基于生物芯片的中药作用机理研究
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摘要
传统中药由于其作用机理难以用现行生物医学理论解释，在国际社会上一直没有获得公众的普遍认同和接受。随着绿色环保理念的发展，对于中药基因作用机理的研究日益得到人们的重视，而基因芯片是一种潜在的研究药物作用机理的有力工具。如何将中药的优势与现代科学技术的方法和手段有效地结合，已成为中药研究领域的主要发展方向之一。本文以应用于药物作用机理研究的表达谱芯片为对象展开研究。
首先，结合生物芯片的概念及制备方法，详细讨论了研究中药作用机理的意义，以及基因芯片应用于中药机理研究的现状与发展。
其次，对基因表达谱芯片的概念、检测原理及其实验流程进行了研究，并在确定了实验对象的基础上进行了实验设计。通过实验，获得了结果芯片及大量的实验数据。
最后，在对基因芯片的数学分析方法进行了研究后，运用其中的手工分类法对本次实验数据进行了分析，对实验结果进行了可靠性分析。
研究表明，基因表达谱芯片能够高效、准确地研究中药作用机理；手工分类法具有快速、直观处理大量数据的特点。
In international society, traditional Chinese medicine (TCM) has not been widely identified and accepted by public due to the reason of difficulty in explaining the acting mechanism using the theory of modern biomedicine. Along with the development of the conception of green environmental protection, research for the acting mechanism of traditional Chinese medicine in gene level has increasingly attracted people's attention. Biochip is a kind of potential and powerful tool to study the function mechanism of medicine. How to effectively combine the advantage of the traditional Chinese medicine and the methods and means of modern science and technology has already become the important issue in the TCM field. DNA microarrays for gene expression profiles for drug function mechanism research has been explored in this paper.
According to the concept of the biochip and its preparation method, the meaning of the acting mechanism study of TCM, the actuality and development of application of gene chip to TCM mechanism research, have been discussed.
Then, the concept, measuring principal and experiment flow of the DNA microarrays for gene expression profiles were studied. On the basis of defining experimental subjects, the experiments have been designed.
Finally, after studying the mathematical methods of anglicizing gene chip, experimental data were analyzed by using manual classification method. The reliability of experimental result was analyzed.
It is concluded that DNA microarrays for gene expression profiles can be used in researching the function mechanism of TCM high-efficiently and accurately. Manual classification method has the advantage of processing mass data fast and easily.
首先，结合生物芯片的概念及制备方法，详细讨论了研究中药作用机理的意义，以及基因芯片应用于中药机理研究的现状与发展。
其次，对基因表达谱芯片的概念、检测原理及其实验流程进行了研究，并在确定了实验对象的基础上进行了实验设计。通过实验，获得了结果芯片及大量的实验数据。
最后，在对基因芯片的数学分析方法进行了研究后，运用其中的手工分类法对本次实验数据进行了分析，对实验结果进行了可靠性分析。
研究表明，基因表达谱芯片能够高效、准确地研究中药作用机理；手工分类法具有快速、直观处理大量数据的特点。
In international society, traditional Chinese medicine (TCM) has not been widely identified and accepted by public due to the reason of difficulty in explaining the acting mechanism using the theory of modern biomedicine. Along with the development of the conception of green environmental protection, research for the acting mechanism of traditional Chinese medicine in gene level has increasingly attracted people's attention. Biochip is a kind of potential and powerful tool to study the function mechanism of medicine. How to effectively combine the advantage of the traditional Chinese medicine and the methods and means of modern science and technology has already become the important issue in the TCM field. DNA microarrays for gene expression profiles for drug function mechanism research has been explored in this paper.
According to the concept of the biochip and its preparation method, the meaning of the acting mechanism study of TCM, the actuality and development of application of gene chip to TCM mechanism research, have been discussed.
Then, the concept, measuring principal and experiment flow of the DNA microarrays for gene expression profiles were studied. On the basis of defining experimental subjects, the experiments have been designed.
Finally, after studying the mathematical methods of anglicizing gene chip, experimental data were analyzed by using manual classification method. The reliability of experimental result was analyzed.
It is concluded that DNA microarrays for gene expression profiles can be used in researching the function mechanism of TCM high-efficiently and accurately. Manual classification method has the advantage of processing mass data fast and easily.
