中药作用靶点及分子机制的转录组学研究思路与方法

中医药是我国的传统和特色医学,一直以来为人们的健康保驾护航,但随着现代医学的发展,它逐渐面临着如何实现客观化、精确化和靶向化的难题。转录组学是连接基因与表型的桥梁,决定遗传物质表达与否,受外源和内源因素的共同调控,能反映内部基因组与外部物理特征的整体网络动态联系,该特点与中医整体观理论相合,符合中药多靶点、多层次整体网络治疗的特性。因此,越来越多的学者从转录组学层面研究中药作用靶点和分子机制,以探索中医药的精准医疗。相关研究已如雨后春笋,相应检测技术也从传统的基因芯片、RNA测序,向单分子测序、单细胞测序及空间转录组发展,但转录组学作为一个相对年轻的领域,在中医药的应用仍需不断探索和完善,才能成为挖掘中医药宝藏的有力武器。有鉴于此,本文系统梳理了当前转录组学在中药研究中的现状、转录组学研究常用的检测技术,以及基于基因芯片、RNA测序、单细胞测序、空间转录组和RNA干扰技术等的转录组学研究思路与方法,并指出现有研究可能存在的问题,以期为中药在转录组层面的靶点和机制研究提供方法学基础。     

中药高通量转录组研究进展

中药是中华传统文化的瑰宝,是中华民族智慧的结晶。新方法技术的不断应用使得中药研究与时俱进。高通量转录组研究经过数年的发展,已经成为一项较为成熟的研究手段。该文对中药转录组研究概况进行了综述,比较了Roche公司的GS FLXTM平台和Illumina公司的HiSeqTM2000平台两大测序平台,介绍了中药转录组分析的流程,并以西洋参和金银花为例,阐述了中药转录组研究的特色。对传统中药进行高通量转录组研究,可以从整体水平上了解目标物种的功能基因概况,明确活性成分的代谢通路,为中药研究奠定分子生物学基础,为传统中医药理论提供现代生物学阐释。但是,目前的中药转录组研究仍面临着分子基础薄弱,测序投资成本高,分析人员紧缺等困难。未来,伴随测序技术的发展与完善,转录组与蛋白质组、代谢组等组学的联合应用,将为开创高通量筛选与高效率研发相结合的新型中药产业发展模式奠定坚实的基础。     

单细胞测序技术与中医药前沿研究

单细胞测序技术是在单个细胞水平上，对基因组、转录组、表观组进行高通量测序的新技术，能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，是研究细胞异质性的有力工具。近十年来涌现出大量基于这项技术的生物细胞异质性研究，应用于肿瘤学、胚胎发育、神经生物学、免疫学等多个研究领域。在中医药领域科研中刚开始崭露头角，已经有利用单细胞测序进行中医方剂、中药作用机制等的科学研究。通过介绍单细胞测序技术概况以及现阶段在医学领域研究中的应用，论述单细胞测序在中医学研究中的可应用方向，拓展中医研究思路和方法，为探索中医药的现代化研究提供了新的支撑，大大加快传统中医药与现代生命科学技术的结合。     

转录组测序技术在药用植物研究中的应用

转录组测序技术是一种新发展的转录组学研究方法。在物种基因组信息未知的情况下,进行测序得到遗传信息,转录组测序技术是很重要的分子生物学方法,已经被广泛应用于各个研究领域。而药用植物遗传信息匮乏,对药用植物的转录组进行测序在基因组学是比较活跃的领域,可以了解植物的基因表达并分析其功能和调控机制。对药用植物的转录组学研究有助于解决遗传育种、筛选优良抗性基因等问题。介绍了转录组测序的发展,并从功能基因挖掘和次生代谢产物途径探索等方面综述了近年来转录组测序在药用植物研究中的应用,为药用植物的研究提供了更多基础数据。     

