陳士林

（中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所北京100700）

中藥組學(xué)前沿技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用＊

陳士林＊＊

（中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所北京100700）

近年來，中藥領(lǐng)域取得很多研究成果和成就，受到國際社會廣泛關(guān)注，同時也推動了中醫(yī)藥的國際化進(jìn)程。但是，對中藥成分產(chǎn)生的遺傳背景、攝入后對人體環(huán)境內(nèi)基因的影響等問題還不清楚，以本草基因組學(xué)（Herbgenomics）為代表的中藥組學(xué)前沿技術(shù)為中藥成分的生物合成、中藥新品種選育、中藥材鑒定等方面的研究提供了新的方法，也將促進(jìn)中藥領(lǐng)域取得更多的成果。本文就中藥組學(xué)前沿技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為中藥領(lǐng)域相關(guān)研究提供參考。

本草基因組學(xué)藥用模式生物基因組學(xué)轉(zhuǎn)錄組學(xué)合成生物學(xué)DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)湯劑

近年來，中藥領(lǐng)域取得了舉世矚目的研究成果和成就，其主要的技術(shù)背景是化學(xué)成分研究，中藥的現(xiàn)代研究多是針對中藥的有效成分及其藥理活性。藥物成分的合成途徑、積累機(jī)制、遺傳生物學(xué)背景以及藥物在攝入后如何影響人體環(huán)境內(nèi)基因等，這些中藥現(xiàn)代化進(jìn)程中的關(guān)鍵問題尚未得到深入研究。

2008年，本課題組提出“本草基因組學(xué)”概念。本草基因組學(xué)（Herbgenomics）是利用組學(xué)技術(shù)研究中藥基原物種的遺傳信息及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，闡明中藥防治人類疾病分子機(jī)制的學(xué)科，從基因組水平研究中藥及其對人體作用的前沿科學(xué)。主要涉及中草藥結(jié)構(gòu)基因組、轉(zhuǎn)錄組、功能基因組、蛋白質(zhì)組、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(xué)、中藥基因組學(xué)、生物信息學(xué)及數(shù)據(jù)庫等理論與實驗技術(shù)。本草基因組學(xué)的主要研究內(nèi)容是生物遺傳背景、遺傳信息，將基因組學(xué)和多種組學(xué)技術(shù)相結(jié)合，研究中藥的模式物種體系、合成生物學(xué)、藥用植物選種和育種、培育優(yōu)良品種、基因鑒定、代謝途徑等[1，2]。本文主要對“本草基因組學(xué)”的最新研究成果進(jìn)行綜述。

1 創(chuàng)立藥用模式生物研究體系

在近代的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，醫(yī)學(xué)家常用斑馬魚、線蟲等模式動物進(jìn)行驗證實驗，植物學(xué)領(lǐng)域有擬南芥等模式物種，農(nóng)業(yè)有水稻、煙草等模式物種進(jìn)行科學(xué)研究。這些學(xué)科的研究成果都有基因組背景清楚的模式生物體系來支撐，各項研究成果在實驗室中可以被重復(fù)、驗證和證實，容易得到國際主流科學(xué)家的認(rèn)可，比如僅線蟲的相關(guān)研究就產(chǎn)生過3個諾貝爾獎得主。一直以來，中藥缺少一個模式物種體系，相關(guān)研究成果在其他國家、研究機(jī)構(gòu)不能被有效的驗證，因而較難在國際頂級學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表，研究成果的認(rèn)可度也會受到影響。為此，本課題組進(jìn)入基因組學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行研究，為中藥模式物種體系的建立奠定基礎(chǔ)。

1.1 靈芝基因組學(xué)研究——靈芝藥用模式真菌研究體系

2012年，本課題組提出靈芝成為首個藥用模式真菌，通過基因組解析技術(shù)研究真菌次生代謝產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，靈芝是一種非常好的模式生物。這項工作對后續(xù)功能基因發(fā)掘、有效成分合成途徑、品種選育以及指導(dǎo)生產(chǎn)都起到了很好的推動作用。目前，本課題組朱英杰博士等完成的基因組學(xué)揭示靈芝的生物活性機(jī)制[3]相關(guān)研究已經(jīng)發(fā)表了許多高水平的論文，可見有一個模式物種體系可以促進(jìn)研究者取得很好的研究成果（圖1）。