引文
[1] 基因芯片的理论依据和检测原理[EB／OL]http://gynobs.fmmu.sn.cn/h001/yihai/new-6.htm
[2] 蔡宝吕等．探索基因芯片技术在中药现代化研究中的应用[J]．世界科学技术-中药现代化，2000，2(6)：12～16
[3] 芮正祥．论中药现代化的研究和发展方向[J]．安徽中医学院学报，2001，20(5)：49～51
[4] 徐砚通，林琳，王钊．后基因组时代的中药现代化研究[J]．世界科学技术—中药现代化，2001，3(2)：1～5
[5] 刘明言．中药现代化进展[J]．中草药，2002，33(3)：193～196
[6] 祝国光．中药如何进入欧共体市场[M]．北京：中国医药科技出版社，2000
[7] 刘敏，彭博．浅谈生物芯片技术[EB／OL].http://www.xminfo.net.cn/xmkj/20023/20020318.htm
[8] 陆祖宏．生物芯片的研究、发展和应用[J]．电子科技导报，1998，11：5～9
[9] 王秀荣．于康震．生物芯片研究与应用概况[J]．中国预防兽医学报，2001，23(4)：313～315
[10] 邹宗亮，王升启，王志清．基因芯片制备方法研究进展[J]．生物技术通报，2000，(1)：7～10．
[11] MSchena, DShalon,RWDavis,POBrown.Quantitativ emonitoring of gene expression pattens with a complementary DNA microarry[J],Science,1995,270:467～470.
[12] SPAFodor, RPRava, XCHuang,ACPease,CPHolmes,CLAdams.Multi plexed biochemical assays with bilolgical chips[J],Nature, 1993,364:555～556.
[13] 王立强，陆祖康，林斌．生物芯片及其荧光信号检测[J]．光学仪器，2002，24(4-5)：7～13
[14] 王晓利，张俊松．生物芯片技术在药物研究中的应用前景[J]．生物技术，2002，12(1)：3～4．
[15] 马立人，蒋中华．生物芯片[M]，北京：化学工业出版社，2000，19～98．
[16] 周冬生，杨瑞馥．机械点样DNA微点阵技术及其在基因表达分析上的应用(Ⅰ)[J]．生物技术通讯．2002．13(4)：315～321
[17] 陆祖宏．基因芯片的研究和应用[J]．中国病理生理杂志，2000，16(10)：924
[18] Bailey (1), BondanA, FurnessL.Pharmaco genomics,it's not just pharmalo gentics [J]Curropin Bio Tecl, 1998,9:595～601
[19] Jones David A,Fitzpartrick FA.Genomics and the discovery of new drug targets[J]Chemical
Biology, 1999,3:71～76
[20] Ingelman Sundberg Magnus,Oscarson Milael,Mclellan RA.Polymorphic human cytochrome P450 enzymes:an opportunity for individualized drugytreatmet[J]Tips, 1999,20:342～349
[21] 陆祖宏，何农跃，孙啸．基因芯片技术在药物研究和开发中的应用[J]．中国药科大学学报，2001，32(2)：81～86
[22] 孙德利，舒琦瑾．基因表达谱——中医药功能基因组学研究的思考[J]．浙江中医学院学报，2002，26(1)：5～9
[23] WatanabeC,WolfframS,AderP,etal.Thein vivo euro modulatory effects of the herbal medicine gink gobiloba[J]．Proc Natl Acad Sci USA,2001,98(12)：6577～6580．
[24] 沈自尹．基因科学和21世纪中医药学的走向[J]．上海中医药杂志．2000，4(10)：7～9．
[25] 吴志奎，黄有文，王荣新，等．益髓生血灵治疗β-地中海贫血症29例临床观察[J]．中医杂志，2000，41(2)：90～91．
[26] 祝骥，马文丽，姚汝华．DNA芯片技术与基因表达研究[J]．生命科学研究，2000，4(2)：106～110
[27] Brown P O, Botstein D. Exploring the new world of the genome with DNA microarrays. Nature Genetic(supp 1), 1999,21(1):33～37
[28] Brown P O, Botstein D. Exploring the new world of the genome with DNA microarrays. Nature Genetic(supp 1), 1999,21(1):33～37
[29] 葛世丽，吴德昌．基因表达系列分析及其应用[J]．国外医学放射医学核医学分册．998，22(5)：234～236．
[30] 徐伟文，李文全，毛裕民．表达谱基因芯片[J]．生物化学与生物物理进展．2001，28(6)：822～826．
[31] 卢圣栋．现代分子生物学实验技术[M]．北京：中国协和医科大学出版社，1999．
[32] 陈华友，崔振玲，吴自荣．基因芯片技术及其在药学研究领域中的应用[J]．中国药学杂志，2002，37(3)：167～169
[33] 赖亚明，等．生物芯片技术在生命科学基础研究中的应用[J]．基础医学与临床，2000，(4)：8～12．
[34] Pease A N,.Solas D,.Sullivan E J,.et al..Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequences analysis[J]..Proc Natl Acad Sci USA, 1994,91(11):5022.
