时间：2024-01-19 14:44:18
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇生物信息学的前景，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
摘要：师范教育改革下高师院校课程的重新建设已成为重中之重。如何在改革的新背景下建构合适的课程体系，成为高师院校要解决的问题。本文立足于师范教育改革背景下的需求，针对《生物信息学》课程的特点和教学中存在的问题进行初步探讨，就其在教学方法的更新、教学标准的编写、考核方法的改进等方面提出了一些思考，希望通过不断的完善从而提高《生物信息学》课程的教学质量。
关键词：师范教育改革；生物学信息学；课程建设
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）21-0102-02
随着教育的发展，教师体制也不断发生改变，顺应发展的趋势，教师资格证的改革开始不断推进与完善。2012年《国家中长期教育改革和发展规划纲要》精神和教育部部署启动全国中小学和幼儿园教师资格证改革试点工作，2013年《中小学教师资格考试暂行办法》出台并规定：试点启动后入学的师范专业学生申请中小学教师资格应参加教师资格考试。2015年我国正式实施教师资格证国考制度，并实行五年一个周期的注册制度。教师资格证制度的变革是对高师院校实施教学改革的促进同时也是对师范生的挑战。改革制度下更要求提高教师的综合素质和学生能力的培养，而《生物信息学》所具备的专业性与前沿性正是师范教育对学生着重培养的方向与目标。
《生物信息学》是一门交叉学科，包含了对生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，运用数学、计算机科学和生物学的各种工具阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。随着大规模的基因组测序工作的开展，生物学数据获得了大量的积累，生物信息学悄然兴起并得以蓬勃发展。生物信息学使学生了解学科前沿和新技术进展，同时培养学生综合运用知识的能力。但目前多数院校只将其设为选修课程，重视程度很低，而且在教学内容、方法等方面存在一些问题。由于师范教育改革对师范生要求不断提高，课程的学法和内容也要与时俱进，怎样建构新的课程体系是高师院校需要解决的问题。
一、课程教学现状
1.师资力量薄弱。生物信息学不仅对教师专业知识要求高，同时也需要有计算机理论基础的教师来授课。但目前教授生物信息学课程的教师大多都为其他生物学课程的教师，这些教师往往缺乏专业的生物信息学分析软件操作训练和计算机基础，不能将各学科更好融合。
2.教学方法滞后。生物信息学是一门交叉学科，但教师在教学过程依旧采用传统教学方法，计算机辅助教学不常见，这种授课方式不仅效果欠佳也没有发挥此学科的优势。而且在教学过程中不注重培养学生对生物信息学的重要性的认识，所以学生认为该课程只是理论学科，认识不到其对实践操作能力的重要和生物数据分析的意义。
3.实践教学不足。受传统的教学观念影响，教师在教学过程中只注重理论教学忽视实践教学，导致学生所学的理论知识与实践脱节。因为生物信息学对于网络高度依赖，但由于受学时限制，课堂教学的内容有限，实践教学课时数较少，内容也比较简单，缺乏完善的实践教学过程，学生也缺乏实际动手操作的能力。
4.考评方案简单。生物信息学的考核重点是学生对生物信息基本概念的理解，软件操作的掌握程度及生物数据分析解释的能力。但一些学校的考试形式还全部是理论知识，缺少实际操作能力的检验，这种考评办法的评价效能差，而且不能体现学科的特点。
二、课程体系建设优化
1.提高教师素质。教师是教学的核心资源，其知识水平和操作技能都会影响教学的效果。提高教师素质首先要对任课教师开展《生物信息学课程教学改革和实践》专题讲座，其次鼓励教师通过查阅相关文献，了解课程的特点及发展，组织大家进行讨论，再次，也要积极组织教师参加科研活动，提高科研新能力，在科研过程中进一步了解本学科的前沿内容。
2.编写教学标准。如今的教师专业化不只是强调教师要有扎实的理论知识，更要有实践能力。所以生物信息学的课程建设改革要组织新的教学内容，合理安排理论学时特别是实验学时。课程标准对生物信息学的研究内容、现状和发展前景做具体的介绍，主要对生物信息学的基本概念和基本方法进行讲解，重点是分析软件的操作方法和生物学数据库的使用方法的讲解。
3.改进教学方法。师范教育改革意味着对师范生各方面要求的逐渐提高，学生不能只被动接受知识，所以教师在教学中要利用多媒体辅助进行直观教学，演示生物学数据库的浏览与检索，软件的使用，基因序列的检索、基因阅读框架的找寻、序列比对、进化树的构建等操作。教师也可以提供课件和DNASTAR、DNAMAN、MEGA、BIOEDIT等软件安装程序及使用手册等扩大学生的自学空间，使学生的被动学习变为主动学习，也符合师范教育对学生创造能力、应用能力的培养。
4.教学科研结合。生物信息学教学强调能力的培养，且学科的交叉性也能使学生将所学知识与之结合。教师可以鼓励学生参与相关课题研究，学校也可以提供机会让学生参与到创新创业性研究的科研项目中，这样的学习方式可以激发学生对科研的兴趣，巩固课程中所学到的知识，使学生掌握生物信息学课程的实践技能，也更好的体现对师范生创新能力培养。
5.优化理论课结构。师范教育提倡以学生为主体的授课方式，所以课堂可以采取不同的学习方式如小组合作或学生讲述等以此丰富理论课的教学模式。教师可以提出问题由小组成员讨论研究学习，课堂也可以以自讲的方式进行学习，学生通过查阅资料了解学科在临床医学、药物产业等方面的应用以及在后基因组时代的主要研究内容等，不仅掌握了前沿知识同时也锻炼教师技能，对于师范教育培养有很好的促进作用。
6.加强实验课建设。师范教育在强调师范生理论知识的同时更注重实际的操作能力，所以实验教学起着越来越重要的作用，在学习中通过生物数据库的使用，可以提高学生处理生物信息的能力。生物学数据库均可以通过网络提供数据检索服务，学生可以根据理论知识进行相应的实际操作。学院可以进一步开放实验室，为学生创造动手操作的自学实验环境。
7.改革考核方法。考试是检测教学效果的方法，也是促进学生学习的有力手段。如何考核需要制定详细的评价指标体系。生物信息学的考核改革是在基础考核之上增加了小组答辩和论文成绩。小组答辩以生物信息学在疾病研究中的应用为拟设计命题，培养学生协作收集整理相关文献并展示其整合分析结果的能力。论文以蛋白质生物信息学分析在药物靶点挖掘和药物设计中的应用为题。最后根据论文结构完整性和内容独创性、条理逻辑性和学术水平进行评分。
三、课程体系构建的进一步设想
进一步利用网络学习平台慕课扩展生物信息学的理论深度与新技术发展，学生可以进一步接触并利用云计算等技术对大数据进行处理，或基于手机客户端让学生随时可以查询及学习，这样的构建既是生物信息学课程建设的发展，也是培养学生能力的体现。生物信息学课程建设改革对学生综合运用知识的能力起到了促进作用，也加强了理论联系实践的操作能力。生物信息学能够培养学生全面掌握生物学知识，对今后选择生物学科领域的工作有推动作用，也是师范生成为合格人民教师的理论基础。
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收稿日期：2016-11-21
医学信息学与临床医学等其他医学专业的结合与发展:1998年在汉城召开的第9届世界医学信息学大会(MEDINFO．98)期间，国际医学信息学会(IMIA)主席vanBemmelJH教授曾向中国医学信息学分会主任委员欧阳轵能先生询问:“中国的医科大学是否也在培养一批从医学本科毕业，当过几年医师，又回到大学攻读医药信息处理的研究生”［3］。vanBemmelJH教授的这个问题说明了临床医学专业学生应该学习医学信息学专业的知识以提高他们今后成为医师的医药信息处理能力。而在医院信息化高速发展的今天，以电子病历为核心的临床信息系统(clinicalin-formationsystem，CIS)等迅速发展，掌握了医药信息技术的临床医师将会在他们的从医工作中做得得心应手。除了临床专业外，其他医学专业像检验、药学、预防等专业，在信息化的今天同样要跟医药信息技术密切接触，比如信息系统、决策系统、影像信息资料等的处理都离不开医药信息技术。现在的医院需要的是具有综合素质的复合型人才，因此，笔者认为，开设了医学信息学专业的高校为其他医学专业学生开设医学信息学专业课程是非常有必要的。医学信息学与生物信息学的结合与发展:跟医学信息学相似，生物信息学(Bioinformatics)同样是一门前沿的交叉学科。生物信息学包含了生物信息的获取、加工、存储、分配、分析、解释等在内的所有方面，它综合运用数学、计算机科学和生物学的各种工具来阐明和理解大量数据所包含的生物学意义。生物信息学不仅是一门新学科，更是一种重要的研究开发工具。从工具的角度上来讲，生物信息学几乎是今后有关生物(医药)研究开发所必须的工具。著名的人类基因组计划的目的之一在于阐明人类约10万种蛋白质的结构、功能、相互作用及其与人类疾病之间的复杂关系，寻求各种治疗和预防方法［4］。如今，生物信息学的许多技术已经成功应用于临床实践，其基因诊断、基因治疗等技术以其高灵敏度、高特异性将在医药行业取得长足发展。