1.2 丹參基因組學(xué)研究揭示活性成分合成途徑

本課題組前期從事藥用植物研究，相關(guān)研究成果難以在植物學(xué)頂級期刊上發(fā)表。2016年，我們在丹參基因組基礎(chǔ)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行了丹參基因組學(xué)研究，與廣藥集團(tuán)開展中藥資源研究戰(zhàn)略合作，共同解析丹參基因組。隨著高雜合度、高復(fù)雜度丹參基因組的測序和組裝完成，為其他藥用植物基因組解析提供了可行的研究策略，該項成果[4]發(fā)表于Molecular Plant。通過第三代轉(zhuǎn)錄組研究，揭示了丹參活性成分合成的分子機(jī)理[5]。丹參二萜合酶功能多樣性研究，揭示丹參酮骨架合成機(jī)制[6]。采用基因組數(shù)據(jù)發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)多個與萜類和酚酸類合成相關(guān)基因[7]。發(fā)掘鑒定在小RNA沉默通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用的丹參DCL、RDR和AGO家族。通過分析bHLH、WRKY、MYB等轉(zhuǎn)錄因子，發(fā)現(xiàn)其對丹參活性成分的調(diào)控作用[8]。另外，通過丹參基因組揭示生長素調(diào)控生長發(fā)育的機(jī)理等。

通過選育丹參雄性不育系，突破中藥材雜種優(yōu)勢育種技術(shù)難題，“中丹1號”、“中丹2號”通過新品種鑒定。由此可見，得到一個大的基因組學(xué)研究背景的支撐對中藥研究水平會有很大提升，且對品種選育研究也有很好的促進(jìn)作用。

2 轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究—有效候選基因和發(fā)掘分子育種標(biāo)記

轉(zhuǎn)錄組學(xué)信息是基因組研究的基礎(chǔ)信息和核心數(shù)據(jù)，中藥比較轉(zhuǎn)錄組研究為中藥功能基因組研究提供有效候選基因，基于轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)發(fā)掘的SSR是分子育種研究中的有效分子標(biāo)記。

2.1 三七組學(xué)研究加快品種選育，推動克服連作障礙

為解決三七原植物的連作障礙問題，本課題組通過前期大量轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究。從三七根莖轉(zhuǎn)錄組獲得30.852條單一序列，其中70.2%為注釋序列挖掘11條參與三萜皂苷生物合成途徑的基因[9]?？寺〔⒋_定三七皂苷合成途徑關(guān)鍵基因[10]?？寺∪咧芯幋a鯊烯環(huán)氧酶的基因（PnSE1、PnSE2），并檢測其在三七不同組織部位表達(dá)模式[11]。獲得編碼三七甲羥戊酸途徑限速酶MVK1（PnMVK1）基因的全長cDNA序列，完成蛋白結(jié)構(gòu)及表達(dá)譜分析[12]。土壤宏基因組揭示三七連作障礙是由于真菌多樣性下降、微生物群落失衡、病原菌增加。從而，建立了克服三七連作障礙的綜合策略——“土壤復(fù)合處理+綠肥回田+生物菌劑+抗病品種”。

特別是宏基因組學(xué)的研究，通過和三七研究院和云南苗鄉(xiāng)三七公司合作，在自然病圃中獲得母本，經(jīng)人工病圃純化后，建立抗病群體并采用Restriction-site Associated DNA Sequencing（RAD-Seq）測序技術(shù)篩選抗病株的特異SNP位點輔助系統(tǒng)選育。

