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[中圖分類號] R394；G642 [文獻標識碼] A [文章號] 1673-7210（2017）01（a）-0113-04
[Abstract] Precision medicine is the development trend of medical science. The ability to practice precision medicine is dependent on genomics. The genomics research of common diseases and rare diseases， as well as the pharmacogenomics have been widely used in the era of precision medicine. To help the postgraduate students master the basic knowledge of genomics and understanding the latest genomics development and application， it is necessary to keep pace with the development of discipline. By learning genomics， the medical postgraduates can improve the ability and level of scientific research， and lay a good found a tion for their clinical work in future. To adapt to the requirements of the rapid development of genomics， some elements of teaching mode should bead just to meet the requirements of rapid development of genomics in the era of precision medicine， which can expand the basic knowledge of medical postgraduates and train medical talents with interdisciplinary background.
[Key words] Precision medicine； Genomics； Medical postgraduates； Cultivation
精準醫學是以個體化醫療為基礎、隨著基因組測序技術快速進步以及生物信息與大數據科學的交叉應用而發展起來的新型醫學概念與醫療模式。2015年1月20日，美國總統奧巴馬發表講話，呼吁美國要增加醫學研究經費，推動個體化基因組學研究，依據個人基因信息為癌癥及其他疾病患者制訂個體醫療方案，拉開了精準醫學的大幕。精準醫學體現了醫學科學發展趨勢，也代表了臨床實踐發展的方向，必將在不遠的將來惠及國民健康及疾病防治?；蚪M學研究是實現精準醫學的重要手段。本文就精準醫學時代培養醫學研究生利用基因組學進行科研工作和疾病診療的重要性以及基因組學教學模式的調整進行初步探討。
1 精準醫學的本質
精準醫學是通過基因組、蛋白質組等組學技術和其他前沿科技，依據患者內在生物學信息及臨床特點，在分子學水平為疾病提供更加精細的分類及診斷，從而對患者進行個性化精準治療，以期達到治療效果最大化和副作用最小化的一門訂制醫療模式[1]。精確、準時、共享、個體化是精準醫學的四要素。
【Abstract】Genomics is a young discipline which is born with the successful implementation of the human genome project， and its content is involved in the leading edge and hot spot of the life science research. Learning genomics has a profound impact on enriching and improving the students’ knowledge system and cultivating students’ innovative consciousness and ability. After several years of teaching practice， from the teaching content， teaching methods to make a reasonable improvement， in order to improve the quality of teaching， and strive to cultivate high？鄄quality professionals.
【Key words】Genomics； education； innovation
【基金項目】湖南農業大學課程質量標準建設遴選項目《基因組學》和湖南農業大學教改項目B2015021資助。
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）06-0233-02
伴隨人類基因組計劃，一門新興的生命科學前沿學科基因組學（ Genomics）應運而生。不同于以往的分子遺傳學以“單個”基因為研究對象的思路，基因組學從物種的整個基因組入手來研究基因的結構、功能和進化[1]。經過近20年的迅速發展，基礎基因組學研究已經形成了結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三個不同的領域[1-3]，還衍生出了轉錄物組、蛋白質組、代謝組、甲基化組等一系列組學研究的分支，引發了生物科學研究的系統觀熱潮[2]。
目前，基因組學已成為高校生物學課程體系中的重要組成部分，越來越多的高校都將其設為生物學相關專業的必修課或選修課。課程的開設不僅有利于學生了解生命科學發展的前沿，還能為學生研究生階段開展相關課題提供研究思路和背景知識。然而，基因組學發展迅速，如何使教學緊跟學科發展的步伐，讓學生在有限的課堂教學中既能掌握基因組學的基礎知識，又能及時了解最新的基因組學發展技術，成為教學中的難點。因此，教師需要不斷更新教學內容，緊跟學科發展的步伐，以增強學生的學習興趣，提高學習的主動性。此外，基因組學與其他學科具有很強的交叉性，教師授課過程中既要避免內容的重復，又要能深入淺出地把內容抽象、過程復雜的研究方法條理清晰、簡單明了地傳授給學生。針對基因組學課程的上述特點以及這幾年的教學實踐，筆者從基因組學教學內容和教學手段進行了調整和優化，探索了適合本門課程的教學方法和模式，以期提高基因組學的教學效果，以適應新形勢下素質教育的需要。
一、選擇合適的教材
我國許多高校的生物信息、生物技術等相關專業課程設置中都將基因組學設為專業課或選修課，如華中科技大學、暨南大學、揚州大學等。我校也在學生先修遺傳學、分子生物學和生物信息學的基礎上，開設基因組學課程作為生物信息學的一門專業課，共設置40課時。經過了解，國內廣泛使用的基因組學教材主要有兩本，即國內復旦大學楊金水教授編著的《基因組學》（2002年第一版，2007年第二版，2013年第三版）和英國曼徹斯特大學理工學院TA.Brown教授編著的《Genomes》（1999年版、2002年版、2006年版）。根據課程需要和課時數，我校自2005年生物信息學專業開設以來一直選擇結構體系比較完整、內容相對簡潔的楊金水編著的《基因組學》系列版本為主要教材。同時選用袁建剛等翻譯的、BrownTA編著的《基因組》及其英文版原著作為參考，補充楊金水編著的《基因組學》，部分內容敘述不夠詳盡的不足。該教材和參考書都更新及時，每隔數年就會補充基因組學研究領域的新成果和新技術然后再版，便于跟蹤學科前沿，掌握最新研究動態。參考書中英文對應，可方便學生對專業名詞的理解和把握，也有助于學生提高對英文文獻的閱讀能力。
二、構建系統的教學內容
基因組學教學內容與遺傳學、分組生物學和生物信息學課程的內容相互聯系、相互滲透。因此課程內容既要避免與現行課程中重復的部分，又突出本學科的特有內容，為此我們在與其他相關課程教師充分溝通的情況下進行了授課內容的安排?；蚪M學的知識結構可以分為結構基因組學、功能基因組學和比較基因組學三部分。結構基因組學是基因組研究的前提，是功能基因組學和比較基因組學內容理解和掌握的基礎，其主要目標是通過基因組測序獲得基因組序列。而基因組測序的前提是對基因組的基本結構和組成進行了解，然后在此基礎上進行基因組作圖，包括遺傳圖譜、物理圖譜的制作，最后進行基因組的測序與序列組裝。這部分屬于基因組學課程重點學習的內容，安排20個課時，主要涉及選用教材的前四章內容[4]。功能基因組學，被稱為后基因組學，它利用結構基因組學研究所提供的信息和產物，發展和應用新的實驗手段，通過在基因組或系統水平上全面分析基因的功能。這部分內容是目前發展最快的研究重點[5]，涉及很多關于研究基因功能的實驗方法，因此也是課程的難點。研究內容包括基因組序列中基因功能的發現、單個基因功能的確定、基因表達分析及突變檢測和基因與基因之間的相互作用。本門課程中安排12課時學習該部分內容，主要涉及教材的第五章、第六章、第十章。教材的第七章和第十一章關于基因組的復制與轉錄調控的內容，分子生物學中有過講述，在基因組學的課程中不再重復。第八章和第九章關于轉錄組和蛋白組的內容另開設有相關的課程，也不在基因組學課程的講述范圍內。比較基因組學是基于結構基因組的基礎上，對已知的基因和基因組結構進行比較，來了解基因的功能、表達機理和物種進化的學科。通過對不同親緣關系物種的基因組序列進行比較，能夠鑒定出編碼序列、非編碼調控序列及給定物種獨有的序列。而基因組范圍之內的序列比對，可以了解不同物種在核苷酸組成、同線性關系和基因順序方面的異同，進而得到基因分析預測與定位、生物系統發生進化關系等方面的信息。這部分內容安排6課時，主要涉及教材的第十二至十四章的內容。這樣合理安排授課內容，使學生在頭腦中建立起一個從結構基因組學研究到功能基因組學研究再到比較基因組學研究的完善的知識體系。