而国内传统意义上的医学信息学的发展侧重于对文献型信息的管理、分析研究的发展。现代意义上的医学信息学，其重点是将计算技术和信息科学应用于医药卫生领域。现在的医学信息学与向医疗方向发展的生物信息学在课程设置上有许多是重叠的，比如分子生物学、细胞生物学、数据结构、数据库技术等。而且，随着学科间的交叉互补，一些医学信息学专业毕业的本科生攻读生命科学院的硕士研究生，优势互补，卓有成效［5］。对国内医学信息学专业人才培养模式的研究目前，各个开设有医学信息学专业的高校都有他们独特的人才培养方案，现就本校医学信息学专业本科培养方案进行初步剖析:根据中南大学湘雅医学院医学信息学专业2012版本科培养方案，其培养目标是:培养具有医学专业基础知识、管理学和信息科学基础知识与基本技能、计算机技术及应用能力的应用型、复合型医学信息专门人才。学生毕业后能从事以医药卫生领域为主，并覆盖其他行业领域的信息处理、信息服务、信息资源开发和利用、信息研究与咨询、信息教育以及信息系统开发与管理维护等各方面工作。笔者认为要在学制为4年或5年的时间内将学生培养成为符合要求的复合型医学信息专门人才实在是免为其难。理由如下:目前本专业培养模式由四大模块组成，即通识教育、学科教育、专业教育、个性培养。而现阶段本专业主干课程和特色课程全是医学信息学的专业课程，即专业教育，包括计算机专业课及图书情报专业课，然而，要成为复合型医学信息专门人才还需要学习医学、外语，医学包括基础医学、临床医学、预防医学、药学等课程，英语还需包括公共英语和医学英语，这些众多的课程要真正学好不是那么容易，都是需要花时间和精力去钻研的。再者，医学信息学专业的学生毕竟还是本科生，社会科学、人文科学、自然科学、全校性选修课等公共课程又是必不可少的，暂不说出于个人兴趣或对大学生活的丰富，比如参加各种社团活动、党校培训等，这么多课程已经让医学信息学专业的学生没有时间去考虑其他了，对于搞课题研究等其他自主探究性学习项目来提升学生的综合素质更是难于挤出时间来做。相对于国外，比如美国斯坦福大学，他们的医学信息学学生在第一个两年中一半时间学习正规课程，其余时间用于做研究课题。对培养医学信息学专业人才的几点建议:医学信息学毕竟是一门新兴的交叉学科，目前还不被许多高考考生和家长耳熟能详，许多考生和家长在查询各大高校信息专业的相关信息时看到“医学信息学”或“医药信息学”都很疑惑，不知道这个专业是干什么的，有什么发展前景，出于好奇或为了解决这一疑惑，许多考生和家长便采取普遍的“百度百科”查询，然而，“百度百科”的资源毕竟有限，无法在很大程度上解决考生和家长的疑惑。因此在一些设置有医学信息学专业的高校里，医学信息学专业相对于医学院的许多其他专业来说总不那么“热门”。
据不完全统计，那些进入医学信息学专业学习的考生多是因为填报了其他医学专业像临床、检验、预防未被录上而被调剂到本专业就读的。由于这个原因，再加上学生本身对医学信息学专业的不了解，直接导致了一些学生尤其是一些男同学刚入学便失去了学习的兴趣，沉迷于网络虚拟世界而浪费了宝贵的学习机会。为此，笔者认为，为了培养医学信息学专业人才，应从下面几个方面入手:①从“源头”－医学信息学专业的招生把关:优质的生源是培养医学信息学专业人才的基础。在招生录取工作中，为了使众多考生和家长充分了解医学信息学专业，学校在专业信息查询处、招生咨询处必须开设专栏，详细介绍本专业的专业特色、师资力量、培养目标、课程设置及就业前景等，让考生和家长详细深入了解本专业，解决了考生和家长对本专业的疑惑，才能吸引真正对本专业感兴趣的、有这方面意向和特长的考生积极主动地报考本专业。②专业引导和专业启蒙，激发学生的学习兴趣:针对刚入学学生出于对专业的不了解而荒废学业的问题，各院校开设由各专业领域内的权威教授主讲的“专业导论”课程的措施值得进一步推广，让学生详细了解本专业的发展方向和前景，对学生进行专业引导和专业启蒙，激发学生的学习兴趣。
例如，中南大学湘雅医学院在第一学期便对2012级医学信息学本科生开设了“新生课”，学生的学习热情浓厚。③解决因课程涉及领域繁多导致学生学习“多而不精”、缺乏自主探究学习的问题:针对医学信息学专业学生的课程繁多，学生学习面面俱到但多“学而不精”的问题，各高校可对现行的医学信息学教育模式稍作改革。例如，可以考虑将专业划分为几个培养方向，调节学科领域侧重点，使学生在第二年确定自己擅长的感兴趣的方向，将各个方向上的学生组织起来分别培养，调整课程结构，鼓励学生自主研究学习;可以考虑延长学制，将各个专业课程合理安排到各个学期，加强各领域课程之间的联系，培养更高层次的医学信息学复合型人才。各高校还可以加强硕士点、博士点的创建工作，让一批批接受了本科教育的医学信息学专业学生进行深造;有条件的高校还可以积极与国外医学信息学专业发展迅速的知名品牌大学建立长期的交流与合作，制定人才培养计划等。
作者：陈超 单位：中南大学湘雅医学院医药信息系12级医学信息学1201班
【摘要】
目的 应用生物信息学分析软件预测分析结核分支杆菌ESAT-6基因及相关蛋白的特性。方法 应用NCBI、Expasy等在线生物信息学网站及DNAstar、Rasmol等软件包分析ESAT-6并进行同源比对；预测二级、三级结构，以及预测主要抗原表位等。结果 结核分支杆菌重组抗原ESAT-6与已发表氨基酸序列同源性为90%。预测该蛋白分子质量约为9885.7Da，PI为4.6，4个抗原表位，其结构域位于56-87位。结论 生物信息学技术在结核分支杆菌ESAT-6重组抗原研究中有一定的理论和应用价值。
【关键词】 生物信息学；结核分支杆菌；ESAT-6；重组抗原
Abstract: Objective To predict the structure and function of recombinant antigen ESAT-6 of Mycobacterium tuberculosis using bioinformatics method. Methods By online analysis at bioinformatics websites such as NCBInibi.nlm.nih.gov/)and Expasy (cn.expasy. org/)， and employing software packages such as DNAstar and Rasmol to do multi-sequence homological alignment， secondary structure and tertiary structure，antigenic epitope analysis，etc. Results Compared with the amino acid sequence of ESAT-6 of Mycobacterium tuberculosis published ， the homologies was 90%. Analysis of the predicted protein indicated a molecular mass of 9885.7 KDa， PI was 4.6， function sites and four antigen pitope were found. Conclusion Bioinformatic is valuable to the study ESAT-6 of Mycobacterium tuberculosis.