圖1 基因組學(xué)揭示靈芝的生物活性機(jī)制

圖2 人參全球產(chǎn)地生態(tài)區(qū)劃研究

通過傳統(tǒng)的單株選育及集團(tuán)選育并結(jié)合現(xiàn)在分子生物學(xué)技術(shù)，有效縮短了三七的選育年限，加快育種進(jìn)程。通過選育使三七根腐病的發(fā)病率下降了62.9%，有顯著的抗病性。抗病群體包含12個特異的SNP位點，具有特異的基因型。通過以上工作，最終篩選出三七抗性新品種“抗七1號”。通過上萬株三七的標(biāo)記、篩選，該項目實際工作量非常大，基因組學(xué)研究技術(shù)大大地加快了篩選工作、品種選育過程。2016年9月，通過植物新品種登記專家田間鑒定、評審，命名為“苗鄉(xiāng)抗七1號”。這些基礎(chǔ)研究工作與行業(yè)實際需求及大田生產(chǎn)結(jié)合，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

2.2 基因組學(xué)研究助力人參現(xiàn)代化栽培體系建立

對同屬植物人參和三七可以采用相似的研究方法和技術(shù)，不過人參的生長周期更長，所以一般需要做3-4代才能確定一個優(yōu)選品種。目前，農(nóng)田栽參已經(jīng)有了大的突破，這項工作已進(jìn)行多年，現(xiàn)在已經(jīng)開始大田推廣。為避免人參“與糧爭地”，本課題組進(jìn)行了人參全球產(chǎn)地生態(tài)區(qū)劃研究（圖2），并建立了中藥材產(chǎn)地生態(tài)適宜性分析地理信息系統(tǒng)（Traditional Chinese Medicine Geographic Informatin Systems，TCMGIS），在全世界范圍內(nèi)尋找適合種植人參的國家和地區(qū)，該系統(tǒng)每1平方公里可以采到3個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、可靠、覆蓋面全，已獲得廣泛認(rèn)可。利用該系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)原產(chǎn)地以外的適宜生長區(qū)，在生態(tài)適宜區(qū)人工種植稀缺、貴重藥材，滿足日益增長的藥材需求量。例如，中國不是西洋參的分布區(qū)，但中國是西洋參的生態(tài)適宜區(qū)，通過多年的研究和時間探索，2012年中國西洋參的產(chǎn)量已經(jīng)高于西洋參原產(chǎn)國美國，總產(chǎn)量僅次于加拿大，位列世界第二，產(chǎn)生了很高的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 中藥體內(nèi)代謝基因組研究和中藥合成生物學(xué)

中藥體內(nèi)代謝基因組研究是促進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療的一個非常重要環(huán)節(jié)（圖3）。中藥體內(nèi)代謝及藥效發(fā)揮的基本環(huán)節(jié)是藥物分子與機(jī)體生物分子之間直接或間接的相互作用，引起從遺傳信息到整體功能實現(xiàn)過程中多個層面的結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)的改變，而決定這些層面的結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)是基因。因此，以基因表達(dá)、調(diào)控及修飾為研究方向，進(jìn)行中藥多組分、多環(huán)節(jié)、多靶點的體內(nèi)研究，可能有助于闡明中藥體內(nèi)代謝過程和分子作用機(jī)制。同時，人個體也是一個生物環(huán)境，除了人自身的遺傳物質(zhì)，還有來自于分布人體各部位的微生物基因，其中腸道是微生物種類數(shù)目最高的器官。近年來，基于基因組學(xué)的技術(shù)在中藥體內(nèi)代謝領(lǐng)域進(jìn)行了有益的探索。因此，有必要探討中藥體內(nèi)代謝基因組相關(guān)研究，包括中藥對人自身基因的影響和對人體微生物基因組的影響。

有些中藥是以其單體成分為目標(biāo)進(jìn)行新藥研制研究，如人參皂苷等。另外，還有一些藥物是以藥物化學(xué)全合成、結(jié)構(gòu)修飾的方式研發(fā)出來。根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域的研究總結(jié)，本課題組在本草基因組研究基礎(chǔ)上提出“中藥合成生物學(xué)”[13]。中藥合成生物學(xué)是基于基因組信息對中藥有效成分生物合成相關(guān)元器件進(jìn)行發(fā)掘和表征，借助工程學(xué)原理對其進(jìn)行設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化，通過在底盤細(xì)胞中裝配與集成，重建生物合成途徑和代謝網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)藥用活性成分的定向、高效的異源合成。因此，中藥合成生物學(xué)也是很重要的一個環(huán)節(jié)（圖3）。

圖3 從本草基因組學(xué)到中藥合成生物學(xué)