[35] 冯永强，阎小君，苏成芝．国外医学分子生物学分册，2000，22(1)：1～5．
[36] 翟鹏，童坦君．基因科学的革命．基因芯片技术[J]．生理科学进展，2000，31(2)：135～139．
[37] 刘月明，张蔚，刘海荣．基因表达数据分析[J]．国外医学生物医学工程分册，2001，24(6)：247～251．
[38] 孙啸，王晔，张晓莉，谢建明，陆祖宏．基因芯片设计及数据分析软件系统[J]．东南大学学报(自然科学版)2000，30(5)：1～6．
[39] Schoenberg BS, Epidemiolog of Alzheimer's disease and other dementing disorders, J chrunic Dis 1986; 39: 1095～1140.
[40] 张秋华，人参茎叶皂甙对脑老化的实验研究[D]．硕士学位论文，辽宁中医学院，2002
[41] 王中林，顾一煌，焦瑞清，徐恒泽，吴馥梅．D-半乳糖致小鼠衰老模型海马突触蛋白的改变[J]．南京中医药大学学报，1997，13(4)：216～218．
[42] 龚国清，徐黻本．小鼠衰老模型研究[J]．中国药科大学学报，1991，22(2)：101～103．
[43] 韦丰，范明，李文彬，等．半乳糖拟脑老化反应机制的探讨[J]．全国神经科学学术会议论文摘要汇编，1992，(11)：203～205．
[44] 张熙，张葆樽，杨新平，等．D-半乳糖诱导拟衰老动物模型的记忆行为改变[J]．中国老年学杂志，1996，16(4)：230～232．
[45] 陈奇 中药药理研究方法学[M] 北京：人民卫生出版社，1996 937～939．
[46] 冷彦宁．基因芯片技术与检验医学[J]．国外医学临床生物化学与检验学分册，2002，(23)：21～22．
[47] 图像的采集和分析[EB／OL].http://www.bioon.com/biochip/general/f18.htm
[48] 周冬生，杨瑞馥．机械点样DNA微点阵技术及其在基因表达分析上的应用[J]．生物技术通讯，2002，13(4)：315～321
[49] 李伍举．基因表达谱的生物信息学[J]．军事医学科学院院刊，2002，26(1)：73～76
[50] 王永煜，张幼怡．基因芯片数据分析与处理[J]．生物化学与生物物理进展，2003，30(2)：321～323
[51] Alon U, Barkai N, Notterman DA, et al. Broad patterns of gene expression revealed by clustering analysis of tumor and normal colon tissues probed by oligonucleotide arrays [J].Proc Natl Acad Sci USA,1999,96(12):6745～6750.
[52] Tamayo P, Slonim D, Mesirov J, et al. Interpreting patterns of gene expresion with self-organizing maps: methods and application to hematopoietic differentiation [J]. ProcNatlAcadSciUSA, 1999,96(6):2907～2917.
[53] Tavazoid S, Hughes JD,Campbell MJ,et al.Systematic determination of genetic network architecture[J].Nat Genet, 1999,22(3):281～285.
[54] 谢建明，孙啸，谢雪英，陆祖宏．基因表达模式分析及软件系统[J]．东南大学学报(自然科学版)，2003，3(2)：201～204
[55] Pilpel Y, Sudarsanam P,Church GM.Identifying regulatory networks by combinatorial analysis of promoter elements[J].NatureGenetics,2001,29:153～159.
[56] Mewes HW, Frishman D,Gulener U,et al.MIPS: a data base for genomes and protein sequences[J].Nucleic Acids Resarch,2002,30(1):31～34.