Key words：bioinformatics； mycobacterium tuberculosis；ESAT-6；recombinant protein
生物信息学是在生命科学的研究中， 以计算机为工具对生物信息进行储存、检索和分析的科学。它是当今生命科学和自然科学的重大前沿领域之一， 同时也是21 世纪包括临床医学在内的自然科学的核心领域之一。对于感染性疾病中病原体、生物传播媒介、宿主的整体基因信息分析， 抗感染药物的设计， 耐药机制的阐明， 疫苗的研发、个体化的预防策略等均有着日益重要的作用［1］。本文通过生物信息学方法对本室已获得的ESAT- 6( 6KDa Early Secretory Antigenic Target)基因进行进一步预测分析，希望从中尽可能多地搜索和了解该基因的特性及相关蛋白的结构与功能的信息，以便为结核病防治筛选新的诊断抗原分子，为实验研究和应用前景分析提供信息。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 ESAT-6 DNA序列
全长基因序列为本实验室从结核分支杆菌标准菌株H37Rv中通过PCR方法获得并亚克隆于pGEM-T中，经BamH I、Xohl I双酶切初步鉴定为阳性克隆菌株送往上海生物工程公司进行核苷酸测序。将克隆基因测序结果输入DNAStar /EditSeq，查找开放阅读框，并对其所编码的氨基酸序列用DNAStar /Protean软件进行分析。
1.1.2 分析软件
DNAStar（V5.01），下载网址：dnastar.com； RasMoL Windows2.7.3，下载网址：Berns tein-plus-so ns. Com/ software/ RasMol-2.7.3/。
1.2 方法
通过NCBI网站(ncbi.nlm.nih.gov/)ORF finder 以及Prot Param（ca.expasy.org/tools/protparam/html）对序列与GenBank中的序列进行在线比对、确定其完整编码序列并预测蛋白质理化性质。通过蛋白质分析专家系统Expasy（ca.expasy.org/）所提供的蛋白质组学和序列在线分析工具：PredictProtein (http:cubic.bioc. columbia. edu/predi ctprotein/)预测氨基酸序列的跨膜区和二级结构；通过SMART（http: //smart. embl-heidelberg.de/smart/show_motifs.pl）预测其结构域；通过Mobyle (mobyle. pasteur.fr/cgi-bin/portal. py?form= psort)进行亚细胞定位；利用SWISS-MODEL（swissmodel.expasy.org/）进行二级三级结构的预测分析，用Rasmol软件包中的三维分子视屏显示。
2 结果
2.1 ESAT-6核苷酸及编码的氨基酸序列及理化特性
ESAT-6基因序列由288个bp组成，编码95个氨基酸，氨基酸序列为：
MTEQQWNFAGIEAAASAIQGNVTSIHSLLDEG
KQSLTKLAAAWGGSGSEAYQGVQQKWDATATELN
NALQNLARTISEAGQAMASTEGNVAGMFA。用DNAStar软件及ExPASy Protemics Server protparam 预测氨基酸序列的分子质量、等电点、稳定性指数等。综合二者结果如下：ESAT-6分子质量单位为9885.7KDa，理论等电点为4.6，碱性氨基酸残基（Arg+Lys）百分比为4.3%，酸性氨基酸残基（Asp+Glu）百分比为9.5%，在哺乳动物、酵母、大肠埃希菌中的半衰期分别为30h（体外）、＞20h（体内）和＞10h（体内），不稳定指数为53.37，脂溶性指数为69.05，两亲性指数为-0.359。
2.2 ESAT-6氨基酸序列的同源性分析
与NCBI/GenBank上发表的ESAT-6（GenBank序列号：pdb|1WA8|B）氨基酸序列进行比较分析，结果发现同源性为90%（图1）。
2.3 ESAT-6二级结构预测
用DNAStar /Protean分析重组蛋白特性及二级结构见图2(封3)。结果显示ESAT-6的二级结构中含有较多的α-螺旋结构（占78%），β-片层、转角（Turn）、无规则卷曲（Coil）依次为1%、5%和16%。
2.4 ESAT-6的跨膜区域、结构域预测及亚细胞定位
跨膜区域如图3所示（封3），该蛋白位于细胞外，说明为分泌性蛋白。SMART预测结果显示ESAT-6的结构域位于56-87位（QKWDATATELNNALQNLARTISEAGQAMASTE）。存在于细胞核的可能性为26.1%，在线粒体上存在的可能性为39.1%，在胞浆的可能性为34.8%。
2.5 ESAT-6的亲水性及疏水性分析
根据ProtScale软件预测结果（分值越高，其疏水性越强，分值越低，亲水性越强），与跨膜区域的推测结果一致，其疏水性较强。就整体而言，亲水性氨基酸分布在整条链上，为两亲性蛋白，见图4（封3）。
2.6 ESAT-6的抗原表位肽段的预测
用Predicting Antigenic Peptides对ESAT-6抗原表位进行预测，结果表明该蛋白有4个抗原位点，见图5（封3），分别为：10-16（GIEAAAS）、18-30（IQGNVTSIHSLLD）、35-41（SLTKLAA）、50-56（AYQGVQQ）。
2.7 ESAT-6的三维结构预测
Internet/SW ISSMODEL /EXPASY/ swiss2spdbv37 sp5分析模拟ESAT-6重组蛋白质三维结构见图6（封3）。
3 讨论
近年来研究表明，重组蛋白抗原研究是结核病血清学诊断研究的热点。重组蛋白抗原的获得为结核病诊断提供了极大的方便。利用基因工程技术可获得质量更好，纯度更高的蛋白抗原，为结核病血清学诊断方法及蛋白质芯片检测技术的建立奠定了坚实的基础。目前发现的结核分枝杆菌蛋白抗原主要有14KD、16KD、38KD、mtb81和ESAT-6等［2-6］。其中，ESAT-6抗原是早期分泌抗原，是区别结核杆菌和非结核杆菌的最佳候选蛋白抗原，也是目前研究蛋白抗原中较为敏感和特异的一种较为理想的免疫诊断蛋白抗原。