多组学联用在中药作用机制研究中的应用

组学技术的运用主要基于高通量分析检测技术,包括转录组学、蛋白质组学和代谢组学等。生物信息学的飞速发展,为探索中药治疗疾病的机制提供新的思路和方法。在过去的数十年间,组学技术广泛应用于中药作用机制的研究当中。中药具有多成分、多靶点的特点,单一通路研究难以诠释中药"整体观念"的治疗思想,而多组学联用研究与这一观点不谋而合。查阅近年文献,对转录组学、蛋白质组学、代谢组学及16S rRNA测序等联用在中药治疗疾病中发挥的作用进行综述。     

单细胞转录组测序在中药研究中的应用前景

单细胞转录组测序(scRNA-seq)是从单个细胞的水平分析转录组的表达特征,能够发现群体组织研究中被"稀释"或平均掉的单个细胞基因表达的异质性。scRNA-seq具有标准化、超高通量、集成化特点,大大简化了实验操作,显著降低了试剂耗量,同时对多种细胞进行筛选,并在单细胞水平上对基因表达模式进行分析,为药物研发提供一种更高效的检测技术和更丰富、更准确的信息。在中药领域,scRNA-seq仍是一项新技术,但scRNA-seq体现的个体化、精准理念与中医辨证施药的理论在微观与宏观之间达到了异曲同工。该文通过介绍scRNA-seq技术发展概况以及在现代药物研究领域中的应用,探讨scRNA-seq在中药研究中的应用前景,试图为中药现代化研究拓宽思路。     

转录组学应用于针灸作用机制探究的国内外研究进展

随着“后基因”时代的到来,针对基因、转录子的测序技术与芯片库建立体系已日趋成熟,转录组学能够从RNA角度对基因的表达与调控变化进行整体阐释,在疾病发生、干预机制的研究中应用价值突出。系统生物学概念与技术的普及为传统医学的机制机理研究带来新机遇,组学技术挖掘广谱变化的特点也与中医的整体观念不谋而合,故二者的结合应用是大势所趋。本文着眼于近10年通过转录组测序探究针灸作用机制的研究,从实验设计、技术选择、数据分析、研究结果等角度进行整合,探讨转录组在针灸机理探究中的应用策略,为日后相关研究提供思路借鉴与参考。     

基于全转录组测序技术的转录组学在中医药领域的应用前景分析

转录组学以其在全基因组转录水平上整体性、系统性的研究特点在中医药研究中发挥了重要作用,近年来兴起的全转录组测序(RNA Sequencing,RNA-Seq)技术使转录组学研究进入了数字化、信息化的时代。本文总结归纳了RNA-seq技术在转录组学中的优势,其整体性、系统性、个体组织差异性、时间独立性等优势改善了以往单基因研究不能切合中医学整体观念的不足;着重探讨了基于RNA-seq技术的转录组学在中医学理论及方药研究等方面的应用现状及前景,对其在中医辨治理论实质研究、方药有效成分的筛选和作用机制研究及临床用药安全评定体系等方面的应用策略进行了分析,并提出了初步的实验方案。     

传统中草药高通量测序技术RNA-seq及lncRNA挖掘的应用策略

中草药作为中国传统中医特有药物已有上千年的历史,然而对中草药资源关键生物学过程中的功能基因挖掘却刚刚起步。lncRNA功能研究越来越引起人们的重视,结合RNA-seq技术研究中草药转录组中lncRNA功能,有望揭示中草药的生长、发育、代谢等生物学过程中的分子机制。综述了RNA-seq高通量测序及在中草药转录组测序中的应用策略,简述了lncRNA主要生物学功能及分析方法,并对RNA-seq技术和lncRNA生物信息学分析方法中存在的问题进行了简要讨论。     

代谢组学技术及其在中医药领域中的应用

代谢组学是继基因组学、转录组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科,是系统生物学的重要组成部分,被认为是"组学"研究的最终方向。中医证候间可能存在着非常明显的代谢产物的不同,利用代谢组学技术研究中医病证引起代谢物组的变化,可促进"证"本质的研究,使中医辨证科学化和定量化。利用代谢组学技术整体性评价中药复方的综合疗效,阐明中药的效应物质基础,安全性机制,有助于建立科学的中药质量控制方法,确保临床中药产品的安全、有效。