[2] 蔡宝吕等．探索基因芯片技术在中药现代化研究中的应用[J]．世界科学技术-中药现代化，2000，2(6)：12～16
[3] 芮正祥．论中药现代化的研究和发展方向[J]．安徽中医学院学报，2001，20(5)：49～51
[4] 徐砚通，林琳，王钊．后基因组时代的中药现代化研究[J]．世界科学技术—中药现代化，2001，3(2)：1～5
[5] 刘明言．中药现代化进展[J]．中草药，2002，33(3)：193～196
[6] 祝国光．中药如何进入欧共体市场[M]．北京：中国医药科技出版社，2000
[7] 刘敏，彭博．浅谈生物芯片技术[EB／OL].http://www.xminfo.net.cn/xmkj/20023/20020318.htm
[8] 陆祖宏．生物芯片的研究、发展和应用[J]．电子科技导报，1998，11：5～9
[9] 王秀荣．于康震．生物芯片研究与应用概况[J]．中国预防兽医学报，2001，23(4)：313～315
[10] 邹宗亮，王升启，王志清．基因芯片制备方法研究进展[J]．生物技术通报，2000，(1)：7～10．
[11] MSchena, DShalon,RWDavis,POBrown.Quantitativ emonitoring of gene expression pattens with a complementary DNA microarry[J],Science,1995,270:467～470.
[12] SPAFodor, RPRava, XCHuang,ACPease,CPHolmes,CLAdams.Multi plexed biochemical assays with bilolgical chips[J],Nature, 1993,364:555～556.
[13] 王立强，陆祖康，林斌．生物芯片及其荧光信号检测[J]．光学仪器，2002，24(4-5)：7～13
[14] 王晓利，张俊松．生物芯片技术在药物研究中的应用前景[J]．生物技术，2002，12(1)：3～4．
[15] 马立人，蒋中华．生物芯片[M]，北京：化学工业出版社，2000，19～98．
[16] 周冬生，杨瑞馥．机械点样DNA微点阵技术及其在基因表达分析上的应用(Ⅰ)[J]．生物技术通讯．2002．13(4)：315～321
[17] 陆祖宏．基因芯片的研究和应用[J]．中国病理生理杂志，2000，16(10)：924
[18] Bailey (1), BondanA, FurnessL.Pharmaco genomics,it's not just pharmalo gentics [J]Curropin Bio Tecl, 1998,9:595～601
[19] Jones David A,Fitzpartrick FA.Genomics and the discovery of new drug targets[J]Chemical
Biology, 1999,3:71～76
[20] Ingelman Sundberg Magnus,Oscarson Milael,Mclellan RA.Polymorphic human cytochrome P450 enzymes:an opportunity for individualized drugytreatmet[J]Tips, 1999,20:342～349
[21] 陆祖宏，何农跃，孙啸．基因芯片技术在药物研究和开发中的应用[J]．中国药科大学学报，2001，32(2)：81～86
[22] 孙德利，舒琦瑾．基因表达谱——中医药功能基因组学研究的思考[J]．浙江中医学院学报，2002，26(1)：5～9
[23] WatanabeC,WolfframS,AderP,etal.Thein vivo euro modulatory effects of the herbal medicine gink gobiloba[J]．Proc Natl Acad Sci USA,2001,98(12)：6577～6580．
[24] 沈自尹．基因科学和21世纪中医药学的走向[J]．上海中医药杂志．2000，4(10)：7～9．
[25] 吴志奎，黄有文，王荣新，等．益髓生血灵治疗β-地中海贫血症29例临床观察[J]．中医杂志，2000，41(2)：90～91．
[26] 祝骥，马文丽，姚汝华．DNA芯片技术与基因表达研究[J]．生命科学研究，2000，4(2)：106～110
[27] Brown P O, Botstein D. Exploring the new world of the genome with DNA microarrays. Nature Genetic(supp 1), 1999,21(1):33～37
[28] Brown P O, Botstein D. Exploring the new world of the genome with DNA microarrays. Nature Genetic(supp 1), 1999,21(1):33～37
[29] 葛世丽，吴德昌．基因表达系列分析及其应用[J]．国外医学放射医学核医学分册．998，22(5)：234～236．
[30] 徐伟文，李文全，毛裕民．表达谱基因芯片[J]．生物化学与生物物理进展．2001，28(6)：822～826．
[31] 卢圣栋．现代分子生物学实验技术[M]．北京：中国协和医科大学出版社，1999．
[32] 陈华友，崔振玲，吴自荣．基因芯片技术及其在药学研究领域中的应用[J]．中国药学杂志，2002，37(3)：167～169
[33] 赖亚明，等．生物芯片技术在生命科学基础研究中的应用[J]．基础医学与临床，2000，(4)：8～12．
[34] Pease A N,.Solas D,.Sullivan E J,.et al..Light-generated oligonucleotide arrays for rapid DNA sequences analysis[J]..Proc Natl Acad Sci USA, 1994,91(11):5022.
