式。特别是基于高场核磁共振(NMR) 技术的研究方法,并不需要进行样品的提纯,可以无损伤地监测组织代谢表达谱的改变, 动态评估代谢信息,并在此基础上定位相应的靶组织、作用过程以及生物学标志[8]。因而,对于研究中医药调控脏腑组织再生的系统动态变化的规律提供了非常有用的技术手段。通过全面、系统、深入地研究中医药调控脏腑组织再生的作用及机理,不仅可显著提高中医药治疗相关病证的临床疗效,而且可以实现中医药理论的若干突破与创新,使中医再生医学成为现代再生医学的重要分支学科。
参考文献
[1] 郑作昱,史成章,牛正先.细胞周期与肿瘤[J].华人消化杂志, 1998,6:1097-1099.
[2] 刘为纹.肝细胞性肝癌病因学研究[J].世界华人消化杂志,1999,7:93-95.
[3]肖文华,刘为纹,房殿春.原发性肝癌多基因异常的研究[J].华人消化杂志,1998,6(特刊7):50-51.
[4]李瀚,高翔.“肾生骨髓,髓生肝”的科学内涵[J].中医杂志,2006(1):6-8.
[5]李瀚,晏雪生,罗建君,等.左归丸药物血清促进骨髓间质细胞转化为肝细胞的作用[J].中国组织工程与临床康复,2007,11(28):5465-5468.
[6]李瀚.“补肾生髓成肝”调控肝再生的实验与临床研究[C].第二届世界中医药学会联合肝病专业委员会学术会议论文集(特邀报告),2003:27-31.
腧穴配伍或穴位配伍是针灸“理、法、方、穴”的重要内容,也是取得良好临床疗效的保障。明代高武《针灸聚英•百症赋》说:“百症俞穴,再三用心”,《席弘赋》也云:“凡欲行针须审穴”,可见临证选穴及配伍对疗效的重要性。在长期的临床实践中,历代医家总结出了“原络配穴”“俞募配穴”“八脉交会配穴”“合募配穴”“远近配穴”“辨证取穴”“子午流注配穴”等多种配穴方法,在临床运用中这些配穴方法往往被灵活选用,相得益彰,是针灸取得临床疗效的重要基础,也是现代针灸腧穴的实质。但是,长期以来针灸穴位配伍或者针灸处方的发展仍处于经验阶段,有待实验验证;另一方面,这些配穴法虽然理论丰富,但内涵模糊,“口诀”简单,但难以掌握;此外,穴位配伍的依据、规律或准则、生物学机制等问题一直缺乏科学有效的解释,这些问题已经成为制约针灸发展和提高针灸临床疗效的关键问题。
1腧穴配伍的研究现状
随着现代科学技术的应用,有关腧穴配伍的方式、作用属性以及作用机制等研究正在逐步深入。首先,从腧穴配伍的方式上来看,目前多用循经选穴和辨证选穴,同时结合“远近配穴”“前后配穴”“上下配穴”等原则进行综合组方。随着临床经验的积累和中医理论的发展,“俞原配穴治疗脏病”“合募配穴治疗腑病”“郄会配穴治疗急症”等配穴方法已成为临床较为常用的组穴方式。从腧穴配伍的属性上来看,对协同、拮抗等作用效应有了进一步的认识。例如,采用电针“内关”和“心俞”治疗实验性急性心肌缺血模型显示,两穴配伍后对T波、ST段改善最明显,表明电针“心俞”和“内关”对急性心肌缺血有协同保护作用[1]。此外,针灸不同配穴对荷瘤环磷酰胺化疗小鼠抗氧化系统的作用有显著差异,其中“足三里”“大椎”和“命门”三穴配伍优于单穴和两穴配伍,呈现协同性,并且,“足三里”与“命门”配伍优于“足三里”与“大椎”配伍,提示不同配穴可能通过不同途径发挥治疗作用[2]。但是,也有研究表明,配穴并不一定优于单穴治疗,例如对乌头碱诱发的家兔室性心律失常模型的研究表明,单独针灸“内关”“神门”“心俞”疗效显著,且作用相近,但三穴合用后疗效无显著提高,提示作用相似且作用强度相近的腧穴间不易出现拮抗作用,但也不一定能产生显著的协同作用[3]。从腧穴配伍的机制研究来看,目前较为公认的是神经节段整合理论。运用霍乱毒素B亚单位耦联辣根过氧化物酶法研究针刺大鼠“内关”“公孙”单穴及两穴配伍后相应运动神经元的分布和树突构筑时发现,针刺信息可在脊髓内经中间内、外侧核的神经元纤维感传至相应脊髓节段,再分别通过与交感神经、副交感神经形成突触联系,形成在脊髓层次的协同增效关系;同时,两穴在脊髓内相应神经元向孤束核的投射纤维产生了突触联系,从而实现了对胃等内脏传入信息在脊髓和孤束核水平的调节整合作用[4]。同样,运用荧光双标探求小肠俞募配穴与小肠的神经联系通路,发现“小肠俞”和“关元”与小肠都通过脊神经节形成直接的神经通路,说明“小肠俞”、募穴与小肠有特异性联系途径,解释了临床应用小肠俞、募穴治疗肠病的部分神经学机制[5]。此外,对“肾俞”和“会阳”两穴配伍的研究也表明,虽然两穴的神经节段不完全一致,但两者同时调节了支配膀胱和尿道的主要神经,在治疗量上发挥了增效作用。近年来,随着功能影像学在针灸研究领域的运用,大脑中枢整合的作用成为新的研究热点,成为继神经节段研究之后对腧穴配伍机制进行深入研究的又一重要领域。运用fMRI技术对不同穴位及配伍后脑功能区的研究显示,不同穴位激活的脑区不同,刺激配伍穴位与刺激单穴激活的脑区不同,并且也不一定是各自激活区域的简单叠加。运用正电子发射型计算机断层显像观察不同穴位组合对脑梗死恢复期患者脑葡萄糖代谢的影响,发现选取内关、水沟、风池、三阴交、阴陵泉、太冲配伍的醒脑开窍组激活的脑区主要为颞上回、丘脑、颞下回、直回、岛叶、枕外侧、顶叶、小脑;而选取合谷、曲池、足三里、阳陵泉和悬钟配伍的常规针刺组则主要激活海马、额下回、尾状核、扣带回、楔前叶、顶叶,不同穴位配伍组合激活的脑区不同,提示其中枢响应模式可能不同,这可能是它们产生不同临床疗效的中枢机制[6-7]。但是,尽管这些研究从不同角度佐证了腧穴配伍存在一定的科学性,但对腧穴配伍的最根本问题,即为什么会有协同或拮抗作用,配穴的准则或规律是什么等问题还缺乏实质性的认识。
2将复杂网络方法引入腧穴配伍研究的可行性分析
腧穴与腧穴配伍治疗疾病,实际上是穴位的组合效应而并非单个穴位效应的累加,即组合后可能产生了更为广泛、宏大的效应或新的效应,这说明穴位并不是孤立地进行活动和执行生物功能,而是相互之间有着直接或间接的联系,针灸这些穴位后可以有选择地反复作用于与某种疾病相关的多个直接靶点或间接靶点,进而通过生物体内不同网络之间的信息传递和整合,对基因、蛋白质等产生影响,并最终以整合、协同等形式产生整体增效的生物学功能;并且,这种整体增效效应有可能在简单的穴位组合时并不表现,只有当这种组合满足一定条件时才充分体现出来,临床常用的“俞募配穴”“原络配穴”等经典的配穴方法就充分体现了这种增效效应,也反映了组合的最优化原则,这与复杂网络“整体性”和“非线性”特点非常吻合。复杂网络主要是指具有自组织、自相似、吸引子、小世界、无标度中部分或全部性质的网络[8]。生命科学领域的各种网络(如细胞网络、蛋白质-蛋白质作用网络、蛋白质折叠网络、神经网络、生态网络等)均可被认为是复杂网络[9]。复杂网络一般由结点和连线组成,这里结点和连线是广义的,其中结点表示系统的元素,两结点的连线表示元素之间的相互作用,尽管定义极其简单,但是网络能够高度复杂,而且是研究系统拓扑结构和动力学性质的强有力工具[10]。目前复杂网络在中医药领域的应用已经迅速发展,越来越多的证据表明,采用该研究方法可以更加深入地刻画传统中医复杂体系内部的关系和特点。例如,王媛媛等采用复杂网络技术对针灸学常用教材所载穴方进行的分析表明,证的选穴关系符合随机分布特征,穴的配证关系具有幂律分布特征,通过少量配穴即可调治大多数证;说明针灸辨证取穴的整体结构模式具有复杂性,证的选穴和穴的配证模式互不相同,前者遵循随机模式,后者符合无尺度特征,即符合复杂网络特征,这为将来针灸处方分析提供了有效手段[11]。再如,对80000余古方数据和20000门诊处方进行网络分析后发现,中医处方是一种加权无尺度网络(ScaleFreeNetwork,即节点的度分布服从幂函数分布),根据这一网络可以对名老中医的门诊病例数据进行核心处方配伍的结构分析,提炼归纳形成中医临床的处方经验知识,从而用于指导临床诊疗或供年轻医生学习。在中药配伍研究中,引入复杂网络中有关节点、介数、度的概念可以从新的角度对“君臣佐使”方剂配伍原则的内涵以及中药多环节、多靶点的作用机制进行阐释[12]。这方面清华大学李梢课题组的研究颇具启发:他们采用基于互信息熵和最短平均距离的DMIM模型对3865个络病相关方剂进行了研究,筛选出包括当归、甘草、川芎等最为常用的治疗络病的药物,这与大部分经典方的配伍吻合,进一步分析显示川芎和当归可以看作是这些配伍中的“hub”,即子网络枢纽,而甘草虽然在使用频率中占到第2位,达到38.37%,但与其它药物配伍后其地位却下降至第195位,证实这种基于复杂网络的模型可以综合分析药物使用的频次、独立性及与其它药物的关系强弱[13]。
3该课题组还基于相关性的空间观察和药理基因组,开发了一种称为drugCIPHER的计算系统[14],以便推断基因组大规模的药物靶相互作用。其过程是首先建立3个线性回归模型,分别代表药物治疗的相似性、化学结合的相似性、蛋白与蛋白相互作用基础上的药物与靶蛋白之间的相关性。结果显示该模型很好地整合了药物治疗的相似性和化学相似性,对drugCIPHER-MS的分析表明,训练集ROC曲线下面积为0.988,测试集为0.935,该系统不仅构建了726种药物的生物指纹图谱,而且还发现了药物与药物之间原本不知道的501种关系,这为药物新的应用或者发现药物的副作用提供了可能。他们的文章两度被《自然•中国》(NatureChina)评为“最新研究亮点”[15-16]。可见,复杂网络等多学科方法的应用为研究复杂病证的机制、药物联合干预以及特定病证条件下多信号通路的参与及其协同作用等提供了有力的支撑。针灸学与中药学一脉相承,而且上述方法在学科之间也具有较好的相通性,因此这些方法可以为针灸腧穴配伍的研究提供良好的参考和借鉴。笔者认为,结合复杂网络学的技术与方法开展腧穴配伍研究可以从以下几点着手:
(1)针灸文献研究:针灸学的一大特点就是拥有大量资料翔实但规律模糊的文献资料。以往的文献研究往往采用数据仓库技术、文献学方法、计算机预处理技术等,以病症为核心建立关联,运用多维与多层关联规则相结合的挖掘方法对针灸用穴规律进行分析和映射,最终实现针灸处方信息的集中存储和有效集成,其结果往往以构建的针灸信息数据库为表现形式。这些方法虽然解决了文献质量评价、腧穴和病名规范等问题,并且提供了腧穴运用的频次和关联度等有用信息,但对腧穴配伍中最关键的核心处方、协同处方的准则及规律等问题却无能为力,对文献中存在的网络式拓扑结构的内涵实质的挖掘能力尚显不足。此外,传统的文献分析方法也很难将近年来相关领域的实验研究数据和信息进行对比分析。因此,借鉴新的复杂网络的分析方法研究腧穴配伍的规律或准则,进而归纳提炼腧穴配伍的协同增效或者拮抗减效处方,将更好地推动针灸临床及基础理论的发展。
代谢组学研究的是生物体系受到内在和外在因素刺激产生的内源性代谢变化,可以对那些能描述代谢循环情况的关键化合物进行定性和定量分析。近几年来,代谢组学已经成为生命科学领域一个重要的、有价值的工具,并在不断创新的分析技术推动下稳步发展。虽然代谢组学本身还存在一些不足,但许多研究者以解决问题为出发点,提出了一些新的研究策略、方法和技术。代谢组学发展呈现出整合一体化,定量化和标准化的趋势。本文对代谢组学的概况,现在的发展情况和未来的趋势进行综述。 【关键词】 代谢组学 研究策略 分析方法 综述
1 代谢组学的概况
代谢组学(metabonomics)是以组群指标分析为基础,以高通量检测和数据处理为手段,以信息建模与系统整合为目标的系统生物学的一个分支,是继基因组学、转录组学、蛋白质组学后系统生物学的另一重要研究领域, 它是研究生物体系受外部刺激所产生的所有代谢产物变化的科学,所关注的是代谢循环中分子量小于1000的小分子代谢物的变化,反映的是外界刺激或遗传修饰的细胞或组织的代谢应答变化[1]。代谢组学的概念最早来源于代谢轮廓分析 [2]。nicholson研究小组于1999年提出了代谢组学的概念[1],并在疾病诊断、药物筛选等方面做了大量的卓有成效的工作[3~5]。fiehn等[6]提出了metabolomics的概念,第一次把代谢产物和生物基因的功能联系起来,之后很多植物化学家开展了植物代谢组学的研究,使得代谢组学得到了极大的充实,同时也形成了当前代谢组学的两大主流领域: metabolomics和metabonomics。经过不断发展,fiehn [6,7]、allen [8]、nielsen [9], villasboas[10,11]等确定了代谢组学一些相关层次的定义,已被学术界广泛接受。第一个层次为靶标分析,目标是定量分析一个靶蛋白的底物和/或产物;第二个层次为代谢轮廓分析,采用针对性的分析技术,对特定代谢过程中的结构或性质相关的预设代谢物系列进行定量测定;第三个层次为代谢指纹/足印,定性并半定量分析细胞外/细胞内全部代谢物;第四个层次为代谢组学,定量分析一个生物系统全部代谢物,但目前还难以实现。
作为应用驱动的新兴科学,代谢组学已在药物毒性和机理研究[12,13]、微生物和植物研究[14]、疾病诊断和动物模型[15,16]、基因功能的阐明[17]等领域获得了较广泛地应用。近来,代谢组学又在中药成分的安全性评价[18]、药物代谢的分析[19]、毒性基因组学[20]、营养基因组[21]、药理代谢组学[22~24]、整合药物代谢和系统毒理学 [25,26]等研究方面取得了新的突破和进展。
完整的代谢组学分析的流程包括样品的制备、数据的采集和数据的分析及解释。样品的制备包括样品的提取、预处理和化合物的分离。代谢物通常用水或有机溶剂(甲醇、己烷等)提取。分析之前,常先用固相微萃取、固相萃取、亲和色谱等方法进行预处理,用气相色谱、液相色谱、毛细管电泳等方法进行化合物的分离。预处理后,样品中的代谢产物需要通过合适的方法进行测定。色谱、质谱、磁共振、红外光谱、库仑分析、紫外吸收、荧光散射、放射性检测、光散射等分离分析手段及其组合都在代谢组学的研究中得到应用。其中,核磁共振(nmr)技术特别是氢谱以其对含氢代谢产物的普适性,色谱以其高分离度、高通量,质谱(ms)以其普适性、高灵敏性和特异性而成为最主要的分析工具。代谢组学研究的后期需借助于生物信息学平台进行数据的分析和解释[27],解读数据中蕴藏的生物学意义。最常用的是主成分分析(pca)法和偏最小二乘(pls)法。
但在研究的几个步骤中,代谢组学还存在一些不足。例如,分析手段存在局限性;全部定量分析难以实现,准确性不足;定性过程复杂。针对这些问题,现在的研究者们在研究策略和方法上做着积极的探索和改进。本文就将综述近年来在代谢组学研究策略和方法上的最新的研究报道,并结合本实验室的研究进行展望。
2 研究策略与方法