此外，基因組學發展迅速，除了三大部分基本內容外還在課堂上及時補充和完善一些最新的研究成果。比如可以通過查詢Science、Nature 和Cell等頂級期刊，了解基因組學的最新研究進展和方法，使學生及時把握學科發展脈絡和方向，把基因組學課程真正建設成為一門開闊學生視野的課程。另外，課堂上可以討論一些社會上的熱點話題或者普及一些與生活息息相關的知識，如精準醫療等。還可以講述一些相關的故事，如諾貝爾獎得主的一些鮮為人知的故事。一些相關知識的應用，比如如何利用分子標記進行親子鑒定及法醫鑒定等也可以再課堂上適時的插入。這些內容可以極大地激發學生的興趣，拓寬學生的視野，提高學生學習的積極性。
三、多媒體與板書相結合教學
多媒體教學具有圖文并茂的效果，可以把抽象、微觀、枯燥、復雜的內容形象的展示出來。但多媒體課件播放比板書講解速度快，如果學生的思維無法跟上，則會大大地降低教學效果。傳統的板書教學則可以將知識更加系統地呈現給學生，更利于師生間的交流[6]。但板書教學比較耗時，尤其對于高等教育中較多的授課內容，完全采用板書會影響教學進度。此外，對于圖像和圖形的呈現，板書教學也無法勝任。因此，可采用“多媒體+板書”相結合的授課方式。授課提綱板書在黑板上，使學生整堂課都可以看見，讓學生對學習內容有整體的印象。多媒體課件解釋不清的問題，及時用板書補充。重點難點內容，也要結合板書詳細講解，同時借助多媒體手段將所需要的圖片、動畫和視頻插入課件，按照課程的需要播放，提高課堂教學效果。
四、組織學生參與科學研究
基因組學課程內容涉及許多研究方法和技術，部分經典的實驗技術在分子生物學與遺傳學中有過介紹，但一些新發展起來的技術上述課程學習的過程中沒有涉及。有些技術原理深奧、抽象，難以理解，最好的方法是讓學生親自參與實驗[7-9]。教師可組建基因組學科研興趣小組，讓學生利用課外時間參與老師的科研課題。學生通過親自參與基因組學相關實驗，可以深刻理解這些技術的原理，并掌握具體操作技術，將理論知識與實踐相結合，在幫助教師完成科研工作的同時培養了學生對科研工作的熱情，為學生進一步考研深造打下基礎。
五、應用靈活多樣的考核方式
科學、合理的考核方式有助于提高教學質量、培養創新型和應用型人才。傳統的考核方式主要是閉卷考試，容易使學生把考試當成最終的學習目標，不利于培養學生利用所學知識解決實際問題的能力。因此，改革教學考核方式的非常重要?？己顺藢W生進行基本理論知識考試外，在成績評定標準上適當加大對學生動手能力和綜合技能的考核比重，增加平時成績的考核，條件允許的話還可以設置一些小實驗在實驗課的課堂上讓學生進行計算機模擬分析，充分激發學生的學習興趣。此外，還可以把科研過程中的一些小項目交給學生，讓學生查閱資料后根據所學內容進行試驗設計，教師進行指導修改后再反饋給學生。學生的平時成績最終按30%的比例計入最終成績?？茖W合理地應用上述方法可以很大程度改變學生的學習目標和學習方式，培養學生的創新能力和實踐能力。
經過幾年的實踐，我們的教學改革獲得了大多數學生的好評與認可。在今后的教學中，隨著教師教學經驗的積累和教學水平的進一步提高，將會不斷完善基因組學教學工作?；蚪M學發展迅速，如今已經滲透到生命科學研究的各個領域，尤其是近幾年基因組學研究領域的重大成果層出不窮，對生命科學的發展產生了極大的推動作用。針對基因組學教學過程中存在的主要問題[10，11]，在構建系統課程內容體系的同時，還應根據農林院校的專業特點，不斷改革和探索課程的教學方法，加強教師隊伍建設，不斷完善理論與實踐相結合的教學模式，為推進和實現高素質的創新型和應用型人才培養目標奠定基礎。
參考文獻：
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基因組學推動的創新中，最引人矚目的領域是醫學。“個性化醫療”進展迅速，患者的DNA圖譜被轉化為更加個性化、具預測性和預防性的治療方案。
目前，對常見疾病――包括一些醫療、經濟和社會負擔巨大的疾病，如癌癥、糖尿病、心血管疾病和肥胖等――相關的基因組識別研究已開始讓醫生能夠利用患者DNA信息來指導臨床治療。研究者正在識別影響藥物對人體作用的基因變異，讓更安全、更有效的用藥管理來遏制病痛和治療某些癌癥以及心血管和精神疾病。
去年，美國啟動了精確醫療計劃（Precision Medicine Initiative），該計劃將當前的這些進展往前再推進一步，進行成人和幼兒癌癥靶向藥物創新實驗，引入個性化混合療法，并深化對抗藥性的認識。在長期，計劃的目標是建立一支擁有一百萬以上志愿者的研究隊伍，他們共享基因組數據、生物樣本和生活方式信息，從而形成大量人類疾病精確醫療的基礎。
但醫療絕不是基因組學推動的創新革命的唯一領域?；蚪M學在其他領域也顯示著改變和發展的趨勢，其中不少已經證明具有有助于解決某些全球性問題的潛力――如在全球人口高速增長、預計35年后達到96億人的背景下，確保糧食安全和保護環境。
利用基因組學遴選高價值品種，讓農民和糧食業總體擁有了生產更多更好糧食的工具。比如，東南亞稻米如今已能抵御洪水，牛肉、奶制品和生豬產量有所提高，迅速發展的漁業和水產養殖業受益于產量更高、抗病和抗壓能力更強的物種。
此外，基因組學還能提供關于生態系統中生物多樣性和互動作用的詳細信息，從而推動創新性環境保護戰略的開發。
[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?；诜肿由飳W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?；蚪M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?；诒静莼蚪M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?。s600 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?；蚪M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?；诨蚪M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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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?；蚨鄳B性可通過藥物代謝動力學和藥物效應動力學改變來影響麻醉藥物的作用。
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。與麻醉藥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?；蚨鄳B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。
吸入麻醉藥與基因多態性：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?？纱蚝颓R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。
局部麻醉藥與基因多態性：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。麻醉藥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麻醉藥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-nucleotide polymorphism，SNP)。目前為止，已經鑒定出13 000 000多種SNPs。突變和多態性?？苫Q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麻醉藥物與藥物代謝酶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、替代藥物較少的麻醉藥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
與麻醉藥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）
麻醉藥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CYP2D6。
（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
