现代生命科学在TCM 中的应用xie.docx

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现代生命科学在TCM中的应用xie

现代生命科学技术在传统中医药研究中

的整体解决方案

前言

GEHealthcare是原GE医疗集团和原AmershamBiosciences合并而成。

GEHealthcare在基因研究、蛋白质研究、细胞研究|、分子医学影像、信息技术等多个领域处于全球领先地位。

GEHealthcareChina希望通过为中国用户提供完整的分子医学、系统生物学（SystemsBiology）和新药研究平台，以加快中国生命科学研究的进程。

现代生命科学的研究主要包括通过基因组学的研究找到差异基因,通过蛋白组学的研究找到功能蛋白,通过分子相互作用找到功能蛋白的作用靶点.我们也一直非常关注中药现代化的步伐.中药的药效已经得到大多数人的认可,但中药的药理和作用位点一直不能为人们所接受.若要使我们的国粹走向世界.我们就必须使用现代生命科学的技术将中药的药理,药效和作用靶点研究清楚.就目前的生物技术,我们建议使用现代的层析技术使我们的生产工艺现代化.使用蛋白组学的技术观察不同药方引不同功能蛋白的变化.进一步使用分子相互作用技术找到作用靶点.所以我们的整体方案分为以下三大章节

第一章现代层析技术在中药TCM分离纯化中的应用

第二章蛋白质组学在中医药研究中的应用

第三章生物分子相互作用分析技术在中医药研究中的应用

第一章现代层析在中药TCM分离纯化中的应用

一.TCM研究的发展现状和市场趋势

中药产业是我国具有比较优势的产业之一。

国内外中药市场的变化及对天然药物需求的日益扩大，将为我国中药进一步发展提供机遇。

人类生活条件、生存环境的变化，使人类身心疾病增加，而且在人类“回归自然”的浪潮中，医源性和药源性疾病不断出现，天然药物由于不良反应小，越来越受到人们的青睐，国际社会对传统药物的需求量日益增加，对其研究也更加重视。

中药的概念从古至今，从国内到国外，正在逐渐发生演变。

由于时间和空间的扩展，对大自然孕育的中华民族药物，已经赋予了中药和天然产物的双重属性。

其概念也由传统广义中药向现代中药变迁。

从单纯的中医理论为指导，用于防治疾病的植物、动物及矿物品；到包融于中医药理论的各种启示；拓展来源于传统中医药的经验和临床，运用现代科技和方法，按照严格的药学规范标准所制出的优质、高效、安全、稳定、服用方便，并且具有现代剂型特色的新一代中药。

国际上，天然产物与化学药、生物药共同组成药物三大形式。

天然药物，又称天然产物，是一切具有药用价值可直接供药用的植物、动物及矿物或这些天然产品的简单加工品，也包括从天然产品中提取出的有效部位或成分。

广义上包括欧美植物药、韩方药和绝大部分中药及其他国家的传统药物。

表1中药与西方植物药比较

“中医药热”从二十世纪中后期开始在西方国家兴起以来，世界上越来越多的人开始信赖天然药物。

天然药物制剂、天然药物原料及其提取物的市场开发正在成为世界医药市场上一个新的经济增长点，目前在国际医药市场中，天然产物占据了30%的份额，并且据统计天然药物的需求，每年在10-20%的比例在增长。

目前全球主要有3个天然产物市场，即北美西欧的西方植物药市场；二是以日本、韩国和朝鲜为代表的传统汉方药、韩药市场；三是以华裔及华裔社区为中心的传统中药市场，包括港、澳、台地区及东南亚、北美、西欧各国以华裔社区为中心的市场。

这些市场的销售量占据了全球销售量的90%，如图1所示。

图1全球中药市场比例分布

由图可见，北美及欧洲市场是世界最大的天然药物市场，他们在研发及生产方面采用了先进的技术，从传统的中草药发展到现代植物药，提高了质量标准，保证了疗效的稳定。

而在我国邻近的日韩，其中药的研究和生产技术已达到世界前沿，尤其是日本的“救心丹”和韩国的“高丽参”单一药品的销售额相当于我国全部中药材出口销售额的50%,可见日本和韩国的中药技术已远远超过我国。