后基因组时代众多组学的发展向分析化学提出了更高、更严峻的挑战。对代谢组学,一些关键点的把握显得尤为重要。首先,代谢组学的整体分析平台的提升是未来代谢组学研究的关键环节,这包括:新的复杂样品预处理技术;灵敏、专一、原位、动态、无损、快速的代谢物组检测、表征与操纵技术;代谢物组成、结构和功能信息获取的新型技术和完整的数据采集和成像系统;有效、快速处理代谢组海量复杂数据的新化学信息学方法以及这些技术和方法学的原始性创新、学科间交叉和多维技术联用基本理论研究等。再者,制定代谢组学标准(包括方法、信息和数据库),以及实现代谢组与基因组、转录组和蛋白质组等数据的整合,是未来代谢组学研究的一个关键问题。针对这些关键点,代谢组学的研究策略和方法得到了新的发展。
2.1 整合一体化
由于现有的分析技术都有各自的优缺点[28],单独使用一种或少数几种已经很难满足代谢组学研究的要求。所以整合的策略已经成为一个重要的趋势,这个整合不仅包括各种技术、方法,还包括不同来源的生物样品(血液、尿液、粪便等)。可以将目前的整合策略归纳为以下几个方面。
2.1.1 分析技术的整合 这个整合包括了不同分离技术、不同的数据获取方式、不同数据分析技术等。这样可以达到分析平台优势互补,使结果更完善、准确。在这方面刘昌孝等[29~31]做了一些液相色谱和质谱联用技术与化学计量学方法结合,应用于代谢组学的研究工作,并对这方面的发展进行了综述。chen等[32]也利用了整合的思想,提出了一套完整的潜在代谢标志物从发现到定性再到生理意义说明的方法。他们将指纹谱分析、多变量分析、液相串联质谱(lcms/ms)、微制备、傅立叶离子回旋共振质谱(fticrms)、气相质谱(gcms)、数据库检索、同位素标记物比对等方法进行了整合,利用整合后的平台对糖尿病进行代谢组学分析。先用uplcms采集数据,经数据处理后寻找到潜在生物标志物,经过微制备后,再利用fticrms和gcms进行分析,得到精确分子量和气相保留指数,再结合碎片分析,通过查询数据库最终确定标志物的组成及结构。再通过同位素标记物的比对,最终明确此化合物并进行了生理意义的说明。这个方法适用于所有进行代谢组学研究的体系,能使标志物的鉴定更为可靠和令人信服,为潜在标志物的寻找提供了一套标准有效的操作流程。还有人研究了多种离子化方式对代谢组学研究结果的影响[33],发现单用电喷雾离子源(esi)的负离子模式比正负离子模式相结合少了90%的离子量,结合大气压化学电离(apci)后,离子量多了20%,而结合esi、apci、基质辅助激光解析电离(maldi)和多孔硅表面解吸离子化(dios)后,离子量提高了一倍,这在一定程度上代表信息量的增加。此外,亲和液相色谱、反相液相色谱和气相色谱的整合[34,35]、nmr与ms的整合[35]、不同填料色谱柱(如:c8、c18、苯基柱)的整合研究[36]都有报道。对于无商品化和不易得到标准品的物质,lee等[37]在定性分析中使用了绝对淌度和酸解离常数进行辅助解析,这也是整合思想的一个体现。这些研究都表明,整合策略正是现在代谢组学研究策略发展的一个重要方向。
在数据分析技术上,也体现着整合的思想。由于代谢组学分析产生的是信息量丰富的多维数据,因此,需要充分整合化学计量学和多元统计分析方法等技术,对代谢组学数据进行分析说明[38]。目前在代谢组学中运用较多的包括主成分分析、层次聚类分析(hca)、非线性影射(nlm)等非监督分类方法,以及偏最小二乘法判别分析(plsda)、k最近邻法(knn)、神经网络(nn)等监督分类方法。每一种方法都有各自特点,通过比较、整合可以得到更完整的结果。
2.1.2 数据的整合 由于样品分析手段的多样性,产生了许多不同的代谢组学数据,这需要通过数学统计方法对不同数据加以整合, crockford等[39]在进行毒理学研究时,采用了shy(statistical heterospectroscopy)方法对nmr与ms数据进行了整合,为生物标志物的发现提供了一个系统生物学工具。另外,lcms数据和gcms数据的融合[40]等也有报道。关于数据的另外一个整合是指代谢组学数据与其它一些整体研究数据之间的整合。随着现代自然科学技术不断发展,各种基于整体的研究,如蛋白组学、代谢组学、基因组学等不断出现并相互交叉,通过整合整体研究数据[41~43] ,可以更全面和深刻地阐明生物网络复杂性,准确理解代谢物与蛋白质、代谢物与基因之间的关系。廖沛球等[44]就在用代谢组学方法对硝酸钕急性生物效应进行研究时,将大鼠血清中一些重要的生化指标及组织切片光镜图分析结果与代谢组学数据结合讨论。从数据形式上,采用xml通用标记语言的质谱数据可同时适用于蛋白质组和代谢组, 同时,在细胞信号通路等领域有重要作用的系统生物学标记语言sbml也正发展成xml形式[45];有些研究也采用sysbioom数据记录平台,将pedro形式的蛋白质组数据和代谢组数据整合至mageom模式的转录组数据中[46]。组学数据整合可以通过代谢网络支架(scaffold)分析、建模方法或借用有关专业软件来实现[47]。yang等[48]利用代谢组学与蛋白组学技术,并将两者相结合来研究dna免疫调节对脂代谢的影响。在毒理分析中,spicker等[49]就用一个分级模型整合了临床化学数据,基因蛋白表达数据和其他的一些数据。由此看来,对于许多复杂的体系,单一内容的数据已经很难准确反映出体系的性质和变化,这就需要更加重视采用多种数据来共同研究问题、解释问题。这样得出的结果更全面、更准确。
2.1.3 研究对象的整合 通过整合代谢组学(integrated metabonomics)方法,同时对机体中不同来源的生物样品(尿样、血样、组织样等)进行代谢组学分析、数据比较和综合评价,可以使代谢组学的结果更完整、更准确[50]。nicholson实验组[51]将血样、尿样和肝脏组织样品分别进行代谢组学研究,将研究结果整合来进行毒理研究,得到了更好的研究结果。saric等[52]进行了粪便代谢组学研究,研究揭示了粪便代谢组群的种类变化与肠胃功能的关系。一些研究者还对大鼠毛发进行代谢组学分析[34],表明毛发在寻找生物标志物上也有重要作用。
2.2 定量化
从代谢组学的各个层次的定义不难看出,定量是人们追求的一个较高的目标。lee等[53]在研究壬基苯酚毒性作用时,就对比了有目标定量研究(针对雌激素、雄激素、肾上腺皮质激素)和无目标代谢指纹谱分析的结果,他们发现无目标、无准确定量的代谢组学研究结果只揭示毒性作用与作用量有关系。而有了准确定量后,毒性作用还表现出了与作用时间的相关性。代谢组学一直朝着全面定量努力。wang等[54]在代谢组学研究中就十分注重量的概念,在神经管畸形的研究中,他们根据先验知识锁定了一碳代谢循环通路,定量了11种物质,同时,也对同一样品进行代谢指纹谱分析,将定量结果加入到指纹谱结果中进行问题的说明。在糖尿病肾病研究中,整合了磷脂类、脂肪酸类、氨基酸类、核苷类和激素类五大代谢循环轮廓谱,定量了百余种物质,将这些再与指纹谱结合,将使代谢组学的研究更全面,更可信,有可能更清晰地去研究疾病的机理,达到疾病预警,指导并评价治疗的目的。
随着重视程度的增加,许多新的定量策略和方法都被提出并得到实验验证。对于定量,内标的使用是一个重要的手段,上文提到的毒性研究实验就是采用雌二醇d4为内标来定量。另外,bajad等[55]在用lcms/ms分析时,同时使用非同位素内标和同位素内标来实现定量,共定量了141种化合物,其中包含了氨基酸和核苷酸代谢的许多相关物质。可以说,内标的使用不但可以进行数据校准,还可以辅助定量。最近,weljie等[56]提出一种用于nmr进行代谢组学研究的定量方法,叫做靶标轮廓法,他们利用许多种纯品的光谱数据建模,从而建立一个数据库,通过检索比对来鉴定并定量代谢物,这个方法解决了低浓度物质和重叠区物质的定性定量问题。同位素比率的方法用于代谢组学定量是一种较新的尝试,huang等[57]在使用二维气相飞行时间质谱进行分析时,用d6标记的mtbstfa作为衍生化试剂对分析物进行衍生化,再根据同位素比率对分析物进行定量。通过对各种定量新方法的比较,可以看出,使用内标进行定量的方法会有鉴定方便,定量准确的优点,比较适用于那些结构非常清楚,内标物比较易得的物质的定量,而建模型数据库进行检索比对的方法的优点是比较简便,成本较低,但准确性有所欠缺。在实际研究中,应该根据每个研究对象的不同特点进行选择。
2.3 标准化
由于代谢组学分析技术和操作条件的多样化,使得大量产生的数据和结果缺乏规范性,这给代谢组学数据的采集、存储、查询、比较、共享和整合等带来诸多不便。这就需要研究者对一整套的过程进行标准化。首先,在生物样品的收集、灭活和储存上,大多研究者就已经按照一些标准化程序来做。其次,在样品的前处理上,alzweiri等[58]系统地比较了乙腈、丙酮、甲醇和乙醇的除血样中蛋白和尿中的盐效果,为建立标准化前处理方法提供一些依据。在样品分析上,内标的使用就在一个更小层次的标准化上起到了一定作用。目前,最主要的标准化还是针对于数据的处理。代谢组数据的标准化也开始尝试类似转录组学和蛋白质组学的方法[59],具体地规定有关实验和分析方法的数据格式和必要信息。如bino等[60]提出了miamet的代谢物组学数据模式,涉及实验设计、样品收集、处理和分析等各环节;基于miamet,jenkins等[61]提出了更为细致和完整的基于gcms的植物代谢物组学数据标准armet;kell等[62]采用xml标记语言,可将信息标准扩展到包括应用nmr和ms等技术的代谢组学数据中。代谢组数据的标准化工作需要科研、企业及政府机构等多方面力量共同参与。在这方面,倡导者之一的smrs工作组发挥了重要作用[63],该小组已制订和了有关代谢组分析方法的标准化报告的详细草案[64]。
2.4 新的分析方法
2.4.1 样品预处理 样品预处理是代谢组学研究中的重要内容[65,66]。基于代谢组分析的系统性,整个样品处理和分析过程应尽可能保留和体现样品中完整的代谢物组分信息,所以样品的预处理就显得尤为重要。许多研究工作也聚焦在了新的预处理方法上。webbrobertson等[67]在尿液预处理时,加入叠氮化钠,来防止细菌污染;在气相色谱质谱研究中,相转移催化技术(ptc)可以使分析物与离子对试剂形成离子对,利用它在有机相中溶解性好的特点,提高衍生化效率[68]。kind等[69]在尿液与处理上,采用尿素酶分解了尿中含量很高的尿素,与不进行此预处理的尿液相比,这种方法使一些被掩盖的信息表现出来。
2.4.2 样品分析 现阶段,样品分析和数据采集主要采用nmr和ms两种方法。其中,nmr技术,特别是新发展的高分辨魔角旋转、活体磁共振波谱和磁共振成像等技术使nmr成了代谢组学研究领域最主要的分析技术之一[70];而现代ms技术也以其高灵敏度和专属性的优势而在代谢组学研究中备受青睐。一些应用于代谢组学研究的新技术也出现在这些相关领域中。超高效液相色谱/高分辨飞行时间质谱(uplc/tofms)技术及联机的markerlynx自动化数据处理软件早已运用到了研究中,为代谢组学研究提供了从样品分析到数据分析全过程的整体解决方案[71]。fticrms具有超高分辨率和准确度,可以配备大气压电离(apci)、纳升级电喷雾(nanoesi)和maldi等各种离子源,在代谢组学研究,尤其是未知物确定上发挥了很大的作用[72~74];在代谢指纹的快速扫描中,直接输注质谱法的应用日趋广泛[75,76];电喷雾解吸电离(desi)的质谱技术(ambient ms)[77~79]基于多孔硅表面的解吸离子化技术(dios),突出特点是在常压下能将表面吸附的分析物进行解吸电离,这样就避免了样品预处理和基质背景干扰,从而实现ms对复杂样品进行原位、高通量、非破坏的分析,获得更直接和全面的样品信息[80]。wang等[81]自主研发了一套全自动亲水色谱柱/反相色谱柱加和转换的液质联用体系,从而将极性大的化合物进行了更细致分离,扩大了信息量,有助于全面准确衡量代谢情况。这套体系适合用于任何复杂生物样本的分析中,能简单而有效地完成极性范围很宽的不同物质的分离分析。enke等[82]在飞行时间质谱(tofms)的基础上发展了一套新分析技术,称为飞行距离质谱(dofms),它的分辨率可与四极杆和离子阱相媲美,而且还保持了tofms的优点,并提高了信噪比和动态学应用范围。在气相研究中,研究者创新地使用了纤维填充毛细管柱[68],它的耐高温性能扩展了气相色谱的使用范围。
2.4.3 数据分析 数据处理的一些新的方法开发和应用,有力地推动了代谢组学的发展。saude等[83]根据不同代谢物和内标物的不同纵向弛豫率,得到校正因子,对代谢物的定量结果进行校正,大大提高了定量准确率;yang等[84]发展了一种峰校准算法,他们先定义了一系列响应比较强的峰,将保留时间划分为几个区间,对各个区间进行校准,并在肝病代谢组学研究中得到应用。oh等[85]开发了一个新的信息处理软件包,可以在样品数据中寻找同种代谢物产生的峰,并能消除杂峰(如污染物的峰),他们还用混合标准品和血样加标验证了软件准确性。在以gcms进行植物实验分类学研究中,splot作为一个能反映出代谢物与分类模型之间的共方差和相关性的工具,被用于鉴别有统计学意义和生理学意义的代谢物[86]。还有svd在线性最小二乘基础上的使用,能在一定程度上削弱峰重叠对峰指认和定量的影响[87];mzmine和xcms能对保留时间进行校准[69]。这些方法的目的都是尽量减小分析中产生的误差,使结果更准确。
3 展望
目前,国内外许多研究者都在进行代谢组学研究,代谢组学应用的范围和领域也在不断扩大。但这些研究依然存在了许多问题亟待解决。(1)在代谢全谱分析中缺乏量的概念。在这个问题上,我们通过这几年对代谢组学进行的研究,也提出了自己的一些策略和思想,首先是将代谢指纹谱与定量进行了结合,称之为定量代谢指纹谱技术。这个结合包含了两个层次,一个是数据采集技术上的结合;一个是数据分析技术上的结合。这样的结合能实现指纹谱与定量优势互补,将更清晰、更全面、更准确地反映研究对象的代谢情况。(2)虽然代谢组学强调无歧视分析,但对于任何一个体系,都按代谢组学常规步骤按部就班地进行分析,往往最终都没有得到有用的结果。针对这个问题,我们认为要重视先验知识的重要性,了解哪些代谢循环、代谢物质最可能与研究体系相关,利用这样的先验知识指导代谢组学分离分析条件的优化、潜在生物标志物的鉴定,将大大提高代谢组学研究的效率,并能很好地避免研究重心偏离的情况。(3)生物标志物的寻找单一而片面。特别是对于疾病的研究,以前不太重视代谢、蛋白、基因数据与临床数据的结合,各个方面的研究者就在自己的研究数据中进行挖掘,以此来寻找标志物,探寻机理。但实践证明,这样得出的结果都会有片面性,缺乏说服力。在这个问题上,应该强调代谢组学数据与其它数据的结合,特别是临床相关数据,以此来发现包含了不同数据内容的复合生物标志物,这也是今后代谢组学发展的一个重要方面,同时,这也为生物代谢或临床表型多样性研究[88]提供更可靠的方法和工具。