3 中藥材鑒定研究

眾所周知，目前市場上的中藥材比較混亂，藥材粉末更是“神仙難辨”，針對藥材某些藥用部位進(jìn)行造假的技術(shù)手段更是層出不窮。2015年，沃爾瑪?shù)让绹?大零售商涉嫌草藥補(bǔ)充劑造假，被紐約州當(dāng)局要求下架，這個中藥國際化發(fā)展進(jìn)程中的大事件，直接導(dǎo)致2015-2016年我國提取物和中草藥的出口量顯著下降。該事件的原因是，美國藥監(jiān)部門檢測到有草藥補(bǔ)充劑造假現(xiàn)象，被檢藥材中沒有原物種的DNA，部分草藥補(bǔ)充劑商品系人工造假產(chǎn)物。另外，國際上還出現(xiàn)過“銀杏葉造假事件”，當(dāng)時我國境內(nèi)也查出有不良商家用槐米造假來充當(dāng)銀杏葉的現(xiàn)象。這些現(xiàn)象導(dǎo)致中醫(yī)對中藥的不認(rèn)可，并有人提出“方靈藥不靈”的說法。更嚴(yán)重的是，香港“洋金花與凌霄花混用中毒事件”、菊三七誤當(dāng)三七導(dǎo)致嚴(yán)重肝毒性，以及全球最大草藥醫(yī)療事件——馬兜鈴腎病，將關(guān)木通與木通誤用，廣防己與防己誤用等，這些誤用嚴(yán)重威脅國民健康和人身安全。

3.1 經(jīng)典鑒定方法不能滿足安全用藥需求

如果僅僅通過檢測藥材的一個部位，根據(jù)其性狀鑒定、基原鑒定、顯微鑒定和理化鑒定，要鑒定到物種水平是非常困難的。比如根類藥材就不具備分類的核心特征，植物分類主要是以花和果實進(jìn)行鑒定。加之現(xiàn)在世界貿(mào)易帶來的藥材廣泛流通，對藥材鑒定造成更大的困難，因此需要尋找更有普適性的鑒定方法（表1）。世界上有20多種甘草，一個藥材經(jīng)藥檢所鑒定，結(jié)果不會顯示具體的物種名稱，只能確定是否與藥典描述的藥材相符。如果藥材來源都不清楚，后期再做含量測定等精確計算就很難保證準(zhǔn)確性。為此，我們要尋求一種基因鑒定的方法。

3.2 DNA條形碼鑒定方法

DNA條形碼鑒定法是在所有正品藥材中找到相同的一段DNA片段進(jìn)行測序，保存在數(shù)據(jù)庫中作為對照品用來鑒定未知樣品或易混淆樣品。國際條形碼協(xié)會植物工作組提出的兩個葉綠體片段——rbcL和matK，兩者加在一起使用鑒定效率為72%。本課題組有基因組的研究優(yōu)勢，通過大樣品量的實驗確定了條形碼序列的篩選范圍，從而找到約220 bp的核基因組片段ITS2作為通用條形碼，突破了當(dāng)時對DNA條形碼序列長度范圍500-800 bp的定義，通過大樣本量驗證發(fā)現(xiàn)ITS2序列有很好的擴(kuò)增效率和鑒定能力，數(shù)千份的樣品中達(dá)到92.7%的樣品都能鑒定準(zhǔn)確。該研究發(fā)表的第一篇文章被引用820多次，在隨后的研究中，本課題組在國際上首次明確ITS2多拷貝有利于物種鑒定。

表1 中藥材經(jīng)典鑒定技術(shù)發(fā)展歷程

在以上研究工作中，本課題組一共檢測4.8萬份中藥樣品，涉及217科1 251屬的1.1萬個物種。所有樣本均采用原植物，從全國4大藥用植物園里找到所有正品藥材的原物種；對于部分植物園采不到的物種，到野外采集樣品后，與英國皇家植物園核對，經(jīng)國內(nèi)權(quán)威專家鑒定無誤后才會使用。本課題組在中檢院購買了所有的對照藥材，這些鑒定工作是由各大藥檢所來復(fù)核樣本。在核對機(jī)制方面，應(yīng)用BLAST分析、Barcoding Gap分析和系統(tǒng)發(fā)育樹分析等分析技術(shù)。