麻醉藥物的受體（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（Ryanodine receptor-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（malignant hyperthermia，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，在揮發性吸入麻醉藥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，能夠調節多種麻醉藥物的效應。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，但尚未見與麻醉藥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基因敲除的老鼠對麻醉藥的需求量增加。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CYP 2C19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、吸入麻醉藥與基因多態性
到目前為止，吸入麻醉藥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?？纱蛲ㄟ^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Val158Met COMT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、局部麻醉藥與基因多態性
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]。
當今科技發展飛快，生產環境亦大有改善，環境中化學毒物的污染以低濃度、超低濃度為主，人們以長期低濃度接觸，慢性、亞慢性輕微中毒多見，而急性中毒少見。因此，要開展功能毒理學的研究?？茖W家們發現，在人體中與代謝等功能相關的基因叫做功能基因，這些基因發生異常的人，在適當的環境，包括外環境、飲食、生活方式的作用下，就會出現功能的異常，最終導致疾病。對功能基因組學的分析，具有個性化和發現疾病前兆的特點。最后通過特色防護，補充處方營養和相應的食物，以及促進機體排出毒素等措施，維護人體健康。
功能醫學有助于治療慢性病，這對職業病、慢性中毒的防治有幫助。它雖不是新型醫學，但它是醫學領域的新思維，是應用現代科學技術，全面了解人與環境關系的科學。它將開辟一個新時代，是一門保健
醫學。
功能基因組學又稱后基因組學，它利用結構基因所提供的信息和產物，發展和應用新的實驗手段，在基因組或系統水平上全面分析基因的功能。經功能基因組學研究，發現基因功能，并對突變基因進行檢測。外來化學物與生物體相互作用后全基因組表達的變化，再通過生物信息學的方法對化學物毒性進行全面定性分析，篩選更多的標志物，解釋毒物致病機理。毒理學一方面探討毒物對機體各種組織、細胞、分子的作用及損害機制，闡明毒物分子結構與其毒作用之間的關系。另一方面也研究毒物的體內過程及機體防御體系對毒作用的影響。
傳統毒理學注重中毒和三致作用（致癌、致畸、致突變），功能毒理學與其的最大區別是它主要評價器官的功能，因此它表現的損害早，損害小且可逆。它具有預防疾病的作用。
功能毒理學的檢測不具侵襲性，但它全面、系統。通過對糞便、尿液、唾液、血液及毛發進行分析檢測，評估人體的六大功能：① 生理代謝功能分析。② 內分泌系統功能分析。③ 營養狀況分析。④ 免疫系統分析。⑤ 腸胃道系統分析。⑥ 環境毒素分析。
1前言
民以食為天,食以安為先。食品安全關系人類健康,一直以來,都是全球關注的熱點。隨著社會經濟的發展,一方面,隨著生活水平不斷提高,公眾對食品安全越來越重視,要求也越來越高;另一方面食品工業快速發展,國際食品貿易日趨頻繁,食品安全問題已呈現全球化模式。威脅食品安全的因素不僅僅有傳統的化學危害物、食源性致病菌;采用劣質原料生產高貨值食品、以次充好、以假亂真、產地造假、成分造假等等問題,是目前食品安全面臨的新挑戰。目前,已知危害物的檢驗技術已經比較成熟;未知、潛在的食品安全危害物偵別及成分鑒定、產地鑒定等,是食品安全檢測技術面臨的難題。食品安全檢測迫切需要新的方法和手段來解決這些難題和挑戰。組學是最近幾十年發展起來的新學科,主要包括基因組學(Genomics)、蛋白組學(Proteinomics)、代謝組學(Metabolomics)、轉錄組學(Transcriptomics)、脂質組學(Lipidomics)、糖組學(Glycomics)等等。其中,基因組學、轉錄組學、蛋白組學和代謝組學共同構成了“系統生物學”[1-2]。組學技術的基本思路是通過研究成千上萬的DNA、RNA、蛋白質或者代謝物等物質,找出與某一生命過程相關的特征蛋白、DNA、RNA或者代謝物,進而對某一目標進行評估。組學技術依托高通量、高分辨率、高精度的現代化分析儀器,通過海量數據處理,進行信息提取和結果分析。近年來,組學技術與食品安全檢測不斷融合,在食品安全檢測領域發揮著越來越重要的作用。
2與食品安全檢測相關的組學技術
2.1蛋白組學。蛋白組學研究特定狀態下蛋白整體水平的存在狀態和活動規律,是從分子水平上來分析蛋白質的表達、修飾、功能等的一門學科。蛋白組學的研究對象涉及植物、動物、微生物等,其在藥物開發、病理研究、食品安全等方向都有諸多應用。蛋白質可以作為食品組分的特征標記物,因此蛋白組學可以用于食品安全檢測[3]。蛋白組學的研究手段主要有凝膠技術和質譜技術,質譜可以對肽段和蛋白進行表征和測序,是分析蛋白的重要技術。通過蛋白酶解后得到肽段的肽指紋圖譜結合質譜技術,可以分析某一種或同類食物的蛋白質成分[4],經過比較和篩選,確定特征標志蛋白或者肽。基于對蛋白或者肽的分析,質譜技術可以獲得食品組分的特定指紋信息,實現定性分析。一旦獲得蛋白標志物或者肽標志物,即可用液相色譜-質譜的選擇反應監測(SRM)或者多反應監測(MRM)模式對目標物進行快速、靈敏的定量分析檢測。2.2代謝組學。代謝組學以生命體的代謝物為研究對象,主要研究分子量1000以下的小分子[5-6]。根據研究對象不同,代謝組學可以分為研究已知化合物的靶向代謝組學和分析未知化合物非靶向代謝組學。代謝組學作為新興的研究技術已應用在食品安全、藥物研發、疾病診斷、環境科學和植物育種等方面[7]。代謝組學的主要研究手段包括核磁共振技術(NMR)和質譜技術。質譜技術以高通量、高靈敏度著稱,飛行時間質譜和高分辨質譜是代謝組學研究中經常用到的儀器;NMR技術具有非破壞性的優點,可以對研究對象內部化學變化和生化反應進行跟蹤[8-9]。常見的代謝物主要有極性化合物(例如有機酸、氨基酸、糖、胺)、脂類、類萜和固醇。代謝組學分析得到的數據量巨大,需要借助化學計量學對數據進行分析處理,常用的分析方法包括主成分分析(PrincipalComponentsAnalysis,PCA)、判別分析(DiscriminantAanalysis,DA)、偏最小二乘法-判別分析(PartialLastSuares-DiscriminantAeqnalysis,PLS-DA)等方法[10]。2.3基因組學。基因組學的研究對象包括基因組的結構、功能、進化、定位、編輯等,以及他們對生物體的影響?；蚪M學通過使用高通量DNA測序和生物信息學來組裝和分析整個基因組的功能和結構。近幾十年來,多重聚合酶鏈式反應、基因測序、基因芯片等技術飛速發展,為基因組學在食品安全領域的應用打下了良好的基礎?；诨蚪M學特異性強、靈敏度高和高通量的特點,其在病原微生物檢測,物種鑒定和轉基因食品檢測方面有著很多應用[11-12]。
3組學技術在食品安全檢測中的應用
1整體醫學
整體醫學是現代社會正在興起的一種醫學體系，將醫學看成一個有機整體，從整體上來認識醫學的性質、對象和目的。整體醫學與傳統中醫藥學在外表近似，但是本質有所不同。整體醫學從本質上說，是一種系統論。整體醫學就是用整體觀認識醫學的各個要素。而整體醫學的整體觀是建立在現代科學技術所認識的所有聯系的基礎上，從科學的長遠發展上來說，這是一種弱整體觀，一種綜合論，理論基礎是還原科學觀。
醫學的發展大致經歷了三個時代，即經驗醫學時代、實驗醫學時代和當前的整體醫學時代。經驗醫學時代為自然哲學醫學模式，實驗醫學時代為生物醫學模式，而整體醫學時代為生物-心理-社會醫學模式。當今醫學的特點是處在實驗醫學時代向整體醫學時代的過渡時期，整體醫學的理論體系尚未正式形成，但已具雛形?，F代的整體醫學是現代科學技術尤其是生命科學發展的結果，但是生命科學——基因組學正在走向完善的基因組聯系，將來的發展必然在基因組的普遍聯系上證明中醫的基本理論，所以隨著基因組學的整體化發展，以及中醫學的跨越式發展，現代整體醫學必然走向更完備的、以中醫學為核心的整體醫學。
2中醫學現代化
整體醫學的崛起給中醫藥學國際化帶來了機遇，整體醫學與中醫藥學的關系是十分密切的。從理論體系看，整體醫學的理論與中醫藥學的學說實際上是相通的。如《黃帝內經》中就提出“人與天地相參”的觀點。
中醫藥學其實就是一門完整的整體醫學。中醫學有著對人體自身整體性及人與自然、社會環境相統一的認識。但是中醫學又是一門模糊的整體科學。《黃帝內經》建立于二千多年前，是古人觀察人體與自然所建立的整體醫學，其本質就是結構與功能相統一的整體觀，但是由于社會發展水平和極端落后的科學技術條件的限制，這個時候形成的整體只能是粗略與模糊的。隨著時代的發展，由于封建禮教的限制，加之受中國哲學觀重用輕體、重道輕器價值取向的影響，人們開始疏于人體具體的形態和結構，歧視人體解剖，對人體的細節和局部方面未做較深入的剖析研究，隨之《內經》的結構功能統一的整體觀逐漸演變為單純的功能性的整體觀。由于缺乏了結構和形態的支持，不能得到有效的可見的物質證據來說明自己的科學性，本身也缺乏創新發展，所以隨著以結構為主的現代醫學的發展，中醫學屢次受到打擊和排斥。
中醫藥學的發展必須從《黃帝內經》的整體思想開始做起，真正認識整體的本質，結合現達的科學技術尤其是分子生物學技術，發展新時代的完整的結構與功能統一的整體觀。所謂中醫現代化就是用現代語言和科學技術重新描述人與自然、人與社會平衡條件下的人整體的運動規律。
