本文摘自《中药现代化二十年-》，主编张伯礼，陈传宏，资源篇主编黄璐琦

新理论

一、药用植物亲缘学

药用植物亲缘学是一门综合了植物系统及分类学、植物化学、药理学和信息学的多学科渗透交叉的学科。年肖培根首次提出植物亲缘关系、化学成分和疗效间存在内在规律的药用植物亲缘学概念，引起了各国的瞩目和反响，由此揭开的药用植物亲缘学的研究热潮。通过研究重要药用植物类群的亲缘关系-化学成分-药理活性及传统疗效进行系统研究和整理，通过对它们的“共性”和“个性”分析，总结药用植物资源的应用经验，最终形成具有创新性的“药用植物亲缘学”基础理论。

药用植物活性成分大都属于植物的次生代谢产物，在植物的进化过程中形成了相应的亲缘关系，亲缘关系相近的植物不仅体现在形态上，也体现在其功效和药理作用上。由此反映在其所含化学成分质和量的相似性。通过对药用植物中重要活性成分如生物碱、黄酮类、萜类、香豆素类等分布规律的归纳，对重要植物类群进行系统整理，结合传统疗效和现代药理作用，特别是采用数量分类学和信息学的方法和技术先后对茛菪类、小檗类、大黄类、乌头类、芍药类、黄连类、唐松草类、紫草类、蒲黄类和杜鹃花类等重要药用植物类群进行了综合性和研究，揭示了其植物亲缘关系-化学物质基础-疗效间的相互关系及内在规律，形成了药用植物亲缘学的基本理论，建立了相应的研究方法和方向。其研究主要集中在以下几个方向：植物形态学（广义）和分子系统学的研究；植物化学特征及其生物合成途径的研究；化学成分在植物系统中的分布规律研究；化学系统学研究；药用植物疗效与化学成分和系统学位置相关性研究；药用植物亲缘学的信息学及智能科学的研究。

药用植物亲缘学的研究方法和关键技术包括以下几个方面:选择合适的数学模型，建立智能数据库；实验分类学、分子分类学、数量分类学与现代信息学技术的结合；现代分析技术手段与生物活性物质筛选的结合；以现代信息学技术为基础的多学科信息的整合。药用植物亲缘学的研究意义体现在以下几个方面：促进药用植物新资源的发现；寻找进口药物和濒危稀有药用植物替代资源；丰富中药现代化的基础研究内涵；为新药开发提供新的理论和方法。

近20年来，药用植物亲缘学的研究越来越多，如唇形科、百合科、苦苣苔、三白草科、菊科等药用的植物的亲缘学研究的发表。药用植物亲缘学作为一种创新理论对中药及药用植物的资源利用、大规模筛选、设计及开发中药新药具有重要的指导意义，并形成传统经验与现代高新技术相结合的药物研发新模式和新方法。随着分子生物学技术的不断发展，基因组学，代谢组学和相关技术的涌现拓展了对中药资源和药用植物亲缘关系的视角，促进了研究模式的转换，药用基因组亲缘学也将由概念走向成熟的理论。

二、植物化学分类学

植物化学分类学是植物分类学与植物化学相互渗透、相互补充、互为借鉴而形成的一门新兴的边缘学科。它以植物化学成分为依据，以经典分类学为基础，对药用植物加以分类和记述，研究植物化学成分与植物类群间的关系，探讨植物界的演化规律。其重点是阐述各药用植物各类群的化学特征，探讨植物化学成分在植物界的存在和分布规律；分析它们在分类学和系统学上的意义。

植物化学分类学学科的形成与发展至今，其研究范畴更加扩展，研究任务不断深入，更为强调植物的系统发育与其化学物质组成和积累的关系，积极探索植物的系统发育与化学成分关系的规律性。结合前人的研究积累和药用生物资源研究、开发利用的实际需要，提出植物化学分类学的研究范畴及其任务：研究各植物类群的化学成分，包括初生代谢及次生代谢产物，确定其结构，并应考察其含量。探讨植物化学成分在植物界的存在和分布规律，分析它们在分类学和系统学上的意义。了解植物化学成分的生理作用，合成、转化、动态积累及与个体发育和系统发育的关系。综合相关领域的研究思路、方法和信息积累，从植物化学分类学角度探讨物种形成、种的变异和植物界的系统演化规律。

植物化学分类学不仅是经典植物分类学的补充和发展，而且在药用植物资源的开发利用及寻找新资源中起着重要作用。研究的对象可选择分类系统中的关键类群、争议较大的类群、中国特有的类群等；可研究大系统大类群的演化，也可研究种下等级的化学变异。中药资源领域的植物化学分类学研究工作的另一个重要方面是根据经济社会发展需求研究社会效益或经济效益较大的资源类群，可选择某些稀有和具有重要资源价值的化学类型及成分，追踪其在植物界的分布规律，寻找新资源和发现新的可替代性资源，扩大植物资源利用途径等。