传统生物学认为，蛋白质的序列决定了它的结构，也就决定了它的功能［7］。蛋白质的功能不仅取决于其氨基酸组成顺序决定的一级结构，在很大程度上生物学活性取决于其高级结构。然而通过实验方法获得蛋白质结构不仅成本高而且速度慢。因此，随着近10年来生物学分子序列信息的发展，目前已经可以用理论预测的方法获得大量的结构和功能信息，用生物信息学的方法，通过计算机模拟相关的辅助信息，可以用较低的成本和较快的时间就能获得可靠的结果［8］。DNAStar软件是一个常用的功能强大的基因和蛋白质综合分析软件。
本研究中我们利用生物信息学技术对获得的重组ESAT-6基因所编码蛋白分子在一级结构分析的基础上，又进行了蛋白特性及高级结构的初步分析。根据对ESAT-6蛋白氨基酸序列的一、二级结构分析预测， 我们对此新基因有了一定的了解：该基因开放阅读框长度为288bp，推导编码95个氨基酸，分子量约为9885.7Da，理论等电点为4.6，不稳定指数为53.37，脂溶性指数为69.05，两亲性指数为-0.359。同源性比对发现其基因序列与Genbank公共数据库检索出的ESAT-6基因序列的同源性比较发现，它们的基因几乎完全相同（同源性达99%）。提示该蛋白具有较好的遗传学稳定性，适合作为结核病诊断抗原研究的候选分子。一般来说，由于在有机体内部亲水性残基位于表面，因此蛋白质的亲水部位与蛋白质的抗原位点有密切的关系。而无规则卷曲区域除了决定蛋白质的功能外， 与抗原表位也有关［8］。经分析，该序列中α螺旋和无规则卷曲的比例为94%，提示该蛋白有很好的可塑性，可能与其功能有关。SMART预测结果显示ESAT-6的结构域位于56-87位。亚细胞定位表明该蛋白存在于细胞核的可能性为26.1%，在线粒体上存在的可能性为39.1%，在胞浆的可能性为34.8%。综合本研究的亲水性、疏水性、二级结构等预测结果发现：ESAT-6亲水性和可塑性较大、抗原性指数较高，这为ESAT-6抗原表位的确定提供有力的证据。此外，通过专业分析软件明确了ESAT-6蛋白抗原表位位点有4个，抗原表位的肽段序列的确定，为将来进一步开展的结核病诊断血清价值的研究提供理论依据，并为其他蛋白质抗原表位的分析提供了一种可借鉴的手段。ESAT-6重组蛋白的三级结构模拟能够直接提供更多的蛋白质立体构象信息，这对ESAT-6进一步的研究和应用提供很好的线索及数据平台。
对ESAT-6基因的生物信息学分析为研究该基因的功能和其在诊断、治疗及预防方面的应用价值研究提供了信息。
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准确地说：自20世纪80年代以来，我们已是处在一个信息爆炸的时代、一个知识经济的时代。有人还更形象地说：这是一个一“网”情深的时代；一个“网”事如歌的时代；一个无“网”而不胜的时代。的确，进入20世纪的后期，我们已实实在在地处在了一个信息网络化的时代中。未来学家们又进一步预言说：21世纪将是生物科技的时代，或者说是生命科学的时代。因为生物技术和信息技术的迅猛发展已向人们展现出了更加诱人前景，并使得将生物学和信息学结合起来的生物信息学的研究成为可能。运用生物信息学的原理或机制去提示生命的奥秘，认识和探讨人类疾病的发生和发展及至康复等医学问题，将是一个全新的课题，并有望开启一个崭新医学时代。生物信息医学的时代。这是一个将“物质、能量和信息”三基元的思想用来指导医学的研究和发展的新阶段，是对现代医学仅从人体的物质结构和功能(能量)或者注重从生物物理和生物化学的角度去认识疾病和防治疾病方法的一种进步和完善。换句话说：我们将从生理、生化和生物信息三方面去看待机体和生命，去认识和防治疾病。这不正是我们传统中医学的“形、气、神”理论的现代体现吗?所以，我们认为，21世纪的医学发展趋势将是以生物信息为主导的医学新时代。
下面我想从4个方面来分析和探讨一下，我们所提出的“生物信息医学”形成的可能性或可行性。即：①现代高新科技发展所提供的时代科技背景；②信息时代新的哲学思想原则为之提供的认识论和方法论；③生物信息医学已存在的历史和发展现状；④生物信息医学未来的发展前景展望。
1生物信息医学形成的时代背景――现代高新科技
现代医学科学的每一个新进展都与当时的科学研究和技术的支持是分不开的，在当今蓬勃发展的医学背后有现代高新技术强有力的支撑。
现代高新科技来自现代尖端科学的研究，所谓尖端科学就是人类探索自然界规律，攀登科学知识高峰的前沿。当前，科学研究的最前沿主要可以归结为以下几个方面的问题，即物质的组成或结构，生命的本质和演化，人类生存的环境，宇宙的起源和人类智力的奥秘。正是对在这些问题探索研究的过程中，人们不断获取尖端科学知识，并应用这些知识，又进一步开发出了如下高新科学技术，即：①生命科学技术(或称生物科学技术)――对生命的本质和演化的探索；②信息科学技术――对人类智力的探索；③软科学技术(或称管理科学)――对人类智力的探索；④海洋科学技术――对生存环境的探索；⑤空间科学技术(或称航空航天技术)――对宇宙空间的探索；⑥环境科学技术――有益于环境的高新技术；⑦新材料科学技术――对物质的组成或结构的探索；⑧新能源和可再生能源科学技术――对物质的组成或结构的探索。
这高新技术中，其中信息科学技术、生命科学技术和软科学(管理科学)是与人的生命和智力的探索直接相关的。自然也是与医学是密切相关的科学和技术。海洋科学和空间科学及环境科学，主要研究人类生存空间的拓展和生存环境的保护，也是以人为本的。新材料科学和新能源及可再生能源科学则主要是为人类寻找更好的使用工具和动力资源，提高人类劳动效率和生存生活质量。同时，其新材料科学技术还将会为我们的医学提供更精细和精密的诊疗仪器或技术手段。例如：纳米技术可使我们造制出更加精细的检测仪器，如：纤维镜、胃镜等，也可提供更精细手术器械等。