當代分子生物學在迅猛發展，借助電子計算機技術處理大量數據，基因組學得到了極大的發展。在足夠的時間內，基因組學很可能走向整體，最后可能在基因的相互聯系中發現了中醫的陰陽五行所存在的基因證據，這時候中醫就會被分子生物學所吸收，現代的整體醫學就可能吸收了中醫藥學的優勢發展成為完善的結構與功能統一的整體醫學，中醫不再是中國的中醫了。這是好事，但是對于國家和民族，對于中醫學的發源地，我們將失去一次崛起的機會。
3整體的含義
中醫學是整體科學，西醫學是還原科學。中醫現代化首先必須是基礎理論的現代化，而基礎理論的現代化又以整體為前提，整體觀的現代化為首要。以前中醫現代化的失敗在于從傳統的功能整體觀方法論上而不是從整體的根本意義上看待現代化。而西醫也是從自身的方法論上看待中醫，所以在這種前提下根本的中西醫結合是不可能的。
整體是物質的結構與功能的統一，兩者互相依存、不能分離，結構是功能的基礎，功能是結構的展現。整體是局部的整體，局部是整體的局部。整體是物質形、氣、能的統一，是結構與功能的統一，是一種客觀實在。
任何個體都是由兩種以上的物質要素混化而成的。這一混化物可以呈質地均勻無別的氣態，也可以呈實體存在的實體態。前者固然是一體，后者，盡管它的實體組成部分可以形形，各部分的功能也可千差萬別，但該實體物的氣卻遍布全體、貫穿內外，使組元形成有機聯系的和諧整體。這里所說的整體，指形成氣的時空結構而言，它是維系氣獨立性、特殊性的根本，也可把整體理解為氣的結構模式。譬如，設某模式為特殊的比附，這種特定的形狀結構的性質是不受其所占位置的大小影響的。因而時空結構模式一旦形成，不僅可以使全部事物的各個部分都處在同一結構上，而且這一整體特以滲透到所屬各個局部中去，使在這一整體中的局部組元可以體現整體，這是與組元作為獨立存在物的根本區別：①整體的實在性。②整體的聯系性：任何整體都在和其他整體處在密切的聯系當中，聯系是這個整體存在的必然條件，沒有聯系便沒有這個整體存在的必然性了。③整體的層次性：任何整體都是大的整體的一個組成部分，而這個整體有包含了小的層次的整體，小的局部組成。④整體規律的類似性：一物生來有一身，一物自有一乾坤。每個整體都是從類似規律演化而來，從無極演化，有太極，從這太極演化陰陽，以至這一整體全部。⑤整體的進化性：宇宙從無極逐漸演化太極，以至現在的萬物，在發展至人這個宇宙最高級的生命個體，便是整體演化的最好的證明。
氣是中醫學的核心。現代醫學是從有形的結構上研究，形是氣所聚，形散為氣，氣是形的場，形氣是統一的。氣是整體的體現。那么從形氣理論的兩種醫學也是可以統一的。
整體性是貫穿人體宏觀和微觀的根本。從宏觀逐漸微觀，每一層次都是結構和功能的統一，每一層次都服從統一的整體性，而整體性是每一層次運動聯系的根本。這個的整體規律就是中醫基礎理論，這個規律指導著每一層次的運動和相互作用。
4建立中醫基因組學
基因組是現代生物學還原到分子的體現，由此生命科學開始轉向整體科學?，F在的功能基因組學就是這一轉向的體現?；蚪M是整體科學與還原科學的交匯點。
基因組是人體的微觀信息調控中心，更體現了人體的整體性。它是人的精氣的凝聚態，含有生命的全部信息。宏觀人體整體和微觀的人體基因組整體性是統一的和同源的，基因組整體是由五臟功能模塊組成，這五臟又有亞細的模塊組成，這亞細的模塊又有更微小的基因模塊組成，各個大模塊亞細模塊之間存在協調的相互關系，這個關系就是微觀經絡系統?；蚬δ苣K由相應的基因組成，基因組整體是結構和功能統一的整體。建立中醫特色的基因組學是為了完善中醫藥學理論，發展整體醫學。建立微觀基因組整體辨證論治，并沒有否定傳統意義上的辨證論治觀，而是將其發展一步，深入到基因組整體內部，將整體觀深入到基因組整體中，將宏觀整體辨證和微觀基因組整體辨證結合起來，建立了一個從外至里、從里至外的整體的辨證論治觀，建立宏觀和微觀統一的整體的辨證體系。這才是科學的完整的辨證論治觀。
建立中醫基因組學是為了在基因研究的基礎上，結合證候研究，證明中醫證候理論的正確性；進而在分子基礎上證明中醫臟腑經絡理論的正確性，最后深入基因組研究，深入了解基因組所蘊含的生命本質以及生命的發展。
中醫基因組學的建立是中醫現代化走向未來的一個關鍵點，整體科學與還原科學都在這一尖端領域進行著研究，而中醫學進入這一領域，一可以完善自己的理論體系，解譯基因組所包含的全部生命信息，促進人類的健康事業；二則可以引導還原科學的整體化演變。
5中醫心理學的發展
這是中醫心理學與現代心理學結合的關鍵點。也是中醫現代化的另一個關鍵點。
中醫心理學原來是中醫學的一個分支，以心理的整體功能為本體論述人的心理的，講的是人的先天功能。傳統中醫學建立在遠古極端落后的社會經濟條件下，人們看不出人的社會本質和社會發展，而現代社會條件下，人的心理與健康都受到了社會的極大影響，發生了很大改變，中醫心理學也必須隨時代的發展而發展。
現代心理學是以人的大腦的具體結構為生理基礎，論述人在社會中的各種行為性格等，這是人的后天功能，對人們的各種行為意識均有科學的描述。但是現代心理學沒有與人的整體功能結合在一起，沒有指出人的根本的社會本質，所以其發展也是有局限的?，F代心理學是建立在還原論基礎上的，而人的心理是整體的，所以它本身具有很大的缺陷。
人的各種語言、行為以及意識思維等都是在人的元神的支配下進行的，元神是最根本的自我。而心理的進行是在社會背景條件下的，一切心理行為都有社會背景的，社會背景形成了人的心理模塊、人格模式，人格模式下的元神系統構成了人的社會自我，心理的行為是在元神的支配下通過心理模塊進行的，以此結合這兩個心理學，可以從根本上解決人的心理問題。佛學對人的心性理論有深刻認識，但是借鑒之前必須徹底拋棄佛學所具有的唯心思想，心性理論中性與元神相關，而心與元神、元神支配下形成的人格模式有關。
元神可以接受信息，加工、儲存、提取信息，發放信息三個方面。人出生時意識是白凈的，但是在人從出生開始，人就在不斷接受信息，在一定社會文化背景下不斷學習，不斷加深信息，積累信息，使元神中的信息不斷強化與激活而得到強化，最終形成了比較固定的人格參照模式。這個模式一旦形成，就形成了新進入信息的文化背景，形成了人各種意識、行為的模板，形成了特定的性格模式。人的性格模式是在元神支配下形成的，但是性格模式一旦形成就對人的元神人的生理發生作用，形成了人的后天行為的文化背景和模式。人的性格模式與人的后天社會文化環境有很大關系，它也不是固定不變的。
中醫心理學和現代心理學是功能與應用的結合。元神是人的整體功能，人的五臟情志、七情等都是人的元神功能的一個方面，但是這些情志的發生必然受到人的性格模式的影響，性格模式又決定了情志的發生模式。中醫心理學和現代心理學都是不完整的，各講述了人心理的一個方面，結合起來才是真正的人的心理整體過程。
人的心理在當今社會是一個比較陌生的領域，佛學、現代心理學、中醫心理學都有各自的認識，但是它們又不是完全的，正確的認識是將它們結合起來，建立科學的辨證唯物主義的整體的心理學體系?，F代中醫心理學的建立不但解決了人的意識的根本問題，促進人類的心理健康發展，而是還對社會的發展有很大的潛在的作用。
Genomic research of traditional Chinese medicines in vivo metabolism
XIAO Shuiming1*， BAI Rui2， ZHANG Xiaoyan3
（1. Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences，
Beijing 100700， China；
2.College of Pharmacy and Chemistry， Dali University， Dali 671000， China；
3. College of Life Science， Huaibei Normal University， Huaibei 235000， China）
[Abstract] Gene is the base of in vivo metabolism and effectiveness for traditional Chinese medicines （TCM）， and the gene expression， regulation and modification are used as the research directions to perform the TCM multicomponent， multilink and multitarget in vivo metabolism studies， which will improve the research on TCM metabolic proecess， effect target and molecular mechanism. Humans are superorganisms with 1% genes inherited from parents and 99% genes from various parts of the human body， mainly coming from the microorganisms in intestinal flora. These indicate that genetically inherited human genome and "second genome" could affect the TCM in vivo metabolism from inheritance and "environmental" aspects respectively. In the present paper， typical case study was used to discuss related TCM in vivo metabolic genomics research， mainly including TCM genomics research and gut metagenomics research， as well as the personalized medicine evoked from the individual difference of above genomics （metagenomics）.