尽管存在许多的问题,但也看到了在研究策略上整合一体化、标准化、定量化的趋势,并且看到了在问题导向下的新技术的不断涌现,这都将推动代谢组学不断持续发展。相信随着关注度的提高、人力和物力的不断投入及应用范围的不断扩大,代谢组学必将得到更为稳健的发展。
【参考文献】
1 nicholson j k, lindon j c, holmes e. xenobiotica, 1999, 29(11): 1181~1189
2 horning m g, murakam i s, horning e c. am. j. clin. nutr., 1971, 24(9): 1086~1096
3 nicholson j k, connelly j, lindon j c, holmes e. nat. rev. drug discov., 2002, 1(2): 153~161
4 brindle j t, antti h, holmes e, tranter g, nicholson j k, bethell h w l, clarke s, schofield p m, mckilligin e, mosedale d e, grainger d j. nat. med., 2002, 8(12): 1439~1444
5 holmes e, antti h. analyst, 2002, 127(12): 1549~1557
6 fiehn o. phytochemistry, 2003, 62(6): 875~886
7 fiehn o. plant mol. biol., 2002, 48(1/2): 155~171
8 allen j, davey h m, broadhurst d, heald j k, rowland j j, oliver s g, kell d b. nat. biotechnol., 2003, 21(6):692~696
9 nielsen j, oliver s. trends biotechnol., 2005, 23(11): 544~546
10 villasboas s g, hojerpedersen j, akesson m, smedsgaard j, nielsen j. yeast, 2005, 22(14): 1155~1169
11 villasboas s g, mas s, akesson m, smedsgaard j, nielsen j. mass spectrom. rev., 2005, 24(5): 613~646
12 lindon j c, keun h c, ebbels t m d, pearce j m t, holmes e, nicholson j k. pharmacogenomics, 2005, 6(7):691~699
13 keun h c. pharmacol. therapeut., 2006, 109(1/2): 92~106
14 rochfort s. j. nat. prod., 2005, 68(12): 1813~1820
15 chen m j, zhao l p, jia w. j. proteome res., 2005, 4(6): 2391~2396
16 gerszten r e, wang t j. nature, 2008, 451: 949~952
17 catchpole g s, beckmann m, enot d p, mondhe m, zywicki b, taylor j, hardy n, smith a, king r d, kell d b, fiehn o, draper j. p. natl. acad. sci. usa, 2005, 102(40): 14458~14462
18 chen m j, su m m, zhao l p, jiang j, liu p, cheng j y, lai y j, liu y m, jia w. j. proteome res., 2006, 5(4): 995~1002
19 idborg h, edlund p o, jacobsson s p. rapid commun. mass spectrom., 2004, 18(9): 944~954
20 castle a l, carver m r, mendrick d l. drug discov. today, 2002, 7(13 ): 728~736
21 muller m, kersten s. nat. rev. genet., 2003, 4(4): 315~322
22 clayton t a, lindon j c, cloarec o, antti h, charuel c, hanton g, provost j p, le net j l, baker d, walley r j, everett j r, nicholson j k. nature, 2006, 440(7087): 1073~1077
23 nebert d w, vesell e s. trends pharmacol. sci., 2006, 27(11): 580~586
24 lindon j c, holmes e, nicholson j k. pharm. res., 2006, 23(6): 1075~1088
25 waters m d, fostel j m. nat. rev. genet., 2004, 5(12): 936~948
26 ekins s. j. pharmacol. toxicol. methods, 2006, 53(1): 38~66
27 lindon j c, holmes e, nicholson j k. anal. chem., 2003, 75(17)384a~391a
28 weckwerth w, morgenthal k. drug discov. today, 2005, 10(22): 1551~1558
29 xie yuesheng(谢跃生), pan guixiang(潘桂湘), gao xiumei(高秀梅), liu changxiao(刘昌孝). chinese j. anal. chem. (分析化学),2006,34(11): 1100~1106
30 li wei(李 伟), han jianping(韩建平), gao jun(高 钧), liu changxiao(刘昌孝). chinese j. anal. chem. (分析化学),2006,35(12):1798~1800
31 lin yanping(林艳萍),si duanyun(司端运),liu changxiao(刘昌孝). chinese j. anal. chem. (分析化学),2007,35(10):1535~1540
32 chen j, zhao x, fritsche j, yin p, schmittkopplin p, wang w, lu x, haring h u, schleicher e d, lehmann r, xu g w. anal. chem., 2008, 80: 1280~1289
33 nordstrom a, want e, northen t, lehtio j, siuzdak g. anal. chem., 2008, 80: 421~429
34 inagaki s, noda t, min j z. j. chromatogr. a, 2007, 1176: 94~99
35 godejohann m. j. chromatogr. a, 2007, 1156: 87~93
36 bruce s j, jonsson p, antti h, cloarec o, trygg j, marklund s l, moritz t. anal. biochem., 2008, 372: 237~249
37 lee r, ptolemy a s, niewczas l, britzmckibbin p. anal. chem., 2007, 79: 403~415
38 trygg j, holmes e, lundstedt t. j. proteome res., 2007, 6(2): 469~479
39 crockford d j, holmes e, lindon j c, plumb r s, zirah s, bruce s j, rainville p, stumpf c l, nicholson j k. anal. chem., 2006, 78(2): 363~371
40 smilde a k, van der werf m j, bijlsma s, van der werffvander vat b j c, jellema r h. anal. chem., 2005, 77(20): 6729~6736
41 lafaye a, junot c, pereira y, lagniel g, tabet jc, ezan e, labarre j. j. biol. chem., 2005, 280(26): 24723~24730
42 ippolito j e, xu j, jain s j, moulder k, mennerick s, crowley j r, townsend r r, gordon j i. p. natl. acad. sci. usa, 2005, 102(28): 9901~9906
43 morgenthal k, wienkoop s, wolschin f, weckwerth w. methods mol. biol., 2007, 358: 57~75
44 liao peiqiu(廖沛球), zhang xiaoyu(张晓宇), wei lai(魏 来), li weisheng(李伟生), wu yijie(吴亦洁), li xiaojing(李晓晶), ni jiazuan(倪嘉缵), pei fengkui(裴奉奎). chinese j. anal. chem. (分析化学), 2008, 36(4): 426~432
45 hucka m, finney a, sauro h m, bolouri h, doyle j c, kitano h, arkin a p, bornstein b j, bray d, cornishbowden a, cuellar a a, dronov s, gilles e d, ginkel m, gor v, goryanin i i, hedley w j, hodgman t c, hofmeyr j h, hunter p j, juty n s, kasberger j l, kremling a, kummer u, le novere n, loew l m, lucio d, mendes p, minch e, mjolsness e d, nakayama y, nelson m r, nielsen p f, sakurada t, schaff j c, shapiro b e, shimizu t s, spence h d, stelling j, takahashi k, tomita m, wagner j, wang j. bioinformatics, 2003, 19(4): 524~531
46 xirasagar s, gustafson s, merrick ba, tomer k b, stasiewicz s, chan d d, yost k j, yates j r, sumner s, xiao n q, waters m d. bioinformatics, 2004, 20(13): 2004~2015
47 joyce a r, palsson b o. nat. rev. mol. cell bio., 2006, 7(3): 198~210
48 yang f, yan s k, wang f, he y, guo y j, zhou q, wang y, zhang x y, zhang w d, sun s h. j. proteome res., 2008, 7(6): 741~748
49 spicker j s, brunak s, frederiksen k s, toft h. toxicol. sci., 2008,102(2): 444~454
50 waters n j, holmes e, williams a, waterfield c j, farrant r d, nicholson j k. chem. res. toxicol., 2001, 14(10): 1401~1412
51 waters n j, waterfield cj, farrant r d, holmes e, nicholson j k. j. proteome res., 2006, 5(6): 1448~1459
52 saric j, wang y l, li j, coen m, utzinger j, marchesi j r, keiser j, veselkov k, lindon j c, nicholson j k, holmes e. j. proteome res., 2008, 7(01): 352~360
53 lee s h, woo h m, jung b h, lee j g, kwon o s, pyo h s, choi m h, chung b c. anal. chem., 2007, 79:102~110
54 wang y, zhang h y, liang q l, yang h h, wang y m, liu q f, hu p, zheng x y, song x m, chen g, zhang t, wu j x, luo g a. j. chromatogr. b, 2008, 863(1): 94~100
55 bajad s u, lu w y, kimball e h, yuan j, peterson c, rabinowitz j d. j. chromatogr. a, 2006, 1125: 76~88
56 weljie a m, newton j, mercier p, carlson e, slupsky c m. anal. chem., 2006, 78: 4430~4442
57 huang x d, regnier f e. anal. chem., 2008, 80: 107~114