目前全球销售超过1亿美元的天然药物如图2。

图2天然产物销售超过1亿美元的药物

据世界卫生组织统计，全球约有40亿人使用植物药治疗，有130个国家应用中医药，124个国家建立了中医药机构，其中尤以日本、美国和德国中医药人员最多。

2004年6月美国FDA正式提出《植物药研制指导原则》，首次将植物药作为一个不可分割的整体来进行安全性和有效性评价，承认植物药的活性是不一定能确定的，可用指纹图谱、标识成分的定性和定量测定和其他质控来监督。

2006年10月31日，FDA正式批准德国植物药公司Medigene关于veregen（NDA21-902）的新药申请，这是FDA自1962年实施新的食品药品及化妆品以来，首次批准一个化学成分并未全部清楚地混合物当作新分子实体药物上市。

这是一个历史性的里程碑，必然会对天然产物及中药新药的研究产生巨大的影响。

我国是一个具有几千年中医药研究历史的古国，具有丰富的天然药物资源。

但是我们发现在当今天然药物需求日益递增的同时，我国的中药研究技术却相比日韩和欧美来说，已经明显落后了。

我国的中药产品在世界中药市场上主要有中药材、植物提取物和中成药三块。

其中，中药材占70%，植物提取物和中成药各占15%。

在国际市场上，中成药是科技含量最高的部分，同时也是利润最丰厚的一部分，我国在中草药原料和植物提取物的份额上都不低，但是在高端的中成药的生产销售上相对日本、韩国等制药业发达国家却落后很多。

因此，我国中药产业在世界中药贸易中，绝对数量大，经济效益却和日韩等国差得很远。

国家在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》中提出了推动“中医药传承与创新发展”的重点任务，运用现代科学技术，推动我国的中药现代化和国际化。

为了适应市场的需求及国家的要求，我们必须在中药研究中提高我国技术水平，这主要体现在三个方面。

1：

生物活性成分的研究：

加大对天然药物成分的提取、分离和结构鉴定及药理作用的研究的力度。

2：

构效关系的研究：

主要是天然药物单体化合物的构效关系研究，以及把构效关系研究与生物活性成分结合起来的研究。

3：

分离方法的研究：

寻找简单易行，选择性强，可定向分离目标化合物的方法。

二：

我国TCM的有效成分提取的研究现状及层析纯化策略

2.1：

我国TCM的有效成分提取的研究现状

天然药物化学成分的研究对于天然药物新药开发和中药现代化的重要性已被人们所共知。

天然药物的一般研究路线为：

构效关系研究或药理作用机制研究

结构鉴定

对于复方制剂，，每味药相当于一个有效“成分”，要证明两种有效成分的组合好于单个有效成分，在研究阶段需要做拆方实验，首先分别纯化，然后研究其安全性和有效性。

但是我们发现我国的中药和天然药物复杂体系的分离技术进展相对缓慢，天然药物单体化合物的系统分离技术已成为天然药物研究的瓶颈。

所以对天然药物快速、高效分离技术的开发研究，实现天然药物化学成分分离的合理化、高效化和集成化将会大大加快天然药物研究的步伐。

针对天然药物活性物质分离技术的现状，通过拓展新的分离思路，根据各类天然产物成分类型的特点和性质，选择合适的分离材料和方法，如色谱联用技术和以质谱为中压液相色谱，制备型液相色谱和高速逆流色谱的分离，采用全自动化在线检测系统，形成各类有效物质的快速分离，加快天然药物的研究及上市。

尤其是采用制备液相色谱技术，借鉴生命科学中生物大分子成熟的分离技术（已经被FDA和欧盟所接受），实现生产程控化、检测自动化、输送管道化和包装电机化的工程化要求，推动我国中成药与国际市场的接轨。

安玛西亚公司（Amersham）于2004年4月加入通用电气公司，与原通用电气医疗部组成通用电气医疗集团（GEHealthcare），称GEHClifescience。

GELife-Sciences具有50年的分离纯化介质和系统的生产经验，是全球最佳的填料和层析系统供应商。

AKTA全自动层析系统是蛋白质分离纯化的金标准，在全国销量超过2500台，全球超过20万台，是世界上10万科学家首选的层析系统。

无论您要纯化怎样的活性分子，都能在AKTA中找到答案。

AKTAexplorer自动化层析系统不仅具有极高的精密度和重复性，使用Unicorn软件的自动探索功能结合仪器的自动化硬件配置，可以轻松实现全自动的纯化工艺的快速探索，减轻工作量的同时大大提高了研发的效率和成功率。

这对于天然药物开发中大量有效成分的分离和筛选获得需要的单体分子都具有非常重要的应用价值。

AKTA层析系统以其卓越的性能，良好的售后支持和服务在生命科学和制药领域享有盛誉.