[Key words] traditional Chinese medicines（TCM）； in vivo metabolism； TCM genomics； gut metagenomics； personalized medicine
doi：10.4268/cjcmm20162204
中藥體內代謝研究是闡明中藥作用機制的重要途徑，也一直是中藥現代化研究的難點。雖然同是用于疾病治療的藥效物質，中藥是與化學藥物迥然有別的復雜生物體系，它作用于人體時響應的是多維非線性的復雜效應[1]。很多中藥的療效經過長期臨床實踐已經得到證實，但進入體內發揮藥效的化學成分及其體內過程并不清楚。研究中藥體內代謝可以了解中藥在體內的代謝途徑、存在形式、影響因素以及藥效物質基礎。中藥體內代謝及藥效發揮的基本環節是藥物分子與機體生物分子之間的直接或間接的相互作用，引起從遺傳信息到整體功能實現中的多個層面的結構與功能狀態的改變，而決定這些層面的結構與功能的基礎是基因。因此，以基因表達、調控及修飾為研究方向，進行中藥多組分、多環節、多靶點的體內研究，可能有助于闡明中藥體內代謝過程、作用靶點和分子機制[2]。同時，人作為一個超級生物體，只有1%的基因遺傳自父母，其余99%的基因都來自分布人體各部位的微生物，其中腸道是微生物定植數目最高的器官[34]。因而，腸道微生物基因組被譽為“人類的第二個基因組（our other genome）”[5]。
近年來，基于“基因組學”的技術在中藥體內代謝領域進行了有益的探索。本文將以典型研究案例為線索，探討中藥體內代謝基因組相關研究，主要包括中藥基因組學和腸道宏基因組學研究。
1 中藥基因組研究
王升啟[6]于2000年提出了中藥基因組學（TCM genomics）的概念，即以藥物基因組學（pharmacogenomics）理論為基礎，將中藥的藥性、功能及主治與其在人體內代謝/疾病相關基因表達調控相關聯，在分子水平研究中藥在人體基因組介導下的代謝轉化、作用靶點、毒副反應、藥效機制和中藥整體化作用的規律。中藥基因組學的核心內容是應用基因組信息和方法在人類基因組水平研究中藥體內代謝和反應的遺傳學本質。陳士林等[7]關于中藥基因組學的理解，則側重于中藥本身，主要包括中藥轉錄組學、結構基因組學、基因組標記解析和功能基因組學等，屬于本草基因組學（herbgenomics）的研究范疇[8]，旨在通過對中藥原物種遺傳信息的揭示，解析重要活性產物的生物合成途徑，發掘參與生物合成的功能基因，推動對中藥合成生物學、基因組輔助分子鑒定和分子育種及中藥道地性遺傳機制闡釋的深入研究。
藥物基因組學是基于藥物反應的遺傳多態性提出來的，表現為藥物代謝酶、受體和靶標的多態性等。這些多態性的存在可能導致許多藥物治療中藥效和不良反應的個體差異，這種情況在中藥體內代謝過程中將更為復雜。傳統中藥以口服用藥為主，中藥成分在體內發生代謝的部位主要有胃腸道、肝臟、腎臟和肺等組織器官，其中腸道和肝臟是多數藥物的主要代謝器官。除中藥原型成分外，還可能有大量代謝產物的存在，其中的藥效成分作用于受體、酶、離子通道等靶點，最終產生藥效。中藥體內的反應和代謝涉及多基因的相互作用，基因多態性導致藥物體內代謝反應多樣性，從而為從基因組水平研究中藥體內代謝和藥物反應奠定了基礎。相比于遺傳藥理學（pharmacogenectics）著重于藥物在代謝動力學和藥物效應動力學方面單個或少量基因的研究，中藥基因組學的研究范疇更廣，包括全基因組上決定中藥藥物效應的所有基因，系統性地評價基因的相互作用及其如何影響疾病的易感性、藥理學功能、藥物處置和治療反應，并以此為平臺指導中藥新藥的開發及合理用藥。
遺傳藥理學是藥物基因組學的一種雛形，它從單基因的角度研究遺傳因素對藥物代謝和藥物反應的影響，特別是遺傳因素引起的異常藥物反應?？傮w而言，個體對藥物代謝和反應差異的15%～30%是由基因因素決定的，個別藥物基因因素的影響可以占到95%[9]。中藥基因組學目前主要關注中藥作用機制、毒副作用、有效成分和藥物靶點等研究[10]，進一步從表型到基因型的中藥反應個體多樣性研究相對較少。Lee等[11]發現由芍藥根誘導的肝細胞凋亡早期其BNIP3基因表達上調，而ZKl，RAD23B及HSPDl基因表達下調，提示芍藥根抗腫瘤活性的機制可能與促進細胞凋亡相關；Watanabe等[12]通過觀察服用銀杏葉提取物（GBE）小鼠皮層及海馬組織的基因表達變化，發現皮層內微管相關蛋白、鈣離子通道及催乳素等多種與腦功能相關的基因表達的上調，而海馬組織內則僅有甲狀腺轉運蛋白上調，表明GBE可能通過對淀粉樣蛋白清除而發揮神經保護作用；Zhang等[1314]構建了梔子苷治療缺血性模型大鼠的基因表達譜芯片，結果表明梔子苷對局灶性腦缺血大鼠腦組織基因表達具有調控作用，從分子水平闡述了中藥清開靈注射液成分梔子苷的藥理作用機制；張立平等[15]篩選肝腎陰虛型晚期結直腸癌（CRC）患者使用六味地黃顆粒前后的顯著差異表達的基因，干預后129個差異基因，其中128個上調，1個下調?；蚬δ埽℅O）富集分析結果顯示，干預前后共254個基因GO存在顯著差異。在生物過程中，凝血功能相關的基因占41.5%；在細胞組成中，45.5%的差異基因與細胞質膜有關；在分子功能方面，64.9%的差異基因與結合有關。上述結果表明六味地黃顆粒可增強患者凝血功能，增加鈣離子結合。
此外，隨著中西藥聯用在我國臨床上日趨廣泛的應用，中藥通過影響藥物代謝酶或轉運體基因表達和功能改變其底物藥物的血藥濃度，可能導致臨床上藥物毒副反應或治療失敗的發生，產生有重要臨床意義的中藥藥物相互作用。高立臣等[16]對藥物代謝相關基因介導的中藥藥物相互作用研究進行了系統的總結。Wang等[17]發現貫葉連翹Hypericum perforatum誘導細胞色素CYP2C19對奧美拉唑的羥化活性和CYP3A4對奧美拉唑的磺化作用，且這種影響具有CYP2C19和CYP3A4基因型依賴性；同時貫葉連翹可誘導CYP2C9對降糖藥格列齊特的代謝活性，但這種影響不具有CYP2C9基因型依賴性。
下列3個案例分別從青蒿琥酯抗腫瘤效應，莨菪亭抗藥性以及銀杏葉提取物對藥物代謝酶CYP的影響以及對其他藥物藥效學的影響等方面，對中藥基因組相關研究展開介紹。
1.1 青蒿琥酯抗腫瘤的作用機制研究 研發新的藥物及治療策略以克服腫瘤藥物抗性是目前臨床腫瘤學最緊迫的任務之一。Sertel等[18]在過去幾十年里，系統分析了中藥里的藥用植物中具有對腫瘤細胞毒性活性的次級植物代謝產物。在諸多的天然產物中，青蒿素及其衍生物青蒿琥酯（artesunate，ART）表現出明顯的體內外抗腫瘤活性[19]，但其抗腫瘤的分子機制并不明確。Sertel等[20]采用了基因芯片技術，在轉錄水平解析青蒿琥酯抗腫瘤機制相關的基因。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cMyc/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。
在確定青蒿琥酯對具有順鉑（cisplatin）、阿霉素（adriamycin）和紫杉醇（paclitaxel）抗性的卵巢癌細胞的細胞毒性后，采用基于基因芯片的轉錄組mRNA表達譜和COMPARE分析的基因捕獲技術，鑒定出一系列表達量與ART高/低半抑制濃度（IC50）相關的基因。這些基因涉及的生物學功能包括核糖體結構組成（RPL29），ATP結合級聯轉運（ABCC3），激酶（PRKCSH， ITPK1， IKBKG， DDR2），細胞抗氧化防御和致癌性（ATOX1），肌動蛋白細胞骨架（RRAS），致癌性（SMAD3， WNT7A），細胞黏附及惡性細胞增殖（ST8SIA1），細胞增殖與凋亡（CSE1L），細胞循環、分化（S100A10）和轉移（HMGA1， RPSA）等，上述可能是腫瘤細胞應對ART的抗性或增敏因子作用途徑。針對信號傳導的通路分析表明，ART處理與腫瘤壞死因子（TNF）和腫瘤抑制因子p53信號通路相關，其網絡結構涉及細胞形態、抗原呈遞和細胞介導的免疫反應相關（圖1 A），以及神經系統發育與功能、細胞組裝和架構（圖1 B）。
另一方面，實驗結果也發現與ART作用后細胞應激無明顯功能相關性的基因，如耳蝸內外毛細胞相關基因。Sertel等認為ART影響轉錄因子活性，進而調節涉及腫瘤細胞應對ART的下游基因的表達。在之前的研究中，作者發現cMyc的表達量與ART藥物敏感性相關[21]，表明cMyc轉錄調節在介導ART細胞毒性效應中可能起作用。通過ConSite檢測轉錄因子結合位點，56個基因中，大部分分別具有1～12個潛在的cMyc結合位點；只有3個基因啟動子不具有cMyc結合位點，這提示cMyc可能是ART細胞反應重要的轉錄調節因子。Max基因作為cMyc二聚體伴侶分子，作者以關聯分析驗證了cMyc/Max的mRNA表達量與ART作用于細胞株的IC50的關聯性。
綜上，cMyc/Max介導的基因表達轉錄調控，可能有助于提高ART對癌細胞的細胞毒性作用以及對腫瘤的治療效果，同樣也避免因為療效無關基因表達差異導致的不必要的毒副作用。