在现代高新科学技术的基础上，现代医学科学研究方法的特点：一是研究更为深入，利用现代生物学先进技术，在核酸、蛋白质等生物大分子水平上阐述生命体的结构和功能特征，并且利用基因技术使人们能够设计和改变生物体特征；二是研究技术的综合应用，以往各学科单一的研究方法、系统正在被跨学科多水平的实验体系所取代，高水准的研究一般都在整体、离体组织、细胞、分子多种水平上证实一种论点；三是高新技术的发展完善，使得元损伤非侵入式研究越来越广泛被采用，不仅可以在实验动物上得出与人更接近的结果，还能直接用于人体的研究；四是信息科学技术又为现代医学科学的研究提供了新的思路和方法。它使我们对生命体的认识不再只考虑其物质结构和能量代谢两个方面的问题，而是将生命体内物质、能量和信息三个基本要素都考虑进来。目前，对于人体信息系统的组成、信号转导及有关的分子家族、信号转导过程、细胞内信号转导、细胞间通讯、神经信息的传递、大脑信息的加工、处理等有了前所未有的详细认识。
因此，在这里我将重点介绍一下信息科学技术和生物科学技术。因为，这两项技术与我所提出的生物信息医学是紧密相连的。
1．1信息科学技术
1．1．1信息的定义及本质的讨论：从20世纪中叶开始，对于信息的定义及其本质的问题在世界范围内已引起了非常广泛的讨论，但仍未有一个定论。
其实，信息现象十分古老，早在人类历史发端以前，信息已存在于物质世界。如阳光普照，星光灿烂，就是宇宙天体发出的信息，在人类社会诞生以后，信息不仅来自物质世界，而且来自精神领域。人类认识和改造客观世界的过程，实质上就是一个信息过程。所以，人类自诞生以来，一直是在不断地进行信息的加工、传递、交流和利用等过程。
人类虽然很早并一直在接触和利用信息，但对信息进行有意识的科学阐析，都是20世纪以后的事。在此之前，我们对信息的认识和理解，主要是指一些通知、报告、新闻消息、报道、情报、知识见闻、资料等，进一步指思想、事实、思维、意念、资讯等，在通信科学发展的时代中是指信号、指令、代码、数据、图像等等。这些都是我们的日常可能接触到的一些信息。。然而，从哲学的角度去深究信息的本质，是相当艰难的，在学术上也一直是争论不休的。这些争论，始终是围绕着信息同物质、能源的关系，同认识、意识的关系问题展开的。由于人们认识上的差异以及观察角度和采用方法的不同，各国学者在探索过程中，给“信息”下的定义已有四五十个之多，每种定义都有理性的面，但还没有一个是定义在世界范围内得到公认。不过，从这些讨论中可以肯定的是：信息与物质和能量一起共同构成了人类可利用的三大基本资源要素。换句话说：整个世界(包括人体)是由物质、能量和信息三大资源构成的。信息论的创始人之一，美国学者唯纳说过一句有名的话，他说：信息就是信息，它不是物质也是能量；不承认这一点的唯物论，在今天就不能存在下去。
随着信息科学和技术的发展与完善，相信人们一定会对信息的本质作出一个比较全面的科学阐析。目前，对信息的单位已确定了用“比特”来表示。所谓的信息流也就是比特流。美国麻省理工学院媒体实验室主任尼古拉•尼葛洛庞帝先生说过：信息社会的基本要素不是原子，而是比特。比特与原子遵循着不同的安全法则。比特没有重量，易于复制，可以以极快的速度传播。它在传播时，时空障碍完全消失。而原子只能由有限的人使用，使用的人越多其价值越高。尼葛洛庞帝还说：“我觉得我们的法律就仿佛在甲板上吧达吧达挣扎的鱼一样。这些垂死的鱼拼命喘着气，因为数字世界是个截然不同的地方。大多数法律都是为了原子的世界而不是比特的世界而制定的”。可见信息与物质和能量有着本质的不同。另外信息网络带来的挑战，可能会更超出我们所有人的想象。所有这些都将有助于我们对“信息”的进一步理解。对于信息的定义值得一提的有：《中国新闻实用大辞典》(人民日报出版社)从“实用”的角度，把“信息”表述为：一切事物的状态和特征的反映。它普遍存在于自然界、人类社会以及人们的认识和思维过程中。人类生活的世界是一个充满信息的世界。另有一个比较通俗的说法：即认为凡是人和动物通过眼睛、耳朵、鼻子、舌头、身体、大脑接受到的外界事物及其变化，统统都含有信息。如五彩滨纷的图画、火车的鸣叫、香水的芬芳、苹果的酸味、棒击的疼痛、灵感的触发等等。据专家统计，一般来说，人类通过视觉获得的信息占83％，通过听觉获得的信息占12％，而其余6％的信息通过嗅觉、触觉和味觉获得。然而，这些也只不过是指人体从外界接收或获取的体外信息，只是机体信息中一个方面。而另一方面在生物体内自身还有其信息的加工、处理、发出、传输、储存和利用等过程。如大脑的思维、心理活动、神经反射、激素调节、体液传导、遗传变异、气功意念、经络传感、细胞、组织的新陈代谢等等，都是一些重要的生物信息过程。可见，“生物信息”的过程要比现在我们了解的“电子信息”处理的过程更为复杂。
现代医学是建立在分子生物学、细胞学、组织胚胎学、解剖学、生理学和生物化学的基础上的。它注重的是机体不同部分之间的差异性，即每发现一个部分在结构和功能上的不同，就给予这个部分一个命名，就成为一种新发现。这也正是科学界历来所信奉的“结构决定功能”的理论观念。由于这种思想观念的指导，使人们对机体内部各个部分都有了深刻的研究和了解，便于得到各部分之间的结构方式和本质差别，进而了解其功能特征。然而，这种只从物质结构状态和功能(或能量)特征去认识机体是不全面的，它忽视了生物体不同部分之间还有其信息的联系和控制调节等特点，即生物体内的“信息调控机制”问题。因而，现代医学也就遇到了许多理论难题和临床疑点问题，这些问题也正是影响医学和生命科学全面发展的主要因素。因此，未来医学则必须是建立在生物物理学(物质结构功能，即分子生物学、细胞学、组织胚胎学、解剖学、生理学等)、生物化学(物质和能量代谢)和生物信息学的基础上。
1．1．2信息技术的发展历程：在人类诞生之初――即最原始的人类，其信息交流可能主要是靠叫声和动作手势，进而就有语言的产生，最后又有了文字符号，并进一步又有印刷术的出现。紧接着又有书报、信件、邮递员、信鸽等信息传播工具或媒体，这些是古代信息传播技术发展的一个基础过程。到了近代，随着电的发明和发展，利用电来传递信息的技术得以研究和发展。最初是电报、电传，到了1876年3月10日，贝尔运用电声转换技术发明了电话，随后又是有了无线电广播、电影、电视的发睨。这些使人类的信息传播技术产生的一个飞跃，是一次信息革命