為了證實ITS2能高效鑒定近緣科屬種藥材（中草藥及其混偽品），本課題組專門就中草藥近緣物種（易混品）進(jìn)行了評估驗證研究。另外，還對《中國藥典》收載的根莖類藥材及其混偽品5 860份、花類藥材602份、全草類藥材及其混偽品2 431個物種、皮類藥材312份、果實類藥材1 352份進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)ITS2能準(zhǔn)確穩(wěn)定鑒定生藥及其混偽品。

另外，對于部分藥材還能做種下的道地藥材鑒定，比如川麥冬和浙麥冬的鑒別、不同地區(qū)肉蓯蓉的區(qū)分及野外考察及生態(tài)型分布，ITS2是很好的一種鑒定方法。

3.3 超級條形碼

作為傳統(tǒng)鑒定方法的有效補(bǔ)充，DNA條形碼分子鑒定方法近年來發(fā)展迅猛，但對于某些近緣物種，尤其是種下等級的準(zhǔn)確鑒定，DNA條形碼序列也存在一定的局限性。隨著測序技術(shù)的發(fā)展以及測序成本的下降，第二代和第三代高通量測序技術(shù)越來越多的應(yīng)用于藥用植物的研究中，應(yīng)用高通量測序技術(shù)獲取藥用植物葉綠體全基因組的方法已經(jīng)很成熟。將葉綠體全基因組作為超級條形碼來進(jìn)行物種鑒定，或應(yīng)用葉綠體全基因組篩選種屬特異的DNA條形碼序列是某些近緣物種或種下等級準(zhǔn)確鑒定的一個方向。本課題組基于SMRT PacBio技術(shù)獲取了三種貝母屬物種的葉綠體全基因組序列，并對葉綠體全基因組進(jìn)行全局分析，查找基因區(qū)域和基因間區(qū)的高變異區(qū)域，篩選出7個基因間區(qū)作為潛在的貝母屬物種鑒定的特異性DNA條形碼序列，為難鑒定科屬篩選DNA條形碼序列提供了參考。

綜上所述，本課題組由此創(chuàng)建了全新中草藥DNA條形碼物種鑒定體系：鑒定方法的標(biāo)準(zhǔn)操作流程有：①供試品處理；②DNA提取；③PCR擴(kuò)增；④條形碼序列的獲取；⑤結(jié)果判斷；中草藥鑒定平臺包括標(biāo)準(zhǔn)化中草藥DNA條形碼數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)鑒定操作平臺；鑒定軟件系統(tǒng)有DNA拼接軟件和中藥DNA條形碼鑒定軟件。該體系的組織構(gòu)成以ITS2為主體序列，以psbA-trnH為輔助序列，適用于中藥材（包括藥材、藥材粉末及部分藥材飲片）及基原物種的鑒定。國際期刊Biotechnology Advances以“草藥鑒定從形態(tài)到基因的文藝復(fù)興”刊發(fā)了該研究成果。

3.4 DNA條形碼的應(yīng)用與交流合作

目前，2010版和2015版《中國藥典》已經(jīng)納入DNA條形碼分子鑒定法指導(dǎo)原則，課題組編著了《中國藥典中藥材DNA條形碼標(biāo)準(zhǔn)序列》；2015年5月，英國藥典委員會專門派兩名專家到國家藥典委員會申請學(xué)習(xí)DNA條形碼技術(shù)，《英國藥典》在2016年引進(jìn)了草藥DNA鑒定技術(shù)；美國藥典委員會多次與本課題組聯(lián)系，希望將ITS2應(yīng)用到西洋參等草藥的鑒定研究中，邀請本課題組協(xié)助建立草藥鑒定標(biāo)準(zhǔn)。