1.2 莨菪亭在腫瘤細胞中的抗藥性研究 抗藥性和不良/副反應是抗腫瘤藥物新藥研發中必須面對的問題。莨菪亭（scopoletin），來自艾屬植物以其他植物的香豆素類化合物，其化學名為6羥基7甲氧基香豆素。香豆素類化合物具有廣泛的藥理活性，如抗炎、抗菌、擴張血管、抗凝血、抗血栓、退熱、鎮靜等，特別是抗腫瘤及防治尿酸血癥方面活性，已引起廣泛的關注。戴岳等[22]發現東莨菪素具有抑制體內外血管生成作用，其機制主要是通過抑制內皮細胞的增殖這一環節起效。此外莨菪亭可引起細胞膜完整性缺失和細胞凋亡，具有細胞毒性作用，可誘導腫瘤細胞凋亡[23]。上述結果表明，莨菪亭是一個潛在的用于癌癥治療的抗腫瘤化合物。
Seo等[24]采用基于NCI細胞系的基因芯片RNA表達譜技術探究莨菪亭在腫瘤細胞中的藥物基因組學反應。結果表明，細胞對于莨菪亭的反應與經典藥物抗性機制（ABCB1，ABCB5，ABCC1和ABCG2）的ATP結合盒（ATPbinding cassette， ABC）轉運蛋白的表達并不相關。同樣不相關的還包括致癌基因EGFR的表達和抑癌基因TP53的突變狀態。然而，致癌基因RAS的突變和以細胞倍增時間表征的增殖活性與莨菪亭抗性顯著相關?；谵D錄組水平的mRNA表達數據經COMPARE和等級聚類分析鑒定出一組40個基因（圖2），這些基因在其啟動子序列上均有轉錄因子NFκB的結合基序（binding motifs），而NFκB已知和藥物抗性相關。致癌基因RAS突變，低增殖活性和NFκB的表達可能妨礙了莨菪亭的藥效。基于計算機模擬的分子對接研究發現莨菪亭與NFκB及其調控子IκB相結合。莨菪亭激活SEAP驅動的NFκB報告細胞株中的NFκB基因，提示NFκB可能是莨菪亭抗性因素之一。
綜上，因其良好的抗腫瘤細胞活性，莨菪亭將成為腫瘤藥物研發的關鍵化合物，哪怕NFκB信號通路的活化可能成為其抗性因素。目前需要更多的證據以探究莨菪亭的治療潛力。
1.3 銀杏提取物對不同CYP基因型的代謝影響 銀杏葉提取物（Ginkgo biloba extract）含有160多種成分，主要為黃酮苷、萜內酯和有機酸等，具有調節血管、增強認知力、緩解壓力等藥理作用[25]。隨著銀杏制劑的廣泛應用，與其他藥物合用的機會越來越多，因此研究銀杏葉提取物對藥物代謝酶的影響以及對其他藥物藥效學的影響在臨床應用中具有實踐意義。中藥對細胞色素P450酶（cytochrome P450， CYP450）及其藥物轉運體的誘導和抑制是介導中草藥藥物相互作用和產生藥物臨床毒副反應的主要機制。中草藥能夠通過影響藥物代謝酶或轉運體基因表達和功能改變其底物藥物的血藥濃度，可能導致臨床上藥物毒副反應或治療失敗的發生，產生有重要臨床意義的中草藥藥物相互作用[16]。CYP2C19是CYP450酶第二亞家族中的重要成員，對藥物的Ι相代謝反應起著關鍵性作用，而研究表明銀杏葉提取物引起具有顯著的誘導CYP2C19活性效應[26]。
Yin等[27]研究了不同CYP2C19基因型個體服用銀杏葉提取物片劑與奧美拉唑（omeprazole，廣泛使用的CYP2C19底物，適用于胃潰瘍、十二指腸潰瘍，應激性潰瘍等）后潛在的中草藥藥物互作關系。18位經過CYP2C19基因分型的健康志愿者納入研究。在基線和為期12 d的銀杏用藥（140 mg）后分別服用奧美拉唑（40 mg），采集服用奧美拉唑12 h血樣和24 h尿樣。HPLC測定血樣與尿樣中奧美拉唑及其代謝物濃度，包括5羥基奧美拉唑和奧美拉唑砜，并計算非房室藥代動力學參數。
相比于基線水平，服用銀杏后，奧美拉唑和奧美拉唑砜血藥濃度顯著降低，3種CYP2C19基因型[純合子強代謝型（HomoEM），雜合子強代謝型（HetEM）和弱代謝型（PM）]的奧美拉唑AUC0∞平均下降41.5%，27.2%，40.4%。相應地，奧美拉唑砜下降41.2%，36.0%，36.0%，兩者AUC0∞無顯著變化。同時，AUCOPZ和AUCOPZSUL在服用銀杏提取物前后均顯著相關（Spearman相關系數分別為rs=0.88，P
2 腸道宏基因組研究
然而，遺傳多態性無法單獨解釋相同劑量的同種藥物在遺傳背景一致的實驗動物中不同的藥代學和毒理學反應[28]。除遺傳外，年齡、疾病、營養狀況、生活習慣、腸道菌群均可能影響或參與藥物體內代謝[2931]。正常成年人腸道內1×1013～1×1014個細菌，約1 000種不同種類，編碼基因數為人體基因的100倍以上[3233]。腸道菌群基因組總和，即腸道宏基因組（gut microbiome）提供了宿主自身不具備的酶和生化代謝途徑，參與外源異生物質的體內代謝，使腸道成為藥物轉化獨特而重要的場所[28]。而腸道宏基因組學（gut metagenomics）利用分子生物學研究方法，借助高通量測序并結合生物信息學方法繞過純培養技術研究腸道微生物多樣性及功能，發掘微生物多樣性結構和功能基因組、尋找新基因及其產物[34]。
中藥進入消化道后主要存在以下幾種情況：以原型形式被宿主直接吸收；經腸道細菌和/或內源性酶生物轉化后以代謝物形式吸收；調節腸內微生態結構；作為廢物隨糞便直接排出體外[35]。不同類型細菌產生不同代謝酶，催化包括水解、還原、合成、雜環裂解和C葡萄糖苷CC裂解等不同的藥物代謝反應，因此腸道菌群被視為藥物肝臟代謝的補充或拮抗[36]。約60%的藥物反應與腸道菌群相關：腸道菌群與宿主肝臟和免疫系統相互作用，通過直接生物轉化或間接調節宿主藥物吸收與代謝酶活性影響藥物療效與毒性（圖3）[37]。中藥大多數為口服藥物，少則幾十多則上千種的化學成分在進入體內后既有互相促進也會有拮抗作用，其在體內的藥效活性成分既可能是原型成分也可能是代謝產物。通常認為，藥物必須吸收入血，分布到靶器官，而且在相應的靶器官處在一定時間段內維持一定的濃度水平才可能發揮藥效作用。然而很多中藥成分難以被人體直接吸收，進入胃腸道與腸道菌群相互作用，進行生物轉化或者調節腸道菌群結構與功能，從而影響甚至決定中藥的療效與毒性（圖4）[38]。
因此，Nicholson等人提出“系統生物學”（global systems biology）概念，將腸道菌群的代謝作用納入宿主整體代謝系統，視宿主、腸道菌群和其他環境因素為一個整體，通過基因組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學方法等來闡明藥物或其他異源性物質在體內的代謝過程[41]，發現能夠反映宿主遺傳、代謝和環境因素變化的生物信息（標記物）譜系（bioinformatics profile）對患者分類并為其提供個性醫療服務。
腸道菌群作為“內化”了的環境因素，提供人體本身不具備的酶和生化代謝途徑，催化包括中藥在內的異源生物質體內代謝反應，因此腸道菌群被視為藥物肝臟代謝的重要補充或拮抗，而人體全身的整體代謝，包括藥物代謝實際上是其體內自身的基因組和其腸道內共生的微生物組活動的整合[42]。一方面，腸道菌群可以作為天然的生物轉化器，影響中藥療效的發揮與毒性的改變。黃芩、葛根和豆豉中所含的黃芩苷、葛根素、異黃酮苷普遍存在于中藥方劑和營養品中，體外研究表明，葛根素和異黃酮苷能被腸道菌群代謝為比前體物更加有效的大豆黃素和毛蕊異黃酮[43]。黃芩苷在腸道內難以被直接吸收，只有被腸道菌群水解為黃芩素后才能被吸收入血液而發揮作用，而口服黃芩苷的無菌小鼠與常規小鼠相比，腸道內的黃芩苷則幾乎沒有被代謝[44]。人參的主要活性成分人參皂苷存在類似的情況，在體外實驗中人參皂苷的原始成分的生物活性很低，在血漿中的濃度未能達到藥效濃度[45]；其在肝臟內基本不被代謝，主要是在腸道菌群的作用下降解。研究表明，腸道中的雙歧桿菌、擬桿菌、梭菌等能夠代謝人參皂苷[46]。另一方面，腸道菌群還可以作為中醫藥的作用靶點，實現中醫藥對機體多靶點的治療作用[42]。含有多糖成分的補益類中藥對益生微生物和致病微生物均具有扶植效應，但對益生微生物的扶植效果明顯優于致病微生物。因此，長勢良好的益生微生物所產的代謝產物又間接抑制了致病微生物的生長[47]。例如，黨參多糖在體外可促進雙歧桿菌的生長，從而增加乙酸的代謝，增強雙歧桿菌的定植抗力[48]。用黨參、茯苓、白術等補氣類中藥制成的復方合劑灌服小鼠發現，與灌服前比較，乳桿菌、雙歧桿菌數量明顯增加，腸球菌數量明顯減少[49]。此外中藥含有的黃酮類、萜類、蒽醌類、生物堿類、甾體類等生物活性成分，以及蛋白質、維生素等多種營養成分，對腸道微生態系統的平衡有很好的保護作用，能直接或間接地調節腸道菌群失調。
作為了解微生物群落結構組成與代謝功能金標準的測序技術，在近幾年來，二代高通量測序技術（如454焦磷酸測序和illumina測序）朝著快速、高通量、低成本方向迅速發展，同時也促進了宏基因組學的研究。宏基因組（metagenome）是指一個微生物群落內所有成員的基因組的總和[50]。宏基因組學是一種不需要分離培養微生物而直接發現和利用其基因的新的技術策略，能夠更加全面而深入的解析微生物群落的結構和組成，挖掘更多未知的功能基因和功能菌。研究策略上，全微生物組關聯分析（microbiomewide association study， MiWAS）通過對腸道菌群結構的變化與中藥體內代謝/生理病理指征的變化進行全局性相關性分析。MiWAS策略已廣泛應用于解析腸道菌群在代謝性疾病，如肥胖、2型糖尿病等中的作用研究[51]，在菌群參與中藥有效成分體內生物轉化和代謝活性方面將是有益的借鑒。腸道菌群的結構變化用二代高通量測序技術對進化標記16S rRNA基因進行測序或者全微生物組的測序（宏基因組）來測量。中藥體內代謝指征的變化以血液/尿液原型和代謝物含量、體外代謝活性和代謝酶活等來表征，輔以疾病相關生理指標。多元統計學方法（主成分分析PCA、冗余分析RDA、偏最小二乘法判別分析PLSDA和UniFrac等）以對腸道菌群種類組成、功能基因/通路組成和中藥體內代謝的變化進行關聯分析。
下列案例將從中藥口服進入體內后與腸道菌群相互作用，即腸道菌群參與中藥體內代謝和中藥成分對菌群結構與功能調節方面展開論述。