进入20世纪后，电话、无线电广播、电影和电视得到了极大的发展和应用。更有意义的是：20世纪上半叶又有了电子计算机的出现，计算机改变了人类对信息储存、加工、处理和复制的基本方式，也使传统的印刷术发生了一场革命。使之告别了铅与火，代之以光和电。进入20世纪90年代以后，以Intemet为代表的计算机网络得到了飞速的发展。它从最初的教育科研网络，逐渐发展成为商业和民用网络，并正在改变着我们工作和生活的各个方面。可以毫不夸大地说，Intemet是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。目前，Intemet与电话和电视并称为三大通信网络。从计算机网络(Intemet)的发展速度和趋势来看，有可能以它为核心将“三网合而为一”。
1993年9月15日，美国政府了一个在全世界引起很大反响的文件，其文题是“国家信息基础结构行动计划”。后来人们又通俗、生动而形象地把这个“行动计划”称作“信息高速公路”。紧接着全世界所有的工业发达国家和很多发展中国家都纷纷研究和制订本国建设信息基础结构的计划。这就使得计算机网络(Intemet)的发展进入了一个新的历史阶段。应该说，这正是我们进入信息化时代的一个标志。当然，这个时代是经历了由信息科学研究一信息技术革命一信息产业化、商品化一信息的社会化一信息化时代的过程，也差不多是经历了一个世纪的发展历程。
在这个信息化时代，我们所有的人都可以感受它给我们带来的快捷和便利。也更惊叹它的发展速度以及其社会变化竟是如此变幻莫测。有一个著名的定律是美国贝尔电话实验室的穆尔提出的，叫穆尔线性定律：他说一个硅片上的晶体管数量，按每18个月增加1倍的集成度的速度增长。目前，一块计算机芯片上晶体管的集成度已达几亿个以上。据估计，到2007年将达到2000亿个晶体管。所以，有些学者说，在信息化时代，我们只能预测到5年(最多10年)以内的发展情形，10年以后是很难以预料的，因其发展太快了。如果说20世纪末的信息时代是那么地变幻莫测，那么21世纪的生物科技时代，就更难以预测了。因为，21世纪人类的生存、生活、婚姻、家庭以及伦理、道德等方式都将有可能被重新定义或定位。你想想，可以将人进行复制，并使生命延续的克隆技术已予示着将打破一切条条框框(这正是下面我将要介绍的生物科学技术的发展及态势)。
1．2生物科学技术的发展态势：生物技术应该说不完全是一门新兴学科，它包括传统生物技术和现代生物技术两部分。传统的生物技术是旧有的制造酱油、醋、酒、面包、奶酪、酸奶及其他食品等传统工艺。现代生物技术则是指20世纪70年代末80年代初发展起来的，以基因工程为核心，以DNA重组技术的建立为标志的新兴学科。目前我们所提的生物技术基本上是指现代生物技术。
现代生物技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程以及生化工程等。．不久的将来也许还将有生物信息工程的诞生。
1．2．1基因工程：1944年Averg等科学家阐明了DNA是遗传信息的携带者；1953年Wats。n和Crick提出了DNA的双螺旋结构模型，阐明了DNlA的半保留复制模式，从而开启了分子生物学研究的新纪元；1961年M•Nirenberg等破译了遗传密码，揭示了DNA编码的遗传信息如何传递给蛋白质这一秘密；1972年Berg首先实现了DNA体外重组技术，这标志着生物技术的核心技术――基因工程技术的开始，它向人们提供了一种全新的技术手段，使人们可以按照意愿在试管内切割DNA，分离基因，并经重组后导人其他生物或细胞，藉以改造农作物或畜牧品种；也可以直接导人人体内进行基因治疗。基因治疗主要包括制备正常基因取代遗传缺陷的基因，或者关闭异常表达的基因，或者降低异常基因的表达强度。这样可以对一些由于基因突变、缺失和异常表达所引起的疾病，如遗传病、恶性肿瘤等有望达到较理想的治疗效果。
根据基因工程技术而进行的基因工程药物的研究自20世纪70年末也已经开始，如人工胰岛素、干扰素、生长素类、白细胞介素类和肝炎疫苗等。一还有转基因技术对人工选育优良品种也取得了成功。其中克隆羊的成功为动物转基因研究揭示了广阔的前景(有关克隆技术在下面的细胞工程中介绍)。
1．2．2细胞工程技术：所谓的细胞工程是指以细胞为基本单位，在体外条件下进行培养、繁殖，或人为地使细胞某些生物学特性按人们的意愿发生改变，从而达到改变生物品种和创造新品种，加速繁育个体，或获得某种有用的物质的过程。在这里我重点介绍一下细胞核移植技术-克隆技术。进入20世纪90年代，利用幼胚细胞核克隆哺乳动物的技术接近成熟。世界上许多国家和地区，如美国、英国、新西兰、中国、台湾等纷纷报道成功克隆猴子、猪、绵羊、牛、山羊、兔等。不过最让生物学家和全世界震惊的重大突破是英国PPL生物技术公司罗斯林(R。slin)研究所的维尔穆特(Wilmut)博士于1997年2月27日在世界著名权威杂志《Nature》上宣布的用乳腺细胞的细胞核克隆出一只绵羊“多莉”(D。lly)的消息，“多莉”的诞生，既说明了体细胞核的遗传信息的全能性，也翻开了人类以体细胞核竟相克隆哺乳动物的新篇章。仅仅过了一年半，1998年7月5日，日本人就喜迎来了叫作“能都”和“加贺”的两头克隆牛犊的降生。它们是用母牛输卵管细胞的细胞核克隆成功的，几乎与此同时，一组科学家在美国檀香山宣布，他们已经采用卵泡细胞的细胞核克隆成功的小鼠“卡缪丽娜”再克隆出了下一代。祖孙三代22只克隆鼠组成的大家庭具有完全一致的遗传基因和信息。随后，德国和韩国的科学家也相继宣布用体细胞成功克隆出哺乳动物的消息。可见，几个世纪以来人类梦寐以求的快速、大量繁殖纯种动物的夙愿，在20世纪快要结束之前正在变成现实。
如果说1997年2月克隆“多莉”羊的新闻轰动了世界，一些人还是持怀疑态度的话，那么随着“能都”和“加贺”等多头克隆牛的问世以及克隆老鼠的再克隆成功，用体细胞而不是用早期胚胎细胞的细胞核克隆的哺乳动物，已经成了广为科学界和普通群众接受的事实。在此基础上，克隆人已经不再是科幻小说中的故事了。1998年初，美国哈佛大学的理查德•希德宣布了他的克隆人计划，立即招来了全世界一浪高过一浪的反对呼声，紧接着欧洲19国联合签署了禁止克隆人的协议，我国政府以及美、英、德、日也已明确表示反对。然而这位69岁的博士称：克隆人“只不过是人类生育的另一项先进技术”。他计划把自己的体细胞核与捐献者的卵相结合后，再将这个胚胎植入他妻子格洛丽亚的子宫中，以期生下他的复制品。目前全世界都以关切的目光注视着希德的举动和美国政府的一些反应。另据报道，韩国科学家已于最近克隆成功了人的早期胚胎，但摄于法律的约束，又主动将她销毁了。正象核能的开发具有截然相反的作用那样，人类对克隆自身已采取了十分慎重的严肃态度。