58 alzweiri m, watson d g, robertson c, sills g j, parkinson j a. talanta, 2008, 74: 1060~1065
59 quackenbush j. nat. biotechnol., 2004, 22(5): 613~614
60 bino r j, hall r d, fiehn o, kopka j, saito k, draper j, nikolau b j, mendes p, roessnertunali u, beale m h, trethewey r n, lange b m, wurtele e s, sumner l w. trends plant sci., 2004, 9(9): 418~425
61 jenkins h, hardy n, beckmann m, draper j, smith a r, taylor j, fiehn o, goodacre r, bino r j, hall r, kopka j, lane g a, lange b m, liu j r, mendes p, nikolau b j, oliver s g, paton n w, rhee s, roessnertunali u, saito k, smedsgaard j, sumner l w, wang t, walsh s, wurtele e s, kell d b. nat. biotechnol., 2004, 22(12): 1601~1606
62 kell d b, brown m, davey h m, dunn w b, spasic i, oliver s g. nat. rev. microbiol., 2005, 3(7): 557~565
63 castle a l, fiehn o, kaddurahdaouk r, lindon j c. brief bioinform., 2006, 7(2): 159~165
64 lindon j c, nicholson j k, holmes e, keun h c, craig a, pearce j t m, bruce s j, hardy n, sansone s a, antti h, jonsson p, daykin c, navarange m, beger r d, verheij e r, amberg a, baunsgaard d, cantor g h, lehmanmckeeman l, earll m, wold s, johansson e, haselden j n, kramer k, thomas c, lindberg j, schuppekoistinen i, wilson i d, reily m d, robertson d g, senn h, krotzky a, kochhar s, powell j, van der ouderaa f, plumb r, schaefer h, spraul m. nat. biotechnol., 2005, 23(7): 833~838
65 brown s a e, simpson a j, simpson m j. environ. toxicol. chem., 2008, 27(4): 828~836
66 lauridsen m, hansen s h, jaroszewski j w, cornett c. anal. chem., 2007, 79(3): 1181~1186
67 webbrobertson b j m, lowrya d f, jarman k h, harbo s j, meng q r, fuciarelli a f, pounds j g, lee k m. j. pharm. biomed. anal., 2005, 39: 830~836
68 kaal e, janssen h g. j. chromatogr. a, 2008, 1184: 43~60
69 kind t, tolstikov v, fiehn oet al. anal. biochem., 2007, 363: 185~195
70 bollard m e, stanley e g, lindon j c, nicholson j k, holmes e. nmr biomed., 2005, 18(3): 143~162
71 yin p y, zhao x j, li q r, wang j s, li j s, xu g w. j. proteome res., 2006, 5(9): 2135~2143
72 dettmer k, aronov p a, hammock b d. mass spectrom. rev., 2007, 26(1): 51~78
73 want e j, cravatt b f, siuzdak g. chem. biochem., 2005, 6(11): 1941~1951
74 brown s c, kruppa g, dasseux j l. mass spectrom. rev., 2005, 24(2): 223~231
75 dunn w b, bailey n j c, johnson h e. analyst, 2005, 130(5): 606~625
76 allen j, davey h m, broadhurst d, heald j k, rowland j j, oliver s g, kell d b. nat. biotechnol., 2003, 21(6):692~696
77 wei j, buriak j m, siuzdak g. nature, 1999, 399(6733): 243~246
78 takats z, wiseman j m, gologan b, cooks r g. science, 2004, 306(5695): 471~473
79 cooks r g, ouyang z, takats z, wiseman j m. science, 2006, 311(5767): 1566~1570
80 wiseman j m, puolitaival s m, takats z, cooks r g, caprioli r m. angew. chem. int. edit, 2005, 44(43 ):7094~7097
81 wang y, wang j s, yao m, zhao x j, fritsche j, schmittkopplin p, cai z w, wan d f, lu x, yang s l, gu j r, haring h u, schleicher e d, lehmann r, xu g w. anal. chem., 2008, 80: 4680~4688
82 enke c g, dobson g s. anal. chem., 2007, 79: 8650~8661
83 saude e j, slupsky c m, sykes b d. metabolomics, 2006, 2(3): 113~123
84 yang j, xu g w, zheng y f, kong h w, wang c, zhao x j, pang t. j. chromatogr. a, 2005, 1084: 214~221
85 oh c, huang x, regnier f e, buck c, zhang x. j. chromatogr a, 2008, 1179: 205~215
86 wiklund s, johansson e, sjostrom l, mellerowicz e j, edlund u, shockcor j p , gottfries j, moritz t, trygg j. anal. chem., 2008, 80: 115~122
马斯洛需求层次理论(Maslow's hierarchy of needs),亦称“基本需求层次理论”,是行为科学的理论之一,由美国心理学家亚伯拉罕?马斯洛于1943年在《人类激励理论》论文中所提出。将需求分为五种,象阶梯一样从低到高,按层次逐级递升,分别为:生理上的需求,安全上的需求,情感和归属的需求,尊重的需求,自我实现的需求。另外两种需要:求知需要和审美需要。这两种需要未被列入到他的需求层次排列中,他认为这二者应居于尊重需求与自我实现需求之间。还讨论了需要层次理论的价值与应用等。
二、社会学习理论
班杜拉认为是探讨个人的认知、行为与环境因素三者及其交互作用对人类行为的影响。按照班杜拉的观点,以往的学习理论家一般都忽视了社会变量对人类行为的制约作用。他们通常是用物理的方法对动物进行实验,并以此来建构他们的理论体系,这对于研究生活于社会之中的人的行为来说,似乎不具有科学的说服力。由于人总是生活在一定的社会条件下的,所以班杜拉主张要在自然的社会情境中而不是在实验室里研究人的行为。
三、舒茨的人际需要理论
社会心理学家舒茨提出人际需要的三维理论,舒茨认为,每一个个体在人际互动过程中,都有三种基本的需要,即包容需要、的支配需要和情感需要。这三种基本的人际需要决定了个体在人际交往中所采用的行为,以及如何描述、解释和预测他人行为。三种基本需要的形成与个体的早期成长经验密切相关。包容需要指个体想要与人接触、交往、隶属于某个群体。与他人建立并维持一种满意的相互关系的需要。
四、镜中我理论
由美国社会学家查尔斯?霍顿?库利在他的1909年出版的《社会组织》一书中提出。他认为,人的行为很大程度上取决于对自我的认识,而这种认识主要是通过与他人的社会互动形成的,他人对自己的评价、态度等等,是反映自我的一面“镜子”,个人通过这面“镜子”认识和把握自己。因此,人的自我是通过与他人的相互作用形成的,这种联系包括三个方面: 1、关于他人如何“认识”自己的想象; 2、关于别人如何“评价”自己的想象; 3、自己对他人的这些“认识”或“评价”的情感。
五、贝塔朗菲的一般系统论
贝塔朗菲(1901~1972),美籍奥地利生物学家,一般系统论和理论生物学创始人,50年代提出抗体系统论以及生物学和物理学中的系统论,并倡导系统、整体和计算机数学建模方法和把生物看作开放系统研究的概念,奠基了生态系统、器官系统等层次的系统生物学研究。
六、埃里克森人格发展八阶段理论
埃里克森(E.H.Erikson,1902)是美国着名精神病医师,新精神分析派的代表人物。他认为,人的自我意识发展持续一生,他把自我意识的形成和发展过程划分为八个阶段,这八个阶段的顺序是由遗传决定的,但是每一阶段能否顺利度过却是由环境决定的,所以这个理论可称为"心理社会"阶段理论。每一个阶段都是不可忽视的。
埃里克森的人格终生发展论,为不同年龄段的教育提供了理论依据和教育内容,任何年龄段的教育失误,都会给一个人的终生发展造成障碍。它也告诉每个人你为什么会成为现在这个样子,你的心理品质哪些是积极的,哪些是消极的,多在哪个年龄段形成的,给你以反思的依据。
1.婴儿期(0~1.5岁):基本信任和不信任的冲突
2.儿童期(1.5~3岁):自主与害羞和怀疑的冲突
3.学龄初期(3~5岁):主动对内疚的冲突
4.学龄期(6~12岁),勤奋对自卑的冲突
5.青春期(12~18岁):自我同一性和角色混乱的冲突
6.成年早期(18~25岁):亲密对孤独的冲突
7.成年期(25~65岁):生育对自我专注的冲突
8.成熟期(65岁以上):自我调整与绝望期的冲突
埃里克森认为,人格在人的一生中都在不断地发展。他提出了8个阶段,认为每一个人都经历这8个阶段,每一个阶段对人格发展都至关重要。
(1)基本信任对不信任
(2)自主性对羞愧和怀疑
(3)主动性对内疚
(4)勤奋对自卑
(5)自我认同感对角色混乱
(6)亲密对孤独
(7)繁衍对停滞
(8)自我整合对失望
七: 九型人格理论
九型人格(Enneagram),又名性格型态学、九种性格。是婴儿时期人身上的九种气质,包括活跃程度;规律性;主动性;适应性;感兴趣的范围;反应的强度;心景的素质;分心程度;专注力范围/持久性。它是一个近年来倍受美国斯坦福等国际着名大学MBA学员推崇并成为现今最热门的课程之一,近十几年来已风行欧美学术界及工商界。全球500强企业的管理阶层均有研习九型性格,并以此培训员工,建立团队,提高执行力。
活跃程度;规律性;主动性;适应性;感兴趣的范围;反应的强度;心景的素质;分心程度;专注力范围/持久性。
戴维?丹尼尔斯(David Daniels)则发现这九种不同的气质刚好和九型人格相配。
九型人格不仅仅是一种精妙的性格分析工具,更主要的是为个人修养与自我提升、历练提供深入的洞察力,与当今其它性格分类法不同,九型性格揭示了人们内在最深层的价值观和注意力焦点,它不受表面的外在行为的变化所影响。 它可以让人真正地知己知彼,可以帮助人明白自己的个性,从而完全接纳自己的短处、活出自己的长处;可以让人明白其它不同人的个性类型,从而懂得如何与不同的人交往沟通及融洽相处,与别人建立更真挚、和谐的合作伙伴关系。
八、社会损害理论和社会重建理论
社会损害理论着重讨论的是,有时老年人一些正常的情绪反应会被他人视为病兆而作出过分的反应,从而对老人的自我认知带来损害。例如,因患老年病而健康受损的老人,询问子女自己是否应该搬过去与其同住。这种询问就很可能被子女视为老人无能力再作处任何决定的表现,从此凡事处处为老人作决定。这种关心久而久之就会对老人产生一种消极暗示,让老人觉得自己的确缺乏能力而把一切决定权都交给子女。也就是说,接受消极标志的老人随后会进入消极和依赖的地位,丧失原先的独立自主能力。现实生活中有太多的案例表明,对老年人的过分关心导致老年人认为自己无用的错误认知,从而对老年人的身心带来损害。这一理论对老年社会工作者具有深刻的启示意义,它至少告诉我们,有些所谓的老人问题大多是被标定的结果,也是老年人自己受消极暗示所产生的连锁反应,因此,在帮助老年人的过程中,不仅要切实地帮助老人解决实际问题,同时也需要协助老人增强信心和提升能力。
社会重建理论就是意在改变老年人生存的客观环境以帮助老年人重建自信心。社会重建理论的基本模式是:第一阶段:让老人了解到社会上现存的对老年人之偏见及错误观念。第二阶段:改善老年人的客观环境,通过提倡政府资助的服务来解决老年人的住房、医疗、贫困等问题。第三阶段:鼓励老人的自我计划、自我决定,增强老人自我解决问题的能力。
九、社会支持网络
一)发展
社会支持源自鲍尔拜的依附理论,20世纪60年代社会支持网络开始用于精神病学的临床治疗。20世纪七八十年代,美国社会支持计划推进了社会支持网络的应用。
(二)基本假设
人,无法自绝于社会而存在!