2.1 腸道菌群代謝增強人參皂苷體內吸收 人參皂苷具有提高免疫力、抗腫瘤、抗疲勞、抗衰老、降血糖和保護心血管/中樞神經系統等藥理作用。然而，人參皂苷口服后其原型藥在腸道中的吸收程度低，如人參皂苷Rb1的吸收率僅約為1.0%，Rb2為3.4%，Rg1為1.9%，血藥濃度難以達到充分發揮藥理活性所需濃度[52]?？诜锢枚鹊偷膯栴}同樣廣泛存在于其他皂苷類、黃酮類（如大豆黃酮）、異黃酮類（如葛根素）、生物堿類（如小檗堿）和單萜類（如芍藥苷）等中藥有效成分中，成為制約相關中藥制劑發展和臨床應用的瓶頸問題[53]。作為“天然活性前體”的人參皂苷在腸道菌群分泌的各類糖苷酶（如β葡萄糖苷酶、α阿拉伯糖苷酶等）作用下逐級水解脫去糖基，轉化成為藥理作用更強的少糖基皂苷或苷元后吸收率大大增加，且體內分布廣泛，在肝臟被酯化后發揮更長久、強勁的藥效[54]。目前，人參皂苷Rbl的代謝途徑研究較為清楚，即在C20，C3和C3位順次水解1分子葡萄糖，依次生成人參皂苷Rd、人參皂苷F2，最終形成人參皂苷化合物K（compound K， CK），該化合物也是其他原人參二醇型皂苷在腸道內的主要代謝產物[45]。體外實驗證實該過程由腸道細菌分泌的βD葡萄糖苷酶階梯式地斷開糖苷連接完成，Prevotella oris，Eubacterium A44，Bifidobacterium K506，Bacteroides JY6和Fusobacterium K60等腸道微生物協同參與了人參皂苷Rb1的代謝[55]。通過連續過度疲勞和急性冷應激（suffering successive overfatigue and acute cold stress， OACS）建立腸道菌群失調Qi缺陷型的小鼠模型，Zhou等[56]研究了人參多糖對人參皂苷腸代謝和吸收的影響，以及腸道菌群作為中介的作用機制。
HPGPC發現人參多糖具有1.00～1 308.98 kDa的相對分子質量分布，并鑒定出11種主要的皂苷成分，包括人參皂苷Re，Rg1，Rf，Rb1，20（S）Rg2，Rc，Rb2，Rd，F2，20（S）Rg3和CK等。結果表明，人參多糖可有效調節色氨酸、苯丙氨酸、溶血卵磷脂、膽酸、硫酸甲酚、氧化三甲胺（TMAO）、異檸檬酸和4甲基苯酚等內源性代謝物，改善OACS誘導的內源性代謝失調。對腸道菌群結構的影響，主要表現為在門水平上逆轉OACS導致的菌群失調，增加厚壁菌門和減少擬桿菌門相對豐度。PCoA結果進一步證實：人參多糖，低聚果糖和空白組的聚集相互交織在一起，但模型組與之分離；與模型組相比，給予人參多糖或低聚果糖的小鼠體內擬桿菌屬和乳桿菌屬豐度增加（具有明顯差異P
獨參湯中的多糖成分使失衡的腸道菌群得以恢復，菌群的作用促進湯劑中人參皂苷的溶出與吸收。中藥中的多糖成分一直以來被輕視甚至被忽視，現代工業化的中藥制劑生產中將多糖作為雜質去除以達到符合要求的純度；對中藥湯劑的科學研究中也把多糖從主要的化學成分中排除。該研究有助于改變這種偏離傳統中藥的使用方法，也缺乏科學證據的做法，通過研究多糖和藥效成分的協同作用，為中藥湯劑的科學化和合理化使用提供指導。
2.2 腸道菌群介導靈芝提取物的減重效應 在我國，靈芝的使用已有2 000多年的歷史，大量藥理研究表明，靈芝具有調節免疫、保肝、抗腫瘤、抗衰老、提高機體耐缺氧能力等活性[57]。靈芝的化學成分復雜，從該屬真菌中已分離得到靈芝多糖、三萜類化合物、核苷、氨基酸、甾醇、生物堿等多種成分。其中靈芝多糖和三萜類化合物可抑制糖尿病小鼠的脂肪細胞分化及降低血糖[58]；而蛋白聚糖則表現出抗血脂、抗氧化等活性[59]。血糖血脂代謝紊亂的核心，即肥胖已經逐漸成為全球性的公共健康問題，促進包括糖尿病，心血管疾病，高血壓和癌癥等并發癥的發生。研究已經證明肥胖的發生常伴隨慢性低度炎癥以及腸道菌群生態紊亂，因此如何改善炎癥，恢復腸道生態平衡成為肥胖研究的重要課題。
Chang等[60]向高脂飲食飼養誘導的肥胖小鼠食物中添加靈芝的水提取物（WEGL），發現肥胖小鼠表現出體重下降/脂肪積累減少（體重、附睪脂肪墊和皮下脂肪墊），炎癥改善（TNFα，IL1β，IL6，IL10和PAI1），胰島素敏感性增加等獲益表型。PCoA分析和聚類分析表明高脂飲食和WEGL分別顯著改變了健康/肥胖小鼠的菌群結構，WEGL降低由高脂肪飲食誘導的厚壁菌門/擬桿菌門（Firmicutes/Bacteroidetes）的比例升高以及產內毒素的蛋白菌（Proteobacteria）水平。而且通過恢復緊密連接蛋白ZO1和Occludin的表達，并保持腸屏障的完整性，進一步研究發現WEGL降低肥胖小鼠血清內毒素水平及Toll樣受體4（TLR4）介導的內毒素體內信號通路，最終減少內毒素血癥發生；同時還觀察到，將處理過的小鼠糞便移植給其他肥胖的小鼠，可重現由WEGL所造成的減重等有益代謝效應。進一步地，從WEGL分離純化得到大分子多糖物質（相對分子質量>300），同樣表現出抗肥胖以及腸道菌群結構調節作用。
綜上，這項研究首次發現靈芝及靈芝多糖具有降低體重和調節腸道生態平衡的作用，可作為預防菌群失衡和肥胖相關的代謝失調的益生元加以應用，同時表明靈芝補品對于肥胖和相關疾病的潛在治療作用，但還需要深入研究其作用機制并進一步證明在人身上是否也有類似效應。同上一個案例相似地，中藥中的多糖成分，人參多糖和靈芝多糖，都表現出對腸道菌群結構平衡的促進以及對相關癥狀的改善作用。
2.3 腸道菌群參與葛根芩連湯治療2型糖尿病 腸道菌群通過調節宿主脂肪代謝和誘發代謝性內毒素血癥引起慢性炎癥等機制參與宿主肥胖、胰島素抵抗等代謝性疾病的發生、發展[61]。以中心性肥胖和胰島素抵抗為核心的代謝綜合征是2型糖尿病（T2DM）、心腦血管疾病和動脈粥樣硬化等的高危因素[62]。中藥復方葛根芩連湯（GQD）出自張仲景的《傷寒論》，由葛根、黃芩、黃連和甘草等組成，是含有小檗堿，并長期用于治療急性腸炎、細菌性痢疾和腸傷寒等的經典方劑。近年的動物實驗或臨床觀察研究表明，GQD具有顯著的降糖、降血脂的效果，在2型糖尿病等代謝性疾病的治療上具有巨大的應用潛力。但是，已有的研究都是動物實驗或者是開放、無安慰劑對照、樣本量較小的臨床觀察，而且GQD的降糖機制目前也并不清楚。研究表明GQD在改善糖尿病大鼠血糖、血脂代謝的同時，顯著調節了腸道菌群產生的代謝物。但是，究竟GQD能否調節腸道菌群，以及菌群是否參與了GQD的降糖作用等問題仍有待回答。
Xu等[63]基于隨機、雙盲與安慰劑對照等臨床試驗規范，將187例T2DM患者隨機分為4組，分別接受高（N=44）、中（N=52）、低劑量（N=50）GQD和安慰劑（N=41）治療12周，并對治療前后患者糞便樣品中細菌的DNA進行基于16S rRNA基因可變區V3區的454焦磷酸測序和多元統計分析。結果表明，安慰劑組和低劑量GQD治療組患者臨床癥狀未顯著改善，Unweighted Unifrac PCoA和MANOVA分析結果相互印證，表明菌群結構也未發生明顯變化。隨著GQD劑量的提高，患者治療后的菌群結構與治療前的差異不斷增加，即菌群結構樣本點偏離得越遠；T2DM診斷指標空腹血糖（FBG）和糖化血紅蛋白（HbAlc）改善也更顯著，表現出明顯的劑量效應。此外，用藥4周后高劑量組患者的菌群已顯著不同于用藥前，并在此后的8周維持不變，但是血糖水平一直持續改善。冗余分析（RDA）從4 000多種腸道細菌中找到了146種響應GQD治療的細菌種類，其中47個OTU被顯著富集，且17個OTU與FBG顯著負相關，9個OTU與HbA1c顯著負相關。特別是產丁酸鹽的Faecalibacterium prausnitzii，高通量測序及定量PCR結果都證實其豐度變化與T2DM癥狀指標（FBG，HbAlc和2hPBG等）改善顯著負相關，與HOMAβ顯著正相關。
研究表明，中藥復方GQD可以有效地調節腸道菌群結構，特別是增加有益菌如Faecalibacterium spp.等的含量，且菌群改變與血糖代謝改善顯著相關，提示腸道菌群可能參與了GQD降糖作用，也提示中藥可作為以腸道菌群為靶點治療T2DM的新藥來源。該研究首次在人群試驗中觀察了GQD在治療T2DM過程中患者腸道菌群的變化及其與糖尿病改善的關系，也表明嚴格質量控制的復方中藥也可以做RCT試驗驗證其療效，而且基于宏基因組學的腸道菌群結構變化監測為理解中藥的作用機制提供了新的途徑。
3 研究方法
由于中藥的復雜性，多種交叉學科技術被引入到中藥體內代謝研究?；趶膯我换衔锏綇碗s體系的代謝研究思路與策略，對中藥體內代謝的生化過程以及代謝物本身的研究，化學半合成及生物催化合成用于代謝產物的制備；體外代謝模型能更好地對不同組分的體內處置進行模擬并給出解釋，常用的體外模型如細胞水平的Caco2模型、血腦屏障模型、酶水平的P450酶系、UGT/SULT酶系。此外，動物或人群試驗，以及基于血清中含有的成分才是中藥的體內直接作用物質的學說而建立的血清藥物化學，是研究中藥體內代謝過程的有效方法。
在上述體內外模型基礎上開展的中藥體內代謝基因組研究，本質上同樣基于基因組學技術，主要為微陣列芯片技術和測序技術。以基因芯片為代表的微陣列芯片是研究分析基因的一種強有力的分子生物學技術，是進行中藥基因組研究的主要工具。在基因芯片的表面，以微陣列的方式固定大量并行的寡核苷酸或cDNA探針，對生物體整個基因組的基因表達進行測定?；蛐酒愿咄?、多因素、微型化和快速靈敏的特點而見長，能夠針對中藥的多成分、多途徑、多系統、多靶點的作用特點而進行系統深入的研究。
除常規的微生物分子生態學技術，包括細菌16S rRNA基因克隆文庫技術、PCRDGGE/TGGE和TRFLP等DNA指紋圖譜技術外，近年來迅猛發展的454，illumina等二代高通量測序技術使得對腸道宏基因組的高通量、大規模深度測序成為可能，極大促進了腸道宏基因組學的發展。同時結合多變量統計方法，如主成分分析（PCA）、偏最小二乘判別分析（PLSDA）等，可直接地獲得腸道微生物的組成和功能信息，鑒定出與中藥體內代謝密切相關的特定的細菌類群和生物轉化基因功能，從而為中藥體內代謝研究提供更多的信息[34]。