但是，科学的发展是无法阻挡，即便是法律最终也可能无能为力，它也只能为顺应科学的发展而变化或制订新的条文，以此来对新生事物加以规范或约束，强制阻挠是愚蠢的。正如信息时代一样对信息犯罪必须重新修订法律条文。所以，克隆人最终还是会变成现实的。据了解，目前在医学领域是允许可以克隆器官的，以便提供被人体易接受的一模一样的器官移植。
总之，这项技术必将对21世纪的医学科学、生命科学以及农学等诸多领域产生重大的影响和变革。如果一旦被允许可以克隆人时，那么，整个社会的形态，生存和生活的方式都将发生变化，人与人之间的关系、婚姻、家庭和伦理道德等概念都将会被重新改写或定义，因为，一种新的生育方式将改变这一切。因此，21世纪的生命科学时代的确是人们难以预料的。
1．2．3生物信息学的萌生：随着人类基因组计划等大型国际项目的实施，以及生物技术和信息科学技术的进一步研究和发展，一门新兴的边缘学科――生物信息学已应运而生。因为，生物科技和信息科技等高新技术的发展已为生物信息学的研究、开发和利用提供了可能，并已成为当前一个前沿领域和研究的热点。
生物信息学是以核酸(DNA分子)、蛋白质等生物大分子的信息密码；细胞间的通讯；脑科学和神经网络；内分泌激素的信使作用和免疫调节，以及中医的经络学说和精气神理论为主要研究对象。以数学、信息学、计算机科学和仿生学为主要手段，以计算机硬件、软件和通信网络为主要工具，对浩如烟海的原始数据和纷繁复杂的生命信息进行存储、管理、注释、加工、解读，使之成为具有明确生物意义的生物信息。通过对生物信息的查询、搜索、备份、比较、分析，从中获取基因编码、基因调控，核酸和蛋白质的翻译和其结构功能关系，大脑的信息加工、处理机制、神经信息的传输原理等等知识。在弄明白这些大量的生物信息的基础上，再结合已有的生理、生化知识去探索生命的起源、生物的进化、生命信息的传输调控机制、大脑的思维和神智；人类的疾病与康复，以及细胞、器官和个体的发生、发育、衰亡等生命科学中的重大问题，搞清楚它们的基本规律和内在联系，是完全可能的。因此，生物信息学对21世纪的医学科学和生命科学具有不可估量的奠基和推动作用。
高新技术的重要特征之一是学科的横向渗透、纵向加深、综合交错、发展迅速。所以，我们所提出的生物信息学也正是在现代多学科发展的基础上横向结合而产生的。它是生物学与信息学，信息学与生物医学工程学等学科之间的相互交叉、相互渗透的一门边缘学科。同样，生物信息学又将与生命科学和医学科学进行交叉和渗透，并进一步形成生物信息医学这门新兴分支学科。它将促进医学科学的发展，并有可能引发一场医学革命，使我们步入生物信息医学时代。虽然，我们目前尚不能作出一个比较完善的定义或解释，但是，今天我们大家大概都不会否认，信息过程是生物体(人体)的一个重要过程。这一过程从根本上来说，是个体为了适应机体内、外瞬息万变的各种环境。事实上，现代生物遗传工程、转基因技术、细胞工程学和克隆技术，还有现代医学的脑科学研究、神经生理学、内分泌激素、免疫学、心理医学和思维医学，以及我们祖国传统医学中的针灸学、经络学说、气功和推拿按摩学等等，这些都已不同程度地揭示了机体内的一些信息过程中内涵。这些探讨生命过程中的信息问题，对于了解生命的本质、演化以及疾病的发生、发展和转归等无疑是十分重要的。因此，我们有理由相信，生物信息医学将成为21世纪医学科学研究和发展的主流。
2信息时代的哲学思想原则与方法
19世纪和20世纪初，我们把它称为工业化的时代。在工业化时代，牛顿力学有力地支撑了对立统一的哲学思想原则，也使我国古代就已形成的“物生有两，体分左右，皆有二也”的朴素“二元论”辩证法观念找到了近代科学的解释。然而，牛顿力学观察的是两个物体之间的相互作用，是以质量和能量作为物质的两个本源特质的。人们很容易理解，任何事物都有正反两个方面，非此即彼，非我即敌的机械认识论观点就是这种思想方法的极端体现。
进入20世纪后半叶，现代科学技术发展把人们推进到了信息化时代，人们遇到的诸多问题已经不可能在牛顿力学的单一因果链的思维平台上获得满意的答案，除了对立双方之间的力学作用之外，还必须考虑介质或者环境变化的信息作用问题。对立双方长期斗争的结果并不总是一个吃掉另一个，而往往是两败俱伤，由第三者或第三态主导局面。因此，信息时代的哲学思想原则应该是至少要考虑三个最基本的要素而不是两个。比如：物质、能量和信息；元序、有序和自序；整体、局部和媒介；主体、对象和环境；正态、负态和零态；宏观、微观和中观等等。现已知晓：物质、能量和信息是人类可利用的三大基本的战略资源。整个世界包括我们的人体，是由物质、能量和信息三者所共同构成的。因此，一位美国科学家曾经说过这样一首诗，他说：“没有物质的世界是一个虚无的世界；没有能量的世界是一个死寂的世界；没有信息的世界则是一个混乱的世界”。可见，物质、能量和信息这三者是缺一不可。物质可以被加工成材料，为工具准备形体；能源可以被转换为动力，为工具注入活力，驱动机器运转；信息则可以被提炼成为知识和智慧，为工具和机器提供智能指令。在这三种资源之中，物质相对直观；信息资源相对抽象；而能量资源则介于两者之间：人类认识世界的规律是由直观而至抽象，这就决定了一个极为有趣的生产力发展进程。在农业时代，人们主要利用物质一种资源来制造人力工具(称为一维工具、死工具)，这种“物质”又全部取之于自然环境；在工业时代，人类进一步学会了高效地利用能量资源，并把它与材料结合起来制造动力工具(称为二维工具、活工具)物质和能量大显身手、大出了风头，使我们看到了电灯代替油灯，汽车代替了马车。到了信息化时代，人类又学会了利用信息资源，并把它与物质和能量结合起来制造智能工具(称为三维工具、聪明工具)，也使我们看到计算机代替生产线上的工人。也因此在信息时代，大量的下岗和失业是在所难免的。