人类生存需要与他人共同合作,以及仰赖他人协助。
人类生命发展历程都会遭遇一些可预期和不可预期的生活事件。
遭遇生活事件时,需要资源以因应问题。资源分为内在与外在两种。
社会支持网络为外在资源之一种,可分为有形与无形两类。
(三)定义
A.一组由个人接触所构成的关系网,透过这些关系网个人得以维持其认同,并获得情绪支持、物质援助、服务、讯息、新的社会接触等。
B.由各种有形的和无形的支持构建起来的支持体系就是社会支持网络
(四)分类
社会支持网络按不同的标准有不同的分法,如按内涵分,可以分为工具性支持和表达性支持;按主/客观来分,可以分为实际支持和主观感受。另外一种分法是我个人觉得比较容易理解的,分为有形的支持和无形的支持,其中有形的支持保括物质或金钱的支持和援助,而无形的支持多半属于心理、精神上的,如鼓励、安慰、嘘寒问暖、爱及情绪上的支持等。
关键词: 中药整体质量控制标准体系;对照提取物;对照图谱;一测多评
[收稿日期] 2013-01-03
[基金项目] 国家中医药管理局2013年中医药行业科研专项(201307002);中国科学院重点部署项目(KSZD-EW-Z-004-01)
[通信作者] 果德安,研究员,Tel:(021)50271516,E-mail:
《国家药品安全“十二五”规划》明确指出:“中药标准主导国际标准制订”。这一目标的提出表明我国已经开始从国家层面重视中医药的发展,开始把握中药国际标准制订的主导权,将推进“中药标准化和现代化”纳入了新时期的重点战略任务,从而推动中药国际化发展。我国一直重视中药质量的标准化工作,《中国药典》每5年修订1次,每年制订1个增补版,这在很大程度上提升了我国药品质量标准的水平和相对保障了中药实用的安全和有效。2010年版《中国药典》收载了4 567个品种,基本形成了中药材、中药饮片、中成药、化学药品、药品辅料、生物制品等门类齐全的药品标准体系。然而到目前为止,我国尚未有处方药真正获得国外市场尤其是欧美市场的认可,中药往往是以保健品或者食品补充剂的角色出现在欧美市场。因此在推进我国中药国际化的进程中,中药标准引领国际需先行,通过构建完善的中药质量标准体系,让中药在欧美市场以药品的形式获得国际认可。
标准体系构建的方法却一直是仁者见仁,智者见智。如肖小河教授[1]提出了中药质量控制和评价模式应多元化,提出在质量标准中采用生物效价检测方法;梁鑫淼教授[2]提出了中药质量控制技术应重点发展以分离和表征技术为主的中药质量控制关键技术,构建具有中药特色的过程控制和产品质量控制标准。毋庸置疑,这些创新的方法为中药质量标准体系的构建与完善提供了更多的思路。但是中药标准构建一方面需要先进的科学技术,前沿的研究成果,同时更需要在实际应用中具有可操作性,所以很多新的方法应用到标准中还需要大量的实践与验证。美国药典(USP)、欧洲药典(EP)、英国药典(BP)等国家官方机构都收录了多个传统草药或植物药的标准,据笔者实验室最新统计,2014年出版的美国药典37中收录有153个草药及其制剂, 欧洲药典8.0中,收录有272个草药及其制剂。各国药典委员会在参考《中国药典》英文版的同时,并根据本国的实际情况对草药质量标准进行制订和管理。以专论(monograph)体现的思路与理念,形式和内容,不同的国家也不尽相同。奥地利国家中医药研究中心主任Rudolf Bauer教授与欧洲药典会中药专家委员会主席Gerhard Franz博士在他们的文章中详细对比了2005年版《中国药典》与欧洲药典6.0的异同[3]。但应该看到标准制订的思路与理念是相通的,在基本指导思想上是可以互相借鉴与学习,以便达成共识。这些专论为我国中药质量标准体系的国际化提供了可以学习和借鉴的方法。
中药质量标准体系构建主要包括2部分工作: 基础研究与标准建立。实用的中药质量标准需要方法科学、多点控制、实用可行,只有深入地进行大量的基础研究工作与积累总结,才有简便而又严谨的标准,只有足够地“深入研究”才有合适地“浅出标准”。
1 深入研究
中药标准体系的构建首先要进行深入地基础研究。
1.1 溯本求源――中药原植物基原的研究
中药品种的基原确定是中药质量标准构建的根本。从《中国药典》收载的中药的基原背景,已可看出中药品种的复杂性。考虑到历史沿革和药材资源的问题,中药多基原的情况一直存在。完善的质量标准首先要对中药优质品种进行发现和确立,尽可能的单品种、单基原,以保证所使用药材疗效的一致性。中药质量标准的发展进程也是对生物多样性选择性应用的过程。《中国药典》已经在这方面做了很多研究工作,将所含成分差别较大的品种按照一物一名的原则分列。如将葛根项下的野葛与粉葛分列2个项下,对于葛根素的限度进行了分别要求;将五味子因其性状和有效成分的不同列为五味子与南五味子2个品种;将漏芦分为祁州漏芦和禹州漏芦;将川黄柏与关黄柏分开,并分别进行了定量控制等等。 但是也有学者对有些品种的分列提出质疑,如金银花与山银花的分列,以木犀草苷作为指标成分分列的依据是否充分,原植物忍冬作为金银花的唯一来源给金银花市场资源可能带来的困扰等类似问题其实也存在于一些其他品种中,这就需要大量深入的基础研究后才能得出科学恰当的结论[4]。
中药基原的复杂性为药材的真伪鉴别与优劣评价工作带来较大难度。现已有许多新技术、新方法应用到实际研究工作中, 从细胞学、化学、分子生物学等多角度对中药品种进行鉴定。近红外漫反射光谱技术与聚类分析方法相结合,快速准确识别伪劣药材已经得到广泛推广。DNA分子鉴定技术已经在2010年版《中国药典》中应用于乌梢蛇极其混淆品种鉴别中,这个方法可以广泛应用于其他动物药如鳖甲、海马的鉴别中。跨学科的合作,让在继承基础上的创新能够得以实现。天然麝香、市售麝香及人工麝香的谱图相似性较高,尤其是人工麝香与天然麝香极其相似,难以区分;采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱法并结合二阶导数技术,提高了谱图分辨率,可直观有效地鉴别正品麝香。该方法具有快速、灵敏、直观、无损等特点,可为名贵药材的来源与真伪鉴别提供了新的手段[5]。
1.2 秉承经典――基于中医理论指导下的全面药效物质基础研究
基于中医理论指导下的全面药效物质基础研究是中药质量标准体系构建的的基石。中药是多成分的复杂体系,进行全面质量控制不宜做到,目前能做到的就是基于中医理论指导下去认识中药的主要药效成分,基于中医理论指导对药效物质基础进行全面的研究。《中国药典》中的中药标准与国外植物药专论最显著的特点也是最重要的区别就是中药标准定性与定量的成分确立依据离不开中医临床的功能主治。而植物药则是孤立地就已有的化学研究基础进行标准的构建。众所周知,中药质量标准体系建立的初期主要是参考化学药物的质控模式,孤立的去构建某一个指标性成分的定性定量标准,从而对整个中药进行质量控制。但是中药复杂体系与化学药的单一成分完全不同,构建这样的标准体系只能是中药质量标准构建进程中的过往与历史。拥有多成分与多靶点起效的中药需要更加完善的整体质量标准体系。这就是整体观,也是基于药效作用的多成分的分离与定性定量分析。
在通过对更多成分认知的过程中,逐步完善整体质量控制标准体系的构建。如笔者所在实验室通过对白芍的化学成分进行分离,从白芍中提取分离到了新化合物芍药苷亚硫酸酯,并明确了该化合物是白芍硫磺熏制的过程中由芍药苷和二氧化硫反应而生成,并提出控制芍药苷亚硫酸酯的限量。由此可见深入的基础研究可以帮助中药从炮制、加工开始就得到严格有效的质控。笔者实验室通过化学手段对同属不同种植物进行分离研究,发现了其间的显著性差异,如《中国药典》中灵芝项下收载的赤芝Ganoderma lucidum和紫芝G. sinense,如果仅就多糖类成分进行研究,它们几乎是相同的,但进一步对三萜类成分研究发现赤芝和紫芝有很大的区别。赤芝的代表性成分灵芝三萜酸、灵芝三萜烯酸、灵芝醇等成分在紫芝中几乎检测不到[6]。而很多研究显示灵芝三萜类化合物具有很好的药理活性[7-8]。但是在药典中,还一直将2种灵芝都作为中药灵芝的合法来源。因此建议,灵芝项下收载的赤芝和紫芝2个品种由于差异性较大,临床应用时还需要仔细甄别,区别使用。
1.3 共举创新――运用多学科技术方法开展作用机制的研究
中药作为复杂体系,作用机制的研究在以中医理论为指导的同时,还需要多学科共同研究,彼此渗透交叉,并通过多种技术进行辅助、得到尽可能多的信息数据,进行多角度分析。许多全新的想法与技术在不断酝酿,其中比较突出的是系统生物学技术应用到中药的研究中。系统生物学主要包括基因组学、蛋白质组学、代谢组学、转录组学、生物信息学等各种组学,它对人体从生物系统中所有组成成分(基因、mRNA、蛋白质等)的构成及其在特定条件下这些组分之间的相互关系的研究,系统生物学的整体观与中医药复杂体系的整体观在某种程度上达成契合,让很多科研工作者更有兴趣进行深入研究。近年来,笔者实验室也一直在进行该方面的研究,将蛋白组学、生物信息学应用到中药单体、中药提取物研究中,已经对丹参、三七、灵芝的提取物进行了相关研究工作[9]。通过蛋白质双向电泳结合质谱鉴定的方法找到了12个可能与灵芝孢子总多糖(polysaccharides)刺激小鼠脾脏单核细胞增殖作用相关的蛋白质[10];通过蛋白质双向电泳结合蛋白质功能验证等技术阐明了灵芝总三萜(ganoderma triterpenes)与抗肿瘤化学药物阿霉素合用对人宫颈癌细胞株HeLa的细胞毒性的分子机制,其协同作用机制可能是通过增加氧自由基损伤和DNA损伤以及诱导细胞凋亡杀死肿瘤细胞[11]。中药丹参中的主要活性成分丹酚酸B的作用机制,受到广泛关注,实验室研究发现[12-14]丹酚酸B可对心肌病、心肌缺血再灌注损伤、心肌纤维化、慢性心衰等皆有显著保护作用。在细胞水平,丹酚酸B明显降低血小板聚集、改善心肌细胞和心肌成纤维细胞的抗缺氧能力、降低血管平滑肌细胞的通透性、降低心肌成纤维细胞的迁移和胶原分泌能力;在分子水平,课题组研究证实丹酚酸B是一个新型的MMP-9抑制剂,可与intergrin直接结合等,上述研究拓展了丹参研究的深度也为制订科学合理的丹参质量标准提供了科学依据。此外,课题组采用生物信息学反向对接的方法寻找丹酚酸B的直接结合蛋白靶点,用蛋白质组学的方法寻找丹酚酸B作用的信号传导靶点,随后用生物信息学网络分析的方法将靶点形成网络并进行验证[15-16]。上述研究拓展了丹参研究的深度,也为制订科学合理的丹参质量标准提供了科学依据。
迄今为止,不少科研工作者都在系统生物学思路指导下开展了对中药复杂体系的研究,但是全新的技术如何能全面、系统、正确地阐明中药的作用靶点、作用环节和作用过程还有很长的一段路要走。
2 浅出标准
中药标准体系的构建在深入的基础研究之后,立足点还要落在制订的标准要科学、相对简单并可行。根据在实验中遇到的问题与积累的经验,在现有质量标准指导原则的基础上,对中药整体质量控制标准研究的思路与方法提出以下几点建议,以供商榷。
2.1 对照物质――标准对照提取物的应用