現(xiàn)在，我們又將DNA條形碼鑒定技術(shù)應(yīng)用在中成藥鑒定領(lǐng)域。比如當(dāng)歸成藥鑒定方面，通過當(dāng)歸及近緣種265份ITS2序列分析，找到當(dāng)歸獨有的SNP，開發(fā)了一段37 bp的分子身份證，GenBank中當(dāng)歸屬72個種429條ITS2序列，僅當(dāng)歸具有此分子身份證。應(yīng)用該分子身份證對28份中成藥進(jìn)行鑒定，7份樣品檢測結(jié)果為獨活、羌活、藁本、紫花前胡等非標(biāo)簽成份。這一研究拓寬了DNA條形碼技術(shù)在降解嚴(yán)重樣品中的應(yīng)用。

為了讓企業(yè)進(jìn)行快速鑒定，我們專門研究應(yīng)用比色法來判斷物種的快速鑒別技術(shù)。如對西紅花及其混偽品應(yīng)用環(huán)介導(dǎo)等溫擴(kuò)增技術(shù)（LAMP）進(jìn)行快速鑒定，通過對西紅花及其混偽品設(shè)計LAMP特異性擴(kuò)增引物，西紅花樣本經(jīng)LAMP擴(kuò)增后，呈綠色熒光，而混偽品樣本為橙色，目測即可進(jìn)行快速鑒別，為企業(yè)節(jié)省了寶貴的時間。本課題組對以上技術(shù)進(jìn)行了產(chǎn)權(quán)保護(hù)，國內(nèi)外首創(chuàng)中草藥DNA條形碼物種鑒定體系獨家專利。在論文成果方面，本課題組在BiotechnolAdv、Nature Commun、PNAS、Biol Rev、中國科學(xué)等發(fā)表論文165篇，被PNAS、Science、MBE等國際著名期刊引用；國內(nèi)發(fā)表的論文中3篇DNA條形碼研究論文入選中國百篇最具影響優(yōu)秀國內(nèi)學(xué)術(shù)論文。

在應(yīng)用方面，國際上大量的研究機(jī)構(gòu)、檢驗機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在用我們的技術(shù)，種子、種苗的鑒定也可以用這種技術(shù)，我們培訓(xùn)了很多技術(shù)人員，國內(nèi)最大的中醫(yī)院廣東省中醫(yī)院、湖北省中醫(yī)院都在用這個技術(shù)，其中廣東省中醫(yī)院每天要用12噸的中藥材飲片，他們非常重視藥材的基原物種問題；許多知名藥企也是非常重視藥材原物種的鑒定，以確保所用品種是法定來源，保證產(chǎn)品的安全性和療效；日本最大漢方企業(yè)津村安排專人提供的藥材防風(fēng)樣品來我們課題組進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示樣品為華山前胡，為企業(yè)成功避免遭受損失；貴重藥材、草藥飲料、偵破案件等領(lǐng)域也在使用這個技術(shù)。在國際合作方面，日本國津村株式會社、美國Unigen、安利等都就DNA條形碼鑒定技術(shù)與我們開展了廣泛的合作。

另外，中草藥DNA條形碼物種鑒定體系研究獲得了國家科技進(jìn)步二等獎、教育部科技進(jìn)步一等獎、中華中醫(yī)藥學(xué)會自然科學(xué)一等獎，入選“2014年度世界中醫(yī)藥十大新聞”。項目負(fù)責(zé)人在國際生命條形碼大會應(yīng)邀做主題報告，擔(dān)任藥用植物分會主席。中草藥DNA條形碼物種鑒定體系已經(jīng)成為國際國內(nèi)的亮點。在這個過程中我們有一個體會，中醫(yī)藥作為一個應(yīng)用學(xué)科，還是要先把其中的原理、背景研究清楚，才能有更長久、更好的發(fā)展。

3.5 中藥鑒定進(jìn)入通用和標(biāo)準(zhǔn)化基因鑒定時代

課題組基于開源代碼PHP QR Code編碼方式將DNA條形碼序列轉(zhuǎn)換為二維碼，應(yīng)用移動終端的二維碼掃描軟件識別可獲得物種拉丁名及序列信息，通過移動終端的瀏覽器可在中藥材DNA條形碼鑒定系統(tǒng)中進(jìn)行物種鑒定。二維DNA條形碼可應(yīng)用于中藥材流通監(jiān)管領(lǐng)域，DNA條形碼序列獲得及DNA條形碼信息跨平臺轉(zhuǎn)換，能夠有效實現(xiàn)對中藥材流通的數(shù)字化監(jiān)管，推動中藥材流通監(jiān)管現(xiàn)代化、國際化進(jìn)程。另外，我們和澳門大學(xué)課題組合作進(jìn)行了道地藥材品質(zhì)溯源研究（圖4）。