三、分子生药学

分子生药学是在分子水平上研究生药的分类与鉴定、栽培与保护及有效成分生产的一门科学,是生药学的一个极富前瞻性和前景性的分支。自从年黄璐琦在《中国中药杂志》上发表《展望分子生物技术在生药学中的应用》一文，首次提出“分子生药学”的概念以来,已经经历了近20年的发展。现在,分子生药学在研究内容、技术方法、获得成果、人才队伍等方面日趋成熟,已经成为生药学中一门新兴的交叉学科,表现了巨大生命力和活力。

分子生药学的产生,一方面将生药的研究层次向微观推进到基因水平,极大地丰富了以往对生药生命现象的认识；另一方面,由于不同基因或DNA片段的进化速度不同,其在进化中的特殊地位不同,所反映的遗传变异的尺度和水平也不同,这一点强化了人们对生药细胞、组织、器官、有机体、种群等层次的重新认识和思考，逐渐形成了药用植物分子系统学、药用植物分子谱系地理学、生药分子鉴定、道地药材形成分子机制、珍稀濒危中药资源的遗传多样性分析与保护研究、药用植物次生代谢产物的生物合成和代谢调控、药用植物功能基因组研究、药用植物有效成分的合成生物学研究、药用植物的转基因研究、药用植物的分子育种研究、药用植物细胞及真菌培养生产活性成分等11个稳定的研究方向。

先后提出了在遵循分子系统学研究结果的基础上，采用个案分析方式，建立中药分子鉴定方法的中药分子鉴定原则；从生物学上说，道地药材的形成是基因型与生境之间相互作用的产物，并提出了道地药材形成的三个模式假说；遵从传统遗传学和溯祖理论开展药用植物居群遗传和微观演化研究，为中药材野生资源保护、道地药材形成生物学机理等研究提供理论支撑；从分子生药学角度探索药材活性成分变异及其质量控制，提出了重复基因功能分化决定药用植物活性成分变异的理论，道地药材形成的表观遗传学理论等。

四、本草基因组学

本草基因组学（Herbalgenomics）是研究草药基因组的组成，组内各基因的精确结构、相互关系及表达调控的科学，是用于概括涉及基因作图、测序和整个基因组功能分析的遗传学分支。我国研究人员已经开始通过对中草药基因组测序、组装并注释基因组来分析各基因的功能，以为揭示中草药的遗传背景和通过阐释中草药有效成分生物合成途径进行分子育种奠定基础。目前，灵芝、丹参、茯苓、云芝、紫芝、石斛、莲、赤小豆等药典刊载物种已经完成基因组测序并发表。

年科学杂志（Science,Sup）以“本草基因组学-揭秘传统草药生物学本质”为题正式系统介绍了本草基因组学。本草基因组学为复杂草药成分的化学和生物学解析提供了有效平台，通过建立基因数据库可被广泛应用于传统草药的品质研究、分子鉴定、有效成分的生物合成、道地性研究和分子育种等。

本草基因组作为通过基因组学研究药用生物次生代谢产物生成特性及道地药材形成基础的新兴学科仍面临着机遇和挑战。随着新测序技术的迅猛发展，越来越多的药用生物基因组、转录组信息将被揭示，在提供遗传背景的同时，其组装中的错误也应获得足够重视。目前测序方法存在缺陷，对于长片段的重复序列仍然不能很好分辨，造成基因组拼接的碎片化，并容易引入错误。更长更精准的测序平台及拼接方法依然是推动本草基因组的核心。基因组学与现代分子生物学、代谢组学、植物学及生态学结合将更好的阐明药用生物次生代谢产物形成机制及道地药材形成的生物学机制，为中药研究提供崭新的思路。

五、中药资源化学

段金廒教授及其团队在长期的科研实践中，逐渐形成了药用生物资源-资源性化学物质-资源经济产业链相互关联、互为支撑、循环利用、协同发展的系统性思维和中药资源化学理论及方法技术体系的创建，编著出版国内外第一部《中药资源化学-理论基础与资源循环利用》专著。为我国中药资源学理论和科学内涵的进一步丰富和完善作出了应有的贡献。中药资源化学是一门应用多学科知识与方法技术，以药用植物、菌物、动物、矿物等再生和非再生资源为研究对象，揭示其资源性化学成分的性质、分布、积累与消长规律，并通过适宜技术集成以实现中药资源的合理生产与科学利用的综合性应用基础学科。