对照物质在标准的构建与执行过程中扮演着重要角色。在实验研究中,经常会遇到用于定性的对照药材缺货或者买到的对照药材不同批号在薄层鉴别中表现不同,用于定量的对照品含量经常低于90%,这一问题为标准的构建工作带来很大困扰。在实验室大量的实践工作中发现,对照提取物的应用以及一测多评方法可以更好地帮助解决这一问题。标准对照提取物的制备比对照品(reference standard)更易获得,经济实用;同时又比用对照药材制订的标准更严谨,批与批之间易保证良好的一致性,在相同的色谱条件下,色谱行为重现性好。在《中国药典》,对照提取物仅应用于以该提取物为原料药制备的制剂中。实际上对照提取物在药材的鉴别上同样适用。对于多基原的品种及一个中药中含有不同类别的成分,通过制备相应的对照提取物同样可以制订科学可行的质量控制标准。
提取物制备的工艺过程可以是开放式的,不用条条框框去限定,不要成为标准制订的瓶颈,可以殊途同归,但最后还是都要归结到符合相应的质量标准上。所以要求提取物的标准要尽可能地周详与严谨,通过结果控制过程。在美国药典植物药的专论中, 标准对照提取物的使用贯穿于整个标准的定性、定量研究。在定性研究中,采用标准对照提取物进行薄层鉴别中条带(或斑点)以及特征图谱征峰的指认。在定量研究中,采用标准对照提取物在一测多评方法的应用中帮助进行非对照色谱峰的其他峰指认。
美国药典与欧洲药典都采用终产品质量控制的方式,提取物的制备过程及方法在标准中表述的比较简单。美国药典的提取物与制备相关的内容主要包括3大元素:提取所用生药,合适的溶剂以及标示量(或含量)。例如,Echinacea pallida提取物,在表述上为:采用醇水混合溶剂或其他合适的溶剂对E. pallida的根进行提取;生药与所得提取物的比例为2∶1~8∶1;本品按干燥品计算,含总酚以咖啡酰酒石酸(caftaric acid),菊苣酸(chicoric acid),绿原酸(chlorogenic acid)以及松果菊苷(echinacoside)之和计,应为4.0%~5.0%。在欧洲药典中,也是类似的情况,如欧洲药典 6.1中银杏提取物的标准中,该部分内容是从3个方面进行描述:定义(包括含量)、生产过程以及性状。在生产过程(production)项下的描述中,提取物是由银杏叶精制而成,采用合适的过程,提取溶剂为有机溶剂或与水混合成一定比例,采用合适的物理分离过程。在制备方法中少了我国药典中的提取时间、次数、提取溶剂及所用倍量等等,而对于这些细节上的要求,其实是通过严格的质量标准来进行控制。
总之,新的对照物质、对照提取物的广泛应用可以帮助更经济更科学的构建中药质量控制标准。
2.2 对照图谱――薄层图谱、特征图谱与指纹图谱的应用
中药标准体系的构建离不开薄层图谱、特征图谱或指纹图谱,他们将中药标准采用图谱的形式生动直观的展现出来,让标准简单清晰的表达出来,更容易被接受和理解,这是“深入研究,浅出标准”这一理念的最好表现形式。
2.2.1 薄层图谱 目前《中国药典》中药标准中,在鉴别项下大多以显微鉴别和薄层鉴别为主,在薄层鉴别中,大多品种仅仅要求与对照药材一致,没有标明所含成分,没有明确检测几个斑点。但在实际工作中,需要对更多的成分进行检识,以便更好的监控中药的真伪和优劣,所以建议对于薄层鉴别图谱进行细化和完善。
如丹参在《中国药典》中,只分别对丹参酮ⅡA、丹酚酸B以及对照药材进行鉴别,笔者实验室对该标准进行了修订,该部分的工作体现在美国药典37版第4卷收载的丹参药材标准中[17], 表述如下:日光下,供试品色谱图中,在薄层板上1/3部分,在Rf约为0.75的位置,与丹参酮ⅡA对照品色谱相应的位置上,显相同的粉红色斑点。供试品色谱中,在Rf约为0.65和0.50的位置上还分别有1个黄白色斑点和1个橙色斑点,与对照药材色谱相应的位置上,显相同颜色的斑点,分别由丹参酮I和隐丹参酮产生。紫外光灯下(365 nm),供试品色谱图中,在薄层板下1/3部分, 在Rf约为0.20的位置,与丹酚酸B对照品色谱相应的位置上,显相同的蓝色荧光斑点。供试品色谱中,在Rf约为0.30和0.35的位置上还有2个斑点,与对照药材色谱相应的位置上,显相同颜色的荧光斑点,分别由紫草酸和迷迭香酸产生。修订后的标准不仅明确了丹参酮ⅡA、丹酚酸B 2个成分,同时还通过Rf及斑点或条带的颜色来指认对照药材色谱上相应的位置上的成分,将丹参中目前含量较高的6个活性成分均予以指认。在美国药典与欧洲药典中,即便不知道条带(或斑点)归属的化学成分,也会对条带进行详细的描述,要求在鉴别中进行检识。如美国药典中刺五加(eleuthero)的薄层鉴别中,除了对对照品刺五加苷B(eleutheroside B)进行描述为棕色至红色条带外,又分别对其上下的蓝色条带和黄色条带进行描述,同时还描述在薄层板的上部有若干棕色至黄色条带。欧洲药典在标准中是采用了更直观的与薄层板对应比例的图表,在相应的位置写上条带的颜色,如银杏提取物中,条带的表述有8条,大约十余个成分在表述中。尽可能多的成分在薄层检识中需要被鉴别。
完善的薄层图谱应该能最大程度的把中药中的主要成分直观表现出来,更好的发挥其定性鉴别作用。
2.2.2 特征图谱 特征图谱是指对于一个中药品种或其提取物,共用的具有特征性的一类或几类成分的色谱或光谱图,在标准的构建中可以用于定性鉴别。2010年版《中国药典》中新增加了特征图谱项,如人参茎叶总皂苷、人参总皂苷、山楂叶提取物、连翘提取物、肿节风浸膏、茵陈提取物、满山红油等提取物都有其特异性的鉴别图谱,这是《中国药典》在标准工作中的又一进步。
特征图谱不要求与指纹图谱一样对图谱的相似性进行全面评价,它的主要特点是要突出该品种与其他品种不同的特异性成分,并将这些成分作为特征峰通过与S峰(参照物峰)的相对保留时间的计算,进行色谱峰在特征图谱上的定位,这些峰可以是已知的,也可以是未知的。如满山红油的特征图谱中峰1是已知的乙酸龙脑酯,峰8是S峰-牛儿酮,其他特征峰根据相对保留时间定位判断,并不需要进行成分的指认。在美国药典与欧洲药典中,也有类似特征图谱样的谱图鉴别出现在鉴别(identification)项下。主要采用对照提取物为标准溶液,对样品进行鉴别,用于鉴别特征色谱峰并可配合定量分析方法进行各个色谱峰的定位。总结国内外的研究方法,基本思路是一样的,都是首先采用对照药材或对照提取物建立对照特征图谱,并对特征成分进行说明,应检出的特征峰数,包含成分不明确的色谱峰,尽量使评判标准简单明确。在标准中要求检测出与对照药材或对照提取物一样的色谱峰,用来说明中药中所含成分。并提示最好采用对照药材或对照提取物进行系统适用性实验,调整分析参数,从而保证定性研究与定量研究的一致性。
2.2.3 指纹图谱 中药指纹图谱系指中药经适当处理后,采用一定的分析方法得到的能够体现中药整体或部分化学特性的色谱或光谱谱图。中药指纹图谱应最大限度地表征药效相关成分或特征成分,满足整体性、专属性和重现性的要求。经过多年的探索与应用,指纹图谱终于走进了2010年版《中国药典》,在中药的质量控制与评价中发挥着巨大的作用。三七总皂苷、三七三醇皂苷、丹参总酚酸提取物及丹参酮提取物等研究比较深入全面的提取物都建立了成熟的指纹图谱方法。目前,指纹图谱已经广泛应用到药材的真伪优劣鉴别以及新药生产过程的质控中。如市场上许多伪药都是通过单一成分加入来达到现有的质量标准。当采用指纹图谱后,对于多成分的全面的控制使伪劣产品的鉴别找到了切实可行的办法。指纹图谱方法目前在美国药典与欧洲药典中还没有采用,但在中药标准国际化的过程中,指纹图谱的方法也一定会被收载草药和植物药的各国药典所接受和学习。
2.3 相对校正因子――一测多评的应用
由于已经认识到中药化学成分的多样性,作用基础的多靶点,并且是多成分协同起效,国家药典委员会从2005年版《中国药典》的修订时就提出加强中药质量标准的整体研究,需要对尽可能多的活性成分进行定性定量研究。据笔者实验室统计,在2010年版《中国药典》中,中药材的多指标成分(≥2)含量测定共有90个品种,占总药材的15.18%;植物油和提取物多指标成分含量测定为17个,占提取物总数的36.17%。但是大多数还局限在对2种指标成分的含量测定,其中对3个以上指标成分测定的品种共有26个,其中最多测定5个指标成分,仅有2个中药。多指标成分的质控是大势所趋,但是对照品的提供是该方法应用的瓶颈。由此,能够进行多指标含量测定的一测多评方法受到越来越多的重视。
一测多评方法是指在含量测定时,采用一个对照品,同时对多个成分进行含量测定。其他成分通过相对保留时间及对照药材(或对照提取物)的特征图谱确认色谱峰,进而根据相对转换因子计算其他色谱峰的含量。与传统的多指标成分定量评价方法相比较,主要是在标准执行阶段,后者需要更多的对照品,而一测多评法在方法构建阶段时,要比后者多进行相对转换因子和相对保留时间的计算,对方法的耐用性要求更高。一测多评方法构建的内容包括:指标成分的确立、分析方法的建立、相对校正因子及相对保留时间的计算、方法学验证及多个实验室复核等,其中相对校正因子是一测多评方法的核心,如何保证方法建立过程中所获得的校正因子具有可重复性是该分析方法的关键所在。笔者实验室在研究工作中重点对校正因子的多方面影响因素进行了考察[18-19],由于校正因子的存在,所以在标准中对于实验条件与参数要尽可能详细地描述。
据统计,美国药典37版中,共有包括植物、植物提取物以及植物制剂153个专论,其中Red Clover,Echinacea angustifolia,Ginkgo,Grape Seeds Oligomeric Proanthocyanidins和Milk Thistle等品种采用的都是一测多评的定量分析方法。近年来,美国药典也非常重视一测多评方法的使用。在其药典论坛中,发表的很多新建立的植物药标准都采用该方法。如发表在美国药典论坛36卷第4期中的中药积雪草Centella asiatica的标准中,对6个成分采用一测多评方法进行了质控,其中积雪草苷为标准对照物质,表述为积雪草苷(asiaticoside,1.00),其余5个成分的相对保留时间表述如下:羟基积雪草苷 (madecassoside,0.71),积雪草苷B(asiaticoside B,0.72),羟基积雪草酸(madecassic acid,2.40),特米诺酸(terminolic acid,2.44),积雪草酸(asiatic acid,3.12)。在标准中,校正因子的表述如下:积雪草苷(asiaticoside,1.00),羟基积雪草苷(madecassoside)与积雪草苷B(asiaticoside B)之和(1.017),羟基积雪草酸(madecassic acid)与其同分异构体特米诺酸(terminolic acid)之和(0.526),积雪草酸(asiatic acid,0.509)。在这个表述中,可以看到,对于2个成分未达到分离的混合峰也是被接受的,混合物的校正因子也体现了美国药典希望测定尽可能多的成分进行质量控制的理念。
综上所述,通过对国内外标准构建方法与思路的学习与实践,结合笔者所在实验室多年的研究,体会到好的中药标准是从技术与应用2个层面构建整体质量控制标准体系,中药质量标准的构建既要求新技术、新方法,同时要求结合中医临床与生产实际,具有实用性和可操作性,科学深入与实用浅出并重。
[参考文献]
[1] 肖小河, 金城, 赵中振,等. 论中药质量控制与评价模式的创新与发展[J]. 中国中药杂志, 2007, 32(14):1377.