圖4 溯源系統(tǒng)架構(gòu)圖

4 中藥飲品標(biāo)準(zhǔn)湯劑內(nèi)涵

中藥飲片標(biāo)準(zhǔn)湯劑是以中醫(yī)理論為指導(dǎo)、臨床應(yīng)用為基礎(chǔ)，參考現(xiàn)代提取方法，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化工藝制備而成的單味中藥飲片水煎劑。在定位方面，中藥飲片標(biāo)準(zhǔn)湯劑可以用于標(biāo)化臨床用藥，保障用藥的準(zhǔn)確性和劑量的一致性，它的作用包括：①有利于臨床用藥的準(zhǔn)確和劑量的統(tǒng)一；②有利于保障療效的一致性；③有利于促進(jìn)用藥質(zhì)量提高，改變目前監(jiān)管困局；④為中藥研究標(biāo)準(zhǔn)化提供了基礎(chǔ)；⑤有利于促進(jìn)制造工藝和管理的改善和提升。

中藥絕大部分是復(fù)方，目前新藥審批方法、管理辦法有一些不太科學(xué)的規(guī)定，比如現(xiàn)有成藥生產(chǎn)管理要求固定的（如100 kg）藥材原料要生產(chǎn)固定的（如10 000粒）膠囊數(shù)，但是原料藥材有效成分的含量不是固定的，這種原料的有效成分含量、出膏率等指標(biāo)都不一樣，生產(chǎn)的產(chǎn)品差別就很大，很難做到均一穩(wěn)定。在和日本津村合作過程中發(fā)現(xiàn)他們幾十年生產(chǎn)的成藥樣品含量都非常的穩(wěn)定，他們核心的方法就是中間設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)湯劑，簡單來講就是“中間提取物”，相當(dāng)于西醫(yī)的“原料藥”，目前我們中成藥新藥生產(chǎn)工藝?yán)锸菦]有這個概念的，這個想法在藥典委和各位專家討論過，討論中反對這一做法的原因就是中間提取物造假更容易，以后監(jiān)管起來更難。但是，如果我們現(xiàn)在最基本的均一穩(wěn)定都做不到，穩(wěn)定可控的“精準(zhǔn)”之路更是難上加難。

前不久，藥監(jiān)局針對中藥配方顆粒引入了標(biāo)準(zhǔn)湯劑概念（《中藥配方顆粒管理辦法（征求意見稿）》，2015年第283號），每種藥材標(biāo)準(zhǔn)煎劑作為最原始的標(biāo)準(zhǔn)，通過這種“中間提取物”的方式來監(jiān)管、控制。比如金銀花標(biāo)準(zhǔn)湯劑，把有代表性GAP產(chǎn)地的金銀花飲片按照傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)煎煮規(guī)范（容器大小、水量、溫度、時間）確定出膏率、有效成分得率，在這些步驟的基礎(chǔ)上確立標(biāo)準(zhǔn)，基于此后面生產(chǎn)顆粒劑時就有了一個基本可控的范圍，有了標(biāo)準(zhǔn)湯劑這個中間參照物，顆粒劑就有相對均一、穩(wěn)定的產(chǎn)品。值得思考的是，中藥新藥是不是也可以引入標(biāo)準(zhǔn)湯劑的概念，對后面的成藥穩(wěn)定性是很重要的因素。

5 總結(jié)與展望

1986年，國家食品藥品監(jiān)督管理總局藥物審評中心將第一個新藥證書（86衛(wèi)藥證字X-01號）（92衛(wèi)藥證字X-66、67號）頒發(fā)給中國中醫(yī)科學(xué)院中藥研究所屠呦呦教授開發(fā)的青蒿素。當(dāng)時，該項新藥研究項目能夠獲批新藥證書，既反映了新藥審批機(jī)構(gòu)明確的判斷力和高度的前瞻性，也為2015年屠呦呦教授獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎的奠定了基礎(chǔ)。