AKTAexplorer层析系统

AKTAprocess层析系统

小试纯化工艺经过重复和工艺验证，即可在AKTA层析系统的平台上快速地进行中试乃至生产规模的放大。

AKTApilot层析系统专为制药领域的中试生产工艺量身订制。

AKTApilot可以实现几十毫克的研发小试到几十克药物的中试生产，该仪器秉承了AKTA系列层析系统的优良特性，具有仪器稳定性好，精确度高，自动化程度高的特点。

AKTApilot按照中试生产的需求进行设计，使用独立的样品泵防止交叉污染，多个泵的入口配合Unicorn软件进行全自动的生产操作而无需人为干预，两个柱位阀和流向阀可以方便的实现流路切换，通过预设的程序实现生产和在位清洗等操作的全自动衔接，空气陷阱和气泡传感器有效的避免生产过程中产生的气泡，保护制备层析柱，也保证中试生产的成功顺利进行。

整个流路采用卫生级设计，通过在位清洗可以有效的降低生物负荷以满足生产中对内毒素的控制要求。

我们提供新药生产报批所需的完整的用户验证支持文件系统，提供IQ/OQ/PQ等服务，符合FDA标准。

在中试的基础上，可以直接将层析纯化工艺放大到生产规模。

使用AKTAprocess生产层析系统可以实现公斤级药物的生产纯化，有效的保证了工艺放大后的可重复性和稳定性，成为我们工艺放大的信心保证！

2.2：

层析技术在TCM有效成分中的分离提取策略

GE公司集数十年的纯化经验，积累了大量的理论和技术资料。

美国FDA批准的基因工程药物有90％就是使用安玛西亚公司的凝胶和系统。

GE公司的凝胶有凝胶过滤，离子交换，吸附层析，亲和层析，正相层析，反相层析等多种色谱体系。

其凝胶SephadexG系列和SephadexLH系列，Sepharose（Q.DEAE,SP和CM）系列和source（聚苯乙烯）系列为中药多种有效成分包括生物碱，甙，黄酮，多酚，有机酸，小肽和多糖的分离纯化提供了有效的技术平台。

2.2.1离子交换层析技术在TCM有效成分中的分离纯化

离子交换技术是依据活性分子所带的电荷的差异来进行分离的，由于不同的活性分子在同样的缓冲液中所带的电荷的性质、数量的不同，利用离子交换技术就可以实现有效的分离，阳离子交换柱采用了阳离子交换填料，配基表面带负电荷，可以和带正离子的活性分子发生反应，从而可以吸附在阳离子交换柱而实现分离；阴离子交换层析技术正好相反。

离子交换层析的选择性强，分辨率高，载量高具有显著的浓缩效果，特别适合于从含量低的大量样品中捕捉目标单体；容易衔接其它层析技术，结合反相和凝胶过滤，能够获得高纯度单体；工艺控制简单，且可以直接放大，实施SOP方便，容易满足GMP和药检的要求。

天然产物很多有效成分在一定的缓冲条件下带有电荷，如生物碱，在中性缓冲液中带有正电荷，不同的生物碱带有的电荷不同，就可以在阳离子交换柱上实现分离纯化。

同样有机酸在一定的缓冲液中带有负电荷，采用阴离子交换柱分离很好，另外很多甙类物质，也可以带有一定的电荷，所以有时也可以采用离子交换层析技术来实现分离。

GE公司拥有世界上最全面的离子交换填料，种类百余种，从经典的琼脂糖介质到合成基架的介质；从低流速到高流速介质；从pH范围窄的弱离子交换介质到完全电离的强离子交换介质；从一次性介质到可以消毒超长寿命的介质；从精细的小颗粒介质到可以放