[2] 梁鑫淼, 丰加涛, 金郁, 等. 中药质量控制技术发展展望[J]. 色谱, 2008, 26(2):130.
[3] Rudolf B,Gerhard F. Modern European monographs for quality control of Chinese herbs[J]. Planta Med, 2010,76:2004.
[4] 汪冶, 文惠玲, 梅树模, 等.《中国药典》2005年版金银花和山银花品种分列的商榷[J].时珍国医国药, 2009, 20(1):150.
[5] 周健,全城,肖小河,等.应用红外光谱技术鉴别中药麝香的真伪[J]. 光谱学与光谱分析, 2010, 30(9): 2368.
[6] Da J, Wu W, Guo D, et al. Comparison of two officinal Chinese pharmacopoeia species of Ganoderma based on chemical research with multiple technologies and chemometrics analysis[J]. J Chromatogr A,2012,1222:59.
[7] Liu J, Shiono J, Shimizu K, et al. Ganoderic acids from Ganoderma lucidum: inhibitory activity of osteoclastic differentiation and structural criteria[J]. Planta Med, 76(2):137.
[8] Fatmawati S, Shimizu K, Kondo R. Ganoderic acid Df, a new triterpenoid with aldose reductase inhibitory activity from the fruiting body of Ganoderma lucidum[J]. Fitoterapia, 81(8):1033.
[9] 刘璇,岳庆喜,果德安. 蛋白质组学技术及其在中药复杂体系研究中的应用[J].中国天然药物, 2009, 7(4): 260.
[10] Ma C, Liu X, Guo D,et al. Differential protein expression in mouse splenic mononuclear cells treated with polysaccharides from spores of Ganoderma lucidum[J]. Phytomedicine, 2008, 15 (4): 268.
[11] Yue Q X, Liu X, Guo D,et al. Interaction of Ganoderma triterpenes with docetaxel and cisplain in cytotoxicity against human carcinoma cells[J]. Chin J Nat Med, 2008, 6(5): 367.
[12] Xu L, Jiang B, Guo D, et al. Cardio-protection of salvianolic acid B through inhibition of apoptosis network[J]. PLoS One, 2011, 6 (9):e24036.
[13] Jiang B, Wu W, Guo D, et al. Salvianolic acid a, a novel matrix metalloproteinase-9 inhibitor, prevents cardiac remodeling in spontaneously hypertensive rats[J]. PLoS One, 2013, 8(3):e59621.
[14] Wang Y, Jiang B, Guo D, et al. Matrix metalloproteinase-9 induces cardiac fibroblast migration, collagen and cytokine secretion: inhibition by salvianolic acid B from Salvia miltiorrhiza[J]. Phytomedicine, 2011,19 (1):13.
[15] Feng L X, Liu X, Guo D, et al. Clarifying the signal network of salvianolic acid B using proteomic assay and bioinformatic analysis[J]. Proteomics ,2011,11: 1473.
[16] Ma C, Liu X , Guo D, et al. Differential proteomic analysis of platelets suggested possible signal cascades network in platelets treated with salvianolic acid B[J]. PLoS One, 2011,6(2): e14692.
[17] The United Pharmacopeial Convention. The united states pharmacopeia, 37th revision/national formulary.Vol 4[S]. 32th Edition.Rockville: The United States Pharmacopeial Convention, 2014.
[18] Hou J J, Wu W, Guo D, et al. Ruggedness and robustness of conversion factors in method of simultaneous determination of multi-components with single reference standard[J]. J Chromatogr A, 2011, 1218:5618.
[19] Hou J J, Wu W, Guo D, et al. A single, multi-faceted, enhanced strategy to quantify the chromatographically diverse constituents in the roots of Euphorbia kansui[J]. J Pharmaceut Biomed Anal, 2014, 88:321.
Strategies for elaboration of comprehensive quality standard
system on traditional Chinese medicine
WU Wan-ying, GUO De′an*
(National Engineering Laboratory for TCM Standardization Technology, Shanghai Institute of Materia Medica,
Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China)
[Abstract] Based on the research goal of "traditional Chinese medicine standards lead in the international standard-setting", scientific strategies for the elaboration of traditional Chinese medicine (TCM) comprehensive quality standard system were introduced. TCM is a complex multi-component system which was used under the guidance of traditional Chinese medical theory. The present paper has put forward the basic principle of "deep research and simplified standard" to construct the quality standards of TCM. "Deep research" refers to systematic, thorough investigations on active constituents and biological mechanisms. On the basis of deep research, "simplified standard" means to establish a scientific and feasible standard, which should be practical and less complicated, to control the quality of Chinese herbs. Three key issues related to the elaboration of the quality standards are suggested. For reference substances, we propose the research methodology using reference extract to develop the qualitative and quantitative determination methods. Compared with that of using reference compounds, the preparation of reference extract is more accessible, economical and practical. Moreover, compared with reference crude drugs, the reference extract showed better batch-to-batch consistency. For identification, in addition to conventional methods, high performance liquid chromatography (HPLC), chemical fingerprints and characteristic chromatogram are proposed, in which more major marker compounds are monitored. And then LC-MS technique is employed to comprehensively analyze and characterize the peaks in the fingerprint. For multi-component quantification, the method of single standard to determine multi-components (SSDMC) is suggested, providing solutions for the lack of reference standards in quality evaluation. The SSDMC method uses a single reference standard to simultaneously determine the content of multiple compounds. In general, the integrate quality control standard of TCM is established based on combining innovative technology with practical applications.
关键词:中医内科;肾病学;内涵;外延
中图分类号:R256.5 文献标识码:C 文章编号:1005-0515(2013)7-176-01
随着社会的不断进步和时代的发展,我国的医学水平也逐渐完善。在中医内科的研究领域当中中医内科肾病学是作为中医内科学的一个重要分支存在的,而在中医理论研究的基础和辩证整体关系来说也是基础理论和观念。因此笔者希望通过一定的临床经验,加之古今中医和西医对肾病的研究理论的基础上,对“肾”的概念进行了系统地阐释。最后并结合现代医学的方法与理论实践,对中医内科肾病学蕴藏的内涵与外延进行了探析。希望对中医内科肾病学的研究发展有些成效。
1、传统医学中对“肾”的认识
在传统中医学当中,将肾当做是人的先天之本,主要是用来生长发育和给水新陈代谢的身体机能。作为维系人的身体内脏和生理的肾,传统医学中将肾作为水火之脏,主要是用来调节身体环境的平衡。但是在传统医学中与西方医学对肾脏的认识问题方面存在偏差,比如在西方医学中将代谢、内分泌等脱离于肾的范围。因此对于肾研究的领域和理论体系中西方存在着很大的差距。在我国的古代,由于技术条件和环境的限制,导致了部分医学解剖观念上对医学观念的定义分化存在偏差。肾在中国医学中将其作为五脏之中的重要组成部分,建立在大肾脏的基础之上,将其开窍于耳,纳气和藏精。肾与人的生殖和发育息息相关,诸如早产、不孕不育等病症以及神经官能症等都有着密切的联系。因此在研究中医内科肾病学的时候要能够取其精华去其糟粕,辩证的认识到现代医学与传统医学肾脏认识的异同。
2、中医内科肾病学内涵
对于中医内科肾病学内涵,笔者认为不应该只局限于传统的中医学理论,而是应该建立在科学的医学理论的基础上对中医内科肾病学内涵进行探究。因此对于现代中医内科肾病学内涵应该包括两方面的研究,即传统的中医理论和现代内科中的肾脏病学理论。只有这二者有效地结合起来,才能形成具有中西结合特色的“中医肾脏病学”。在中医内科肾病学中对内涵的把握要是以西医中的解剖学为主要研究对象,并结合中医当中的经络理论和脏腑等理论学说为基础。从而在运用的过程当中采取中医的医治辩证的原则来进行干预治疗,最终达到缓解病患疾病的目标。在传统的中医肾脏病学当中是以肾脏疾病为研究对象的,对肾脏的解剖和生理功能已经诊断的方法、护理等进行诊治和判断。笔者认为,对于当下的中医内科肾病学的内容要基于中医内涵的需要,并在现代化的医学研究中,广泛地借鉴现代医学的最新成果和理论来促进中医学的发展。现代中医肾脏病学研究的内涵也是逐渐深入和发展,在中医肾病学的基础上会衍生出诸如对传统中医肾病学的基础理论和伦理、护理学等次级学科,这将极大地丰富中医内科肾病学的内涵。因此对于中医内科肾病学内涵包括肾和肾病的内容,涵括了代谢、生殖、泌尿和内分泌等多个方面,如传统中医当中的五迟五软、耳鸣耳聋等,西医当中的急性肾小球肾炎、乙型肝炎病毒相关性肾炎、药物性肾损害、慢性前列腺炎等病症。
3、中医内科肾病学外延
在中医内科肾病学的外延来说具有极其广阔的发展空间,现代临床医学的实验表明,在现代医学当中的肾,除了可以调节和维持人体内水的平衡知网,还可以刺激人的造血和血压调节的功能。在系统生物学和基础医学理论等的支持下,中医内科肾病学的外延也随之拓展和更新。肾的功能也与人的生长、消化、呼吸甚至大脑不能的功能都有着极为密切的关系。随着临床医学的逐渐发展,中医内科肾病学将会在不同病症的机理和特点的基础上分化出多个分支,主要表现在以下几个方面的拓展:
第一,在遗传性疾病方面,我国中医当中对于肾脏来说是来源于父母的生殖之精,因此在肾精当中可能存在某种遗传因子和遗传物质。这与现代医学当中的分子和基因病有着一些类似之处。现代医学当中的基因和分子并使由于基因发生变异造成的,在遗传性因素的基础上,出了诸如癫痫、哮喘、糖尿病等与DNA或者遗传基因相关的疾病。这些都是可能在家族性遗传病的基础上产生的。因此在此方面,肾病学研究的外延可以为疾病基因研究的组成作出了深入地研究,加深了人们的认识。因此对于中医中的先天之木观点,也可以在中医内科防治疾病当中借助疾病因子学来进行研究和探索其机理,开辟出一条新路径。
第二,在老年疾病和中后期疾病方面,由于老年人已经处于肾精自衰的阶段,肾易亏而难以积累。这也因此造成了老年人肾病和中后期疾病增多的趋势,如老年性痴呆、老年性白内障、老年性耳聋等病症,要想解决这些疾病,它的根本就在于采取补肾护精法,这也是中医内科肾病学研究的重点课题之一。此外在某些中后期疾病上面,中西辩证认识的方法,对高血压和癌症末期等引起的肾脏疾病都是属于中医当中的后期疾病阶段,这些都可以采取补肾护精法来改善患者的症状,缓解病患的痛苦。
4、结论
对于我国现代的中医内科肾病学的内涵与外延,是涵括了很大的医学领域。因此在以后的发展和研究中医肾病当中,要注意采取先进的科学研究方法,在中医医理和理论的基础上,提高中医肾病的意志水平。在肾病作用机理不断研究和深化的基础上,以系统的医学方法,加快肾病学的研究水平,从而提高诊治患者的水平,造福与人类,并为以后的研究发展开拓新的道路。
参考文献:
[1]金志甲. 中医学科建设的问题与对策[J] . 中医教育,1995 ,14 (3) :15.
[2]陈晶, 罗仁. 浅谈中医肾病学的内涵与外延[J]. 江办中医药.2008,40(10):97.