2015年，與張伯禮院長一起陪同屠教授赴瑞典領(lǐng)獎時，我們與許多國際知名醫(yī)藥專家進(jìn)行了對話和交流，各位專家普遍認(rèn)為，中國的中醫(yī)藥，特別是數(shù)千年的中醫(yī)臨床經(jīng)驗，是中國最具有原始創(chuàng)新性的、最具有競爭力的一個資源和領(lǐng)域，如果把中國數(shù)千年的臨床經(jīng)驗總結(jié)好、挖掘好，可能還會產(chǎn)生很多類似于青蒿素的重大新藥。另外，國際醫(yī)藥專家還討論了一些中醫(yī)藥的新成果，比如三氧化二砷治療白血病等，說明國際社會對中醫(yī)藥日益重視。2015年諾獎頒獎現(xiàn)場，安德森教授在屠教授整整半小時的講話過程中一直半跪著為屠教授扶話筒，他的敬業(yè)精神值得稱頌。這不僅表示了安德森教授對屠教授的尊重，更反映出國際主流科學(xué)家對中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的尊重。

目前，我們已有7個中藥品種在美國進(jìn)行II期、III期臨床試驗，說明中國在中醫(yī)藥國際化發(fā)展方面前景良好。另外，美國藥典、歐洲藥典中許多中藥標(biāo)準(zhǔn)也是以中國科學(xué)家為主體建立的，中國藥學(xué)家在歐洲、美國的話語權(quán)也越來越大。

中藥基因資源是一種珍貴的國家戰(zhàn)略資源，國際競爭嚴(yán)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(tǒng)中藥研究領(lǐng)域造成極大挑戰(zhàn)。目前，我們對中藥的生物學(xué)本質(zhì)研究還非常薄弱，這制約了對中藥的深入研究。在獲取中草藥基因組和基因遺傳信息的基礎(chǔ)上，通過本草基因組學(xué)相關(guān)研究來解決中藥研究中面臨的一系列難題，包括建立用于次生代謝產(chǎn)物生物合成及其調(diào)控研究的藥用模式生物體系，通過合成生物學(xué)生產(chǎn)重要的天然藥物或中藥新藥原料，利用基因組輔助育種培育中草藥優(yōu)良品種，開發(fā)用于鑒別中藥材混偽品的分子標(biāo)記，揭示藥材道地性的生物學(xué)本質(zhì)，建立本草數(shù)據(jù)庫保護(hù)珍貴的藥用植物基因資源，以及研究人類基因組遺傳多態(tài)性和腸道微生物的多樣性對中藥體內(nèi)代謝和藥效的影響等。

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Advances andApplications of Frontier Omics Technology of Chinese Materia Medica

Chen Shilin
(Institute of Chinese Materia Medica,China Academy of Chinese Medical Sciences,Beijing 100700,China)

A lot of research achievements have been obtained in the field of Chinese materia medica(CMM)in recent years,which have been paid close attention to by the international community.It also promotes the internationalization of traditional Chinese medicine(TCM).However,the genetic background of CMM bioactive compounds and the effect on human genes of CMM composition after ingestion are not clear.As a frontier technology,herbgenomics provides a new method for the study of biosynthesis,breeding of new varieties and the identification of CMM.It will also promote more achievements in this field.This paper reviewed the research progress of study on the frontier omics technology of CMM in order to provide references for CMM research.

Herbgenomics,medicinal model organism,genomics,transcriptomics,synthetic biology,DNA barcoding, standard decoction

10.11842/wst.2017.03.007

R282.5

A

（責(zé)任編輯：馬雅靜，責(zé)任譯審：王晶）

2017-04-15

修回日期：2017-04-30

＊本文為編者根據(jù)陳士林研究員在2016年國家食品藥品監(jiān)督管理總局新藥審評中心舉辦的“思與行”講壇上的演講稿整理而成。

＊＊通訊作者：陳士林，本刊執(zhí)行主編，研究員，博士生導(dǎo)師，主要研究方向：中藥資源學(xué)。