綜上，中藥基因組學和腸道宏基因組學從不同角度對中藥體內代謝進行研究，但從藥物研究和毒理學評價層面來看，基因組學研究的是生物體受外源性物質刺激后基因表達的改變，而基因表達調控與系統的整體功能之間的關系并不清楚。中藥作用于人體，一方面自身會被肝藥酶或腸道菌群代謝，產生活化或者失活的代謝產物；另一方面中藥及其代謝產物會導致機體內源性物質應答的變化，引起全身水平復雜的代謝網絡變化，體現在體液內/外源性代謝物的成分構成或相對濃度的變化，從而提供了藥物作用機制和作用靶點的信息[34]。隨著色譜質譜聯用儀法、核磁共振波譜法、色譜核磁質譜聯用等分析技術的發展，代謝產物鑒定及多成分藥代動力學研究已有較成熟的平臺。代謝組學（metabonomics）表征生物體整體功能狀態的特點，與中藥的“多組分、多靶點、整體調節，協同作用”的特點相吻合，因此是研究系列中藥現代化關鍵科學問題的重要手段。張旭等[34]認為綜合運用中藥基因組學、腸道宏基因組學、代謝組學以及生物信息學等技術對中藥體內代謝進行系統而深入的研究，有望為中藥現代化研究打開新局面。
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2教學手段與方法的改良
傳統的基因工程教學方法在水產類高等學校中多以板書結合多媒體的方法來講解概念、原理以及性質等內容，其過程相對機械、枯燥，使得學生難以理解所學內容。對此，筆者通過多媒體教學與自制模型演示相結合的方法取代原有的傳統教學。由于基因工程的很多內容相對抽象，僅僅通過教學技術具有圖文聲像隨意組合、靈活多變的特點，為學生創造了良好的學習情境。通過功能強大的各種計算機軟件把一些很難理解的內容做成動畫影片，化難為易、化靜為動、變抽象為形象，使學生對上課產生興趣，促進學生對知識學習的渴望。同時，利用自制的模型講解課程中的重點以及難點。例如:在介紹限制酶的切割位點時，讓學生手持模型，分別角色扮演限制酶和基因序列，在排列位置的互換中了解3種切口的方式以及位置。這樣的教學方法不僅形象，也讓學生在互動中快速、深刻地記憶知識要點。另外，通過當下研究的前沿話題為例，先提出一個問題，引導學生運用其他課程所學過的或者自身所積累的知識來聯想、分析、討論，自己設計解答此問題的方法或實驗流程。然后老師再參與其中，在討論和修改方法以及實驗流程的過程中，引出所要講授的新的概念和知識要點。例如介紹表達物質(蛋白質)的鑒定時，老師會先提出問題:基因克隆表達出的物質是什么?這些物質是由什么組成的?鑒定這些物質可以使用什么方法?然后引導學生回顧生物學中心法則，得出基因表達物質為蛋白質，蛋白質是由氨基酸組成等所學過的知識，由此學生可歸納出氨基酸測序法等鑒定蛋白質的方法。最后老師再在此基礎上補充出WesternBlot法、生物質譜技術等新的鑒定方法。這樣的講課方式讓學生回到課堂上的主角位置，在復習了以往的知識要點的同時也加深了學生對新知識的理解與記憶，在一定程度上啟發了學生如何去發現問題和解決問題。此外，基因工程是一門實踐性很強的課程，在講授理論課的同時，實驗課的安排也是非常重要的。設計好與理論課相配套的實驗課程，可以使學生加深對基因工程學理論的學習和理解，達到理論和實踐相結合的目的。對此，各大高校均在基因工程實驗課上進行了改革創新，但有一點總被忽略，那就是實驗研究對象。目前，國內大多數高?；蚬こ虒嶒炚n所使用的研究對象均為果蠅等無脊椎模式生物。這種情況對于普通高校而言是可行的，但是對于擁有特色學科的水產類高校而言，研究對象也應具有其專業特點。所以本實驗課所使用的研究對象是斑馬魚這種海洋模式生物。研究對象的改變雖微不足道，但是能讓學生更好地理解自己所學專業的特色，在實踐操作中加深對所屬專業的熱愛。
3成績考核
中國傳統的應試教育產生了“高分決定一切”的迂腐思想。隨著國家教育體系改革的不斷推進，學生對于專業知識的掌握與否，已經不能僅從一張考卷成績的高低來反映，考核成績的結構應向多元化的方向發展?；蚬こ痰淖罱K考核成績主要包括兩部分:平時成績占40%，其中課堂出勤率10%、課堂討論10%、課堂小考10%以及實驗報告10%;期末考試成績占60%。這樣的考核體系改變了過去注重結果忽略過程的做法，讓學生在平時將知識一點一滴地積累起來。同時，也讓授課教師能夠及時得到教學效果的反饋信息，進一步提高教學水平。
Abstract: Bioinformatics was emerged in the 1980s,which is a new cross- discipline and then was applicated in the wide range of areas. Bioinformatics in biochips, drug development, energy fields, crop genetic analysis, disease detection are introduced in the context . Bioinformatics focuses on the collection, collation and services of biological data to discover laws guiding research,which is an indispensable tool for bioinformatics research.
Keywords: Bioinformatics；Biochip；Drug development；Disease detection
現代生物信息學是現代生命科學與信息科學、計算機科學、數學、統計學、物理學和化學等學科相互參透而形成的交叉學科，是應用計算機技術和信息論方法研究蛋白質及核酸序列等各種信息的采集、存儲、傳遞、檢索、分析和解讀，以幫助了解生物學和遺傳學信息的科學[1]。
1．生物芯片
生物芯片(Biochip)是指通過微電子、微加工技術在芯片表面構建的微型生物化學分析系統,以實現對細胞、DNA、蛋白質、組織、糖類及其他生物組分進行快速、敏感、高效的處理和分析
基因芯片是目前最重要的生物芯片。
基因微陣列是通過將核苷酸或DNA作為探針，緊密地排列在硅片等固相支持物上，然后將經過某種標記后的樣品與微點陣雜交進行檢測。根據雜交信息可以確定靶DNA的表達情況以及突變和多態性存在與否。芯片技術的突出特點是高度并行化、多樣化、微型化和自動化等，因而被廣泛用于測序、轉錄情況分析、不同基因型細胞的表現分析以及基因診斷、藥物設計等領域，成為后基因組時代基因功能分析的制程技術之一 [2]。
2．藥物開發
未來的藥物研究過程將是基于生物信息知識挖掘的過程?；蚪M研究對現代與未來藥物學和藥理學產生了重大影響，尤其為新藥篩選、藥靶設計和分子藥理學研究，以及疑難病的藥物設計和途徑選擇等提供了新的方法論基礎?；蚪M學與藥物學的結合已經產生出一門新的分支學科---藥物基因組學[3]。制藥公司特將充分應用藥物基因組學及生物信息學的理論知識和技術手段來設計臨床試驗并模擬和分析理論與實驗數據。這將大大減少新藥開發成本，縮短開發周期，為患者、醫生和健康醫療機構等諸方面帶來選擇性治療的革命。生物信息學也可用于破譯遺傳密碼、篩選免疫基因以及進行新藥研發等領域[4]。
3．生物信息學在能源領域的應用
綜合運用GenBank等數據庫以及各種分析軟件將各類數據對比分析，人們已經能夠使用酶來降解生物聚合物，通過篩選有益細菌來獲取高級的生物催化劑，從而提高使用的產量[5-6]。原核生物采礦技術也得到了迅速發展。同樣，不同類型的煤也會發生類似的生物轉變，可以轉變成甲烷。人們通過生物信息學技術手段開采能源的新方法，可提高能源的采出率和降低開采難度。
通過生物信息學技術改良生物基因，使之轉變為生物能源，這是解決能源短缺問題的途徑之一。這主要通過生物催化劑的基因轉變和代謝工程，利用酶和細菌對生物體的碳氫化合物進行新陳代謝優化，從而用于開發生產生物乙醇等生物能源。
4．農作物基因分析
對重要農作物及經濟植物進行基因組分析也需要生物信息學工具。例如，在植物基因組調控和結構研究中，涉及生物信息學的內容有：調控序列數據庫；基因表達的調控分析；基因組序列識別；基因結構預測，轉錄與翻譯控制模型；大規?；驍祿治觥?/p>
通過數據檢索、序列對比、同源性分析、結構預測等工具軟件的運用，可將分析數據應用于農作物模式植物研究、種質資源保存、病蟲害防治、作物遺傳育種等[7]方面，從而為解決模式植物的基因組測序、保護瀕危種質資源、控制動植物病蟲害和培育優良高產的農作物品種方面提供可靠保障。
5.疾病檢測
基因組計劃產生的基因及基因多態性數據與臨床醫學檢驗結果之間的關系需要利用生物信息學的方法去分析、去揭示，根據這樣的分析結果，科學家能夠更準確地了解疾病產生的根本原因，更精確地預測某個人患癌癥、糖尿病或者心臟病的可能性，從而徹底改變我們診斷、治療和預防疾病的方式[8]。
6.小結與展望
生物信息學的發展將給生命科學研究帶來明顯的變革，將幫助人類認識生命的起源、進化、遺傳和發育的本質，解釋人體生理和病理過程的分子基礎，為人類疾病的預測、診斷、預防和治療提供合理和有效地方法或途徑，同時還將對醫藥、衛生、食品、農業等產業產生巨大的推動作用，甚至可能引發新的產業革命。21世紀是生命科學的時代，生物信息學為生命科學的發展提供了遍歷和強有力的技術支持，推動者生命的迅速發展。
參考文獻：
[1] 張明德.生物信息學[M].北京：科學出版社，2004.
[2] 蔡祿.生物信息學教程[M].北京：化學工業出版社，2008.
[3] 姜遠英.藥物基因組學[M].北京：人民衛生出報社，2011.
[4] 李松，王英.生物信息學在生命科學研究中的應用[J].熱帶醫學雜志，2009,9（10）1:218-1220.
[5] 趙進，駱江濤.能源：未來生物技術的挑戰[J].國外油田工程，2008,24（8）5:3-54.