[35] 冯永强，阎小君，苏成芝．国外医学分子生物学分册，2000，22(1)：1～5．
[36] 翟鹏，童坦君．基因科学的革命．基因芯片技术[J]．生理科学进展，2000，31(2)：135～139．
[37] 刘月明，张蔚，刘海荣．基因表达数据分析[J]．国外医学生物医学工程分册，2001，24(6)：247～251．
[38] 孙啸，王晔，张晓莉，谢建明，陆祖宏．基因芯片设计及数据分析软件系统[J]．东南大学学报(自然科学版)2000，30(5)：1～6．
[39] Schoenberg BS, Epidemiolog of Alzheimer's disease and other dementing disorders, J chrunic Dis 1986; 39: 1095～1140.
[40] 张秋华，人参茎叶皂甙对脑老化的实验研究[D]．硕士学位论文，辽宁中医学院，2002
[41] 王中林，顾一煌，焦瑞清，徐恒泽，吴馥梅．D-半乳糖致小鼠衰老模型海马突触蛋白的改变[J]．南京中医药大学学报，1997，13(4)：216～218．
[42] 龚国清，徐黻本．小鼠衰老模型研究[J]．中国药科大学学报，1991，22(2)：101～103．
[43] 韦丰，范明，李文彬，等．半乳糖拟脑老化反应机制的探讨[J]．全国神经科学学术会议论文摘要汇编，1992，(11)：203～205．
[44] 张熙，张葆樽，杨新平，等．D-半乳糖诱导拟衰老动物模型的记忆行为改变[J]．中国老年学杂志，1996，16(4)：230～232．
[45] 陈奇 中药药理研究方法学[M] 北京：人民卫生出版社，1996 937～939．
[46] 冷彦宁．基因芯片技术与检验医学[J]．国外医学临床生物化学与检验学分册，2002，(23)：21～22．
[47] 图像的采集和分析[EB／OL].http://www.bioon.com/biochip/general/f18.htm
[48] 周冬生，杨瑞馥．机械点样DNA微点阵技术及其在基因表达分析上的应用[J]．生物技术通讯，2002，13(4)：315～321
[49] 李伍举．基因表达谱的生物信息学[J]．军事医学科学院院刊，2002，26(1)：73～76
[50] 王永煜，张幼怡．基因芯片数据分析与处理[J]．生物化学与生物物理进展，2003，30(2)：321～323
[51] Alon U, Barkai N, Notterman DA, et al. Broad patterns of gene expression revealed by clustering analysis of tumor and normal colon tissues probed by oligonucleotide arrays [J].Proc Natl Acad Sci USA,1999,96(12):6745～6750.
[52] Tamayo P, Slonim D, Mesirov J, et al. Interpreting patterns of gene expresion with self-organizing maps: methods and application to hematopoietic differentiation [J]. ProcNatlAcadSciUSA, 1999,96(6):2907～2917.
[53] Tavazoid S, Hughes JD,Campbell MJ,et al.Systematic determination of genetic network architecture[J].Nat Genet, 1999,22(3):281～285.
[54] 谢建明，孙啸，谢雪英，陆祖宏．基因表达模式分析及软件系统[J]．东南大学学报(自然科学版)，2003，3(2)：201～204
[55] Pilpel Y, Sudarsanam P,Church GM.Identifying regulatory networks by combinatorial analysis of promoter elements[J].NatureGenetics,2001,29:153～159.
[56] Mewes HW, Frishman D,Gulener U,et al.MIPS: a data base for genomes and protein sequences[J].Nucleic Acids Resarch,2002,30(1):31～34.