中药资源化学的基本内涵是从资源学角度出发，研究中药资源中可利用化学物质（包括次生代谢产物和初生代谢产物）的时间、空间基本属性及其动态变化规律等；从化学物质的角度研究中药资源可利用物质的类型、结构、性质、质量、数量、存在与分布及其资源价值和利用途径等。中药资源化学学科的任务是服务于中药资源生产与利用全过程，以药用植物、菌物、动物、矿物等再生和非再生资源为研究对象，注重从中药资源的生产和利用目的出发，研究药用资源生物体不同生长阶段、不同组织器官中次生与初生代谢产物的生合成规律及其分布特征；研究生态环境诸因子影响资源性化学成分的积累动态与消长规律；研究濒危、珍稀、紧缺中药资源的替代和补偿；挖掘中药资源的多途径、多层次、精细化利用价值和潜在价值；研究中药资源产业化过程产生的传统非药用部位及深加工产品制造过程产生的固液废弃物等的循环利用与产业化；开展外来入侵药用生物的转化利用及其产业化等。其目的是将有限的资源更为有效的进行产业化，延伸资源经济产业链，获取最大的经济-社会-生态效益。

六、合成生物学

（一）合成生物学在中药现代化研究中的意义

中药是祖国医药学的重要组成部分，其药效物质基础是中药化学成分。通过中药化学及现代化的药理药效研究已经明确了一些常用中药的化学成分或者有效成分，并进行了较为深入的研究，例如青蒿中的抗疟成分青蒿素、麻黄中具有发汗平喘作用的麻黄素、丹参中的具有抗凝血、消炎抑菌作用的丹参酮等。这些化学成分大部分来自于药用植物的次生代谢产物，是植物在长期演化过程中适应性进化的结果，其显著特征是在植物中含量低且积累量不稳定，易受环境和气候等因素的影响、有些化合物结构复杂难以化学合成、性质不稳定，而近十几年来发展起来的基于合成生物学高效、定向地合成结构复杂多样的药用有效成分的研究策略有效地解决了许多在中药研究中遇到的问题，为中药资源的可持续利用以及中药现代研究提供了新的研究思路和研究策略。

（二）合成生物学发展

合成生物学最早出现于法国物理化学家StephaneLedue所著《Themechanismoflife》一书中，但是受限于技术和认知的水平，一直未得以发展，直到二十世纪七八十年代，快速发展的基因工程技术、基因测序技术以及组学分析技术为合成生物学的迅速发展奠定了基础。自年《自然》杂志关于第一个合成的生物振荡器及通过设计基因开关在大肠杆菌中构建了人工双稳态基因调控网络的报道开始，合成生物学进入了快速发展时期，被广泛应用到了环境、医药、能源、化工、材料和农业等各领域。

合成生物学近十几年迅速发展起来，并取得丰硕的成果，在中医药方面的应用代表了中药现代化的最新成果。合成生物学在药用植物领域最具代表性的研究成果为青蒿素，目前在酵母基因工程菌中生产青蒿素的前体青蒿酸已达到25g/L的产业化水平，这是药用植物有效成分合成生物学生产中引人注目的成就。而年8月发表在Science杂志上的成果，将植物、动物以及细菌的二十多个基因混合导入酵母中，成功的生成了吗啡等止痛药物的前体——蒂巴因，这一成果成为了合成生物学研究的又一重大里程碑。国内，合成生物学在丹参中丹参酮的研究中也取得了重大突破，随着丹参酮生物合成途径的不断推进，分别构建了高产丹参酮结构类似物酵母基因工程菌。另外人参皂苷元等的微生物生产及转化都代表我国在利用合成生物学技术和策略进行中药现代化研究的重要进展。随着深测序以及生物信息学技术的发展，越来越多药用植物有效成分的生物合成途径逐渐被解析，药用有效成分的合成生物学研究也得到了快速发展，相关研究成果不断涌现。

（三）合成生物学研究策略

利用合成生物学方法在微生物体内生产药用有效成分包括：生物元件的挖掘、生物合成途径的组装、代谢途径优化以及细胞全局性能优化四个阶段。随着高通量组学技术、高分辨质谱技术、生物化学、分子生物学等研究手段的日趋完善，药用活性成分的合成生物学研究得到了飞速发展。

1.生物元件的挖掘药用植物有效成分的合成生物学研究很大程度上取决于有效成分在药用植物中的生物合成途径的解析及其生物元件的挖掘。生物元件包括基础生物元件和特征生物元件，基础生物元件包括启动子、终止子、操纵子、核糖体结合位点等遗传系统中最基本的元件，在异源重构的过程中与特征生物元件组合配合其产生作用；特征生物元件是药用植物中特征有效成分生物合成途径的功能基因及其调控因子，是该药用植物所特有的，由于药用有效成分主要在特定的生长发育阶段、特定的组织部位积累，因此其功能基因表达的也存在一定的时空特异性。目前已经建立的许多基础生物元件的数据库，而特征元件的挖掘和功能鉴定是进行药用有效成分合成生物学研究的基础。

药用植物有效成分的生物合成途径十分复杂，往往涉及几个甚至几十个酶的参与。首先是催化途径的推测，根据有效成分以及代谢中间产物的结构来推测其代谢途径，已知的生物合成途径能够为未知代谢途径的解析提供基础，另外例如KEGG(







































北京哪个医院治疗白癜风安全性高
黑龙江白癜风医院