关键词:慢性心力衰竭;中医;CHF
中图分类号:R541.6;R2文献标识码:A 文章编号:1673-2197(2008)04-022-03
慢性心力衰竭(CHF)通常指临床所称的充血性心力衰竭,是各种心脏疾病导致心功能不全的一种复杂的临床综合征。CHF是一种心室泵血能力下降,心排血量降低,不能满足肌体代谢需要的疾病[1]。其发病率、死亡率、病残率高,严重影响患者生命和生活质量。现已明确心室重构是慢性心力衰竭的基本发病机制,目前中西医药物治疗CHF研究的热点是心室重构。如何逆转、延缓心室重构是目前CHF治疗的主要目标,但仅处于初始阶段。近年来,随着基因组学,蛋白组学和系统生物学的迅猛进展,大量生物信息的不断涌现,确定心血管疾病的生物标志物已经成为一种迫切需求,目前正在不断地从定义到方法学上进行规范化。[2]寻求相应的疗效佳、副作用少的防治药物,指导心衰治疗,一直是新药研究的方向。
1 中医古代文献整理
古老的中医文献对心衰的描述早有记载。《素问・逆调论》云“若心气虚衰,可见喘息持续不已”,“夫不得卧,卧则喘者,是水气之客也”,指出了阳气虚衰,水气射肺的征象。《素问・脉要精微论》云“细则气少,涩则心痛”,指出脉诊提示心衰以气虚、瘀血为病因。汉代张仲景在《内经》理论的基础上,进一步提出了与心衰有关的“支饮”与“心水”两个疾病的概念,如《金匮要略・痰饮篇》云“膈间之饮,其人喘闷、心下痞坚,面色黎黑”,《金匮要略・水气篇》云“心水者,其身重而少气,不得卧,烦而悸,其人阴肿”,指出阳虚水泛之征,并在伤寒论中创造性的提出真武汤、葶苈大枣泻肺汤等,至今仍是治疗心衰的主要方剂。《金匮要略・痰饮咳嗽篇》云“水停心下,甚者则悸,微者短气”,指出心衰病因是气虚痰饮。《伤寒明理论》指出心悸之由,“一者气虚,二者痰饮”。宋代赵佶《圣济总录・心脏门》中首提“心衰”病名,“心衰则健忘,心热则多汗,不足则胸腹协下与腰背引痛,惊悸恍惚,少颜色,舌体强”,《医参》中记载“主脉,爪甲不华,则心衰矣”以及《素问・痹论》云“心痹者,脉不通,烦则心下鼓,暴上气则喘”,指出了心衰的临床表现甚至病情猝然加重的可能。据中医理论“心主血脉”、“诸气皆属于肺”、“脾主运化”、“肾者水脏,主津液”,中医认为心衰的发生主要在于脏腑的虚损,病位在心,并与肺、脾、肾的功能紊乱有关,与气、血、水关系密切,[3]归属于心悸、咳喘、水肿、积聚等范畴。病理特点是本虚标实,心阳(气)虚为本,水停血瘀为标。病机认为是气虚血瘀、阳虚水泛、阴虚生热、聚湿成痰,从而出现心悸、短气、喘息动则尤甚、不能平卧、少寐、尿少浮肿、腹胀纳少、舌质淡或暗,苔薄白或黄腻。尽管近年来中医对病因病机的认识基本趋于一致,但仍各有侧重。[4]。
2 临床应用概况
辨证论治始终是中医诊疗特色,尽管目前辨证各有千秋。辨证分型[5,6]主要有:①心肺气虚――益气养心――养心汤,生脉散,归脾汤加减。代表医家史载祥,许心如,成启予等。②气阴两虚――益气养阴――生脉散合炙甘草汤加减。代表医家:顾景琰等。③阳虚水泛――温阳利水――真武汤,苓桂术甘汤,五苓散加减。代表医家:陈鼎祺,邓铁涛,韩子江,廖家桢,马连珍,刑月朋,赵锡武,秦伯末等。④血瘀水阻――活血利水――桃红四物汤合五苓散,血府逐瘀汤加减。代表医家:汤益明,李介鸣,刘家骏等;⑤阳气虚脱――回阳救逆――参附龙牡汤,四逆汤加减。代表医家:柯雪帆,周次清,任继学等。同时还有张铭熙温阳利水活血方(炙附子10g,干姜10g,白术15g,猪苓15g,茯苓20g,葶苈子15g,川芎10g,延胡索15g,水蛭6g,炙甘草10g)每日1剂,水煎服,15天为1疗程,两组共2个疗程后判定疗效。结论:温阳利水活血法治疗慢性心力衰竭,可明显减轻症状,改善心功能,提高患者生活质量。曲营等运用生脉散为主方加味治疗气阴两虚型慢性充血性心力衰竭效果显著。李雪瑞,董飞侠以强心合剂基本方:红参6g(另炖),黄芪30g,熟附子10g(先煎),麦冬12g,五味子10g,葶苈子12g(包煎),北五加皮10g,泽泻15g,丹参30g,川芎12g,赤芍12g,炙甘草10g益气温阳、活血利水治疗CHF疗效满意。[7]赵金钟用强心合剂红参6g,麦冬15g,五味子10g,附子10g,北五加皮6g,葶苈子30g,车前子20g,茯苓12g,白术10g,丹参20g加减益气活血利水治疗CHF疗效满意。[8]陈晓虎,丁以艳,唐蜀华,蒋萌,洪建军强心合剂由黄芪、附子、丹参、葶苈子等药物组成益气温阳、活血利水佐以养阴的冶法治疗充血性心力衰竭取得一定的疗效。[9,10]几千年来,运用中医辨证分型治疗心衰的效果显著,于是许多学者进行了关于中药改善心功能机理的研究:①一是心气虚与心功能的研究。中医学认为“心主身之血脉”,心气是推动血脉运行的动力,与现代医学所说的心脏泵血功能一致。许多研究资料表明,心气虚患者的左心功能异常。用超声心动图对心气虚患者的左心功能研究发现,心气虚者的每搏输出量,每分排血量减少,射血分值,射血指数,左室心轴缩短百分率均值减少,与其他虚症比较,有高度显著性。②二是治疗研究。单味药的研究:葶苈子,附子,罗布麻根,福寿草,北五加皮等有类强心甙作用,可增强心肌收缩力,减慢心率;附子,黄芪,丹参,红花,当归,川芎,赤勺,回心草等可扩张血管,减轻心脏后负荷;黄芪,茯苓,猪苓,车前子,白术,泽泻,玉米须,益母草等具有利尿,降低心脏前负荷的作用。复方研究:生脉散经临床及实验研究证实,本方具有升压,强心及改善外周循环的作用,可使心脏收缩力增强和冠状动脉循环改善[11]。抗心衰I号:葶苈子30~50g,丹参15g,枳实15g。心衰合剂:葶苈子,桑白皮,车前子,生黄芪,太子参,丹参各30g,泽泻15g,麦冬15g,五味子10g,全当归10g。中成药研究:北五加片20mg,3d后改维持量10~20mg/d。丹参注射液,红花注射液,参麦注射液,生脉注射液均可增加冠脉流量,改善心肌供血,临床研究可改善心功能。
3 研究现状及思考
一个世纪以来,对CHF机制的认识经历了不断深化和完善的过程[12,13]:上世纪40~60年代为心肾学说,认为心衰是心脏受损后搏出量或回心血量降低,即后向性和前向性衰竭学说,主要症状是水肿,首选药物为洋地黄类和利尿剂;上世纪70~80年代为血流动力学说,即前、后负荷学说,认为外周阻力增加是主要成因,故强调在强心、利尿的基础上使用血管扩张剂,以改善呼吸和四肢乏力;上世纪90年代以来为心室重塑学说,认为CHF发生、发展的基本机制是心室重塑(Ventricular Remodelling)。心室重塑是由一系列复杂分子和细胞机制导致心肌结构、功能和表型的变化,是神经激素-细胞因子系统长期、慢性激活的结果。该系统包括肾上腺素能神经系统,主要是去甲肾上腺素(NE)水平升高;肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS),表现为血管紧张素II(AgII)和醛固酮(ALD)水平升高;致炎性细胞因子系统,表现为肿瘤坏死因子(TNF-a)、白介素(IL-6、IL-10、IL-18),以及一氧化氮合酶(NOS)水平升高;此外,抗利尿激素、钠尿肽类[主要是心钠素(ANP)、脑钠素(BNP)和C钠素(CNP)]以及内皮素(ET)等水平也显著升高。CHF病理生理的研究成果带来了药物治疗策略的根本转变。随着现代医学飞速发展,西医治疗CHF观念的根本性转变给中医药治疗CHF提出了挑战与机遇。洋地黄、利尿剂、血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)和β-受体阻滞剂是目前CHF患者常规治疗使用的4类药物,这些药物的作用已经在大规模临床试验中得到证实,使用中的主要问题是能否充分使用。王振涛等对wistar心衰模型大鼠注射活血注射液(由党参、黄芪1∶1组成),用放射免疫法测得模型组心肌局部RA、AngⅡ明显高于假手术组;活血、益气注射液可以降低心肌局部RA、AngⅡ活性,其作用是由于对心肌局部RA、AngⅡ的内分泌和旁分泌有明显抑制作用。提示活血、益气中药是通过调节内分泌系统活性而治疗心衰的机理。蔡辉等对实验性心衰模型大鼠采用放射性免疫法测得中药鹿角方口服液(由鹿角、补骨脂、羊藿、女贞子、沉香等组成)能使心肌Ang1I及血浆Ang1I水平较模型组下降,并与剂量呈正相关。说明中药对肾素-血管紧张素系统的调节作用已越来越被证实。张道亮研究显示保心合剂能调控心衰时大鼠神经内分泌水平,具有积极的治疗意义。徐伟建等选用Wistar大鼠,采用缩窄腹主动脉法制作心衰模型。随机分为空白组、模型组、保心合剂高/中/低剂量组、西药组、伪手术组,给药4周;用放免法观察保心合剂对心衰大鼠AngII、IL-6的影响。结果中药高、中剂量组及西药组与模型组Ang II相比均有显著性差异,模型组与中药低剂量组无差异。刘革命等选择37例CHF患者给予康达心口服液治疗,治疗前后测定患者血浆中的PRA、AngII、ALD含量,同时设27例正常人为对照组。结果:CHF组与对照组比较:PRA、Ang II、ALD均有明显升高,差异有显著性(P
综上所述,回顾慢性心力衰竭辨证治疗研究历史,得到的最重要启示是中医药多途径、多靶向、副作用小的特点治疗CHF疗效确切,但缺乏严格的大规模、多中心的临床研究和科研评价。21世纪心衰的发生率还将上升,对于心衰辨证治疗的标准化客观化和规范化的统一,超微层面的作用机理以及基因水平的研究,无论中医还是西医,都需要我们从更广更深的领域进行不懈地研究和探索。
参考文献:
[1] 刘新民,伍汉文.心力衰竭 心血管疾病鉴别诊断与治疗学(第一版)[M].北京:人民军医出版社,2006:1-2.
[2] 胡大一,马长生.心血管疾病生物标志物 心脏病学实践(第六版)[M].北京:人民卫生出版社,2006:477-488.
[3] 霍根红.谈气、血、水相关理论与心力衰竭[J].河南中医药学刊,1995,10(4):8-9.
[4] 张于彬,郑宗铐.充血性心力衰竭(第二版)[M].北京:科学技术文献出版社,1997:531.
[5] 史大卓,李立志.慢性心功能不全疾病篇 心脑血管病(第二版)[M].北京:人民卫生出版社,2006:337-387.
[6] 沈绍功,王承德,韩学杰等.中医心病治法大全(第一版)[M].北京:中国中医药出版社,2005:115-119.
[7] 李雪瑞,董飞侠.强心汤治疗慢性心力衰竭60例疗效观察[J].内蒙古中医药,1994,4(2):78-80.
[8] 赵金钟.强心合剂治疗慢性难治性心力衰竭[J].天津中医学刊,2000,4,(17),2.
[9] 陈晓虎,丁以艳.强心合剂对大鼠充血性心力衰竭血流动力学及心钠素的影响[J].南京中医药大学学报(自然科学版),2001,3(17).
[10] 陈晓虎,唐蜀华,成启予,等.强心台剂治疗充血性心力衰竭30例临床观察[J].南京中医药大学学报,1993,9(2):15.
[11] 中华医学会心血管病学分会,中华心血管病杂志编辑委员会.慢性收缩性心力衰竭治疗建议[J].中华心血管病,2002(30):7-23.
[12] Pall JK,widdop RE. Persistent cardiovascular effects of chronic reninangiotensin swystem inhibition following withdraw alinspontaneously hypertensive rats[J]. Jhypertens 2001(19):1393-1400.