由此可见，人类的生产活动，实际上是通过能源的开采、运输和变换，作用于各种物质，使之发生物理的和化学的种种变化，使之成为人们所需要的各种产品。这种能量流和物质流的结合程度，取决于信息流的注入程度。我们人类的医疗实践活动似乎也遵循了这一发展规律，在原始的农业时代，人们的医疗手段主要是靠自然医疗和天然药物医疗。那时只能凭借自然界的现有条件来同疾病作斗争。到了工业时代，人类也就掌握了运用化学药物和切开手术医疗手段来战胜疾病，这些正是将物质和能量的结合利用。那么，到了信息化时代，人类也将会把信息导入医疗实践活动，并把他作为一种新的诊断和治疗手段，或与药物和手术结合起来应用，使其医疗手段更加先进和完善。在工业化时代，人类对自然资源的过度开采和大量索取，造成了有些资源短缺、物种的灭绝和环境的严重污染或破坏等，已使人类饱偿大自然对人类的惩罚。同样，现代医学由于大量使用化学药物和手术切除或置换修补，致使药源性和医源性疾病的发生和泛滥。也使人们也偿到苦头，并感到了恐慌。把生物信息资源导入医疗实践，将很有可能改变这一不利局面。
我们知道，在生产力体系中，物质、能量为实体因素，而信息是非实体因素。信息对物质和能量起着结合和控制作用。没有信息的参与，物质和能量无法正常发挥作用，生产就混乱而无法进行，除了这种“结合”和“控制”作用外，信息还起到放大或倍增作用――即信息可以凭借它“携带”的科技和经济知识、管理智慧，使物质和能量十倍、百倍甚至千倍地产生效益。一旦人们掌握了新的技术信息和管理知识，就可以创造发明新的工具；利用新的能源，掌握控制先进的生产程序，就可以十倍、百倍地提高劳动生产率。同样的道理，将信息作为一种诊断和治疗手段或要素参与医疗实践，无疑将可以降低化学药物的用量和手术的创伤使疗效成倍的提高；甚至可以免去不必要的手术和化学药物的应用，使治疗效果更加稳定、可靠，副作用也更小。
总之，在信息时代，人们对信息的本质和作用的认识也越来越深刻。并受到广泛的重视，传统哲学的二元论思想原则已受到挑战。一种以“物质、能量和信息”三基元的哲学指导思想正在起着主导作用。这种新的哲学思想认为：任何事物都是由三个具有正交完备性的最基本的要素构成的，比如热力学有三定律，机械学有三定律，生物学也有三定律(遗传、变异、自然淘汰)，现代交叉科学有老三论(控制论、信息论、系统论)，新三论(协同论、突变论、耗散结构论)，有三个基本原理，彩色电视中有三基色原理，任何事物可能都是由物质、能量和信息三个基本要素的完整体现，任何事物(包括机体)的组织形态也可能都存在着无序、有序和自序这三种极端模式等等。这种“三基元论”的哲学指导思想原则，无疑将改变我们对所有自然科学的研究方法和认识论观点。
我们知道，西方近、现代自然科学受英国启蒙科学家培根(R．Bac。n，1220～1292)的巨大影响，抛弃了古代科学家习惯使用的思辩方法，强调“实验方法”和“数学”的伟大作用，倡导一种直观形象的思维方法或模式，采用一种实证方法来进行验证。也就是我前面所提到的科学界所信奉的“结构决定功能”科学思想观念。因此，在18世纪以来，实验和观察成为所有自然科学的主要研究途径和人类认识客观世界的第一位的最重要实践活动。并进而将现代科学技术推进到一个很高的水平。
现代医学(西医)正是在这种哲学指导思想和科学发展的背景下得以取得了巨大发展的。其思维模式是以具体(个体)的形象思维为主导的，即将其分割后进行验证，运用形象的逻辑推理的方式，来找到或发现有可能的因果关系。因此现代医学(西医)较偏重于局部的组织结构和功能的研究，而对于整体的宏观信息调控的考虑则相对较少，如解剖学、细胞学、组织胚胎学、分子生物学、病理学、细菌学、生物化学等，这些学科都是从不同的角度，通过实验方式进行研究和观察。它注重和强调具体的人体物质结构和形态的存在形式。与此正好相反，我们传统的中医学却仍然坚守着古代哲学的思辩方法，即是从复杂的整体环境和现象中寻找规律，通过比类取象的方法，对物质世界进行一种抽象的概括或综合归纳。因此，中医学偏重于整体的宏观研究和经络信息网络的调节机能，是以整体的、运动的、辩证的观点在活的机体上来认识人体，依据“天人同理” 原理，采取比类取象的方法，以自然和社会的规律及现象来类比观察人体与疾病。如中医的阴阳五行学说、形气神理论、天人合一理论、五运六气和脏象学说等，都是我国劳动人民在长期的生产和生活实践中测天观地、比类取象，并引伸到人体的生老病死中，以整体的抽象思维方式概括而成的。同样，针灸学中的经络学说也是古人根据人体复杂的“气”感和穴位效应等机体信息变化现象而抽象概括描述出来的。
这两种不同的思维模式也就导致中西医两种截然不同的理论体系。现代医学因抛弃了抽象的思辩方法，因而在认识上就不够全面了，这也是现代医学不能完全取代传统中医学的原因。信息时代的“物质、能量和信息”三基元论的哲学指导思想原则将使我们重新调整对人体的认识方法和医学的研究方法。前面说过，物质是具体而形象，而信息相对抽象；能量则介于两者之间。因此，西医的形象思维和中医的抽象思维模式都只能是认识论的一个方面的，都有一定的片面性或局限性。如果将它们结合起来作为医学的一种新的认识研究方法，即形成第三种思维方法――维象思维模式，我想我们医学的发展就会有较大的突破，中西医两种医学也就可能真正结合到一起。我们所提出的生物信息医学正是以这种新的哲学指导思想原则和维象思维模式为指导，它将会使我们传统中医学的一些抽象理论和神奇的治疗方法得以挖掘和科学的阐析。因此可以说，信息科技时代将是我们传统中医学得以振兴和科学解析的时代。
3生物信息医学存在的历史和发展现状
3．1传统中医学中的信息医疗方法和思想：《灵枢•官能篇》日：“语徐而安静，手巧而心审谛者，可使行针艾……缓节柔筋而心和调者，可使导引、行气”。这就是说在传统的针灸和按摩治疗中，已体现出了一种朴素的信息医疗思想观念。它对从事针灸的施术者(医生)提出了要修心养性，语言和蔼，施术时要安静，注意意念集中，以便达到最佳的信息调节治疗效果。对从事气功推拿的要求是：应加强修炼，使动作柔缓、心理调和，这也是强调意念信息的调理作用。还有针灸针的针柄也给了我们一个很好启示，针柄上的“线圈”不应单单只是为提插捻转的方便而设计。这种金属“线圈”还当然具有接收和传导生物信息的功能，它可接收术者的意念信息或外界环境的某些信号并传导给被施术的病人体内。从而达到一种生物信息的调节治疗，因此针灸疗法实质上是一种信息刺激调节疗法。所以，我们可以这样来认为：药物治疗主要是给机体补充“能量”以增强机体的抗病能力，是一种“能量”治疗，而手术的切除、修补或置换是对机体物质结构形态的改变，是一种物质治疗方法。那么，针灸、推拿治疗则主要是运用信号刺激和传输而达到调节生物“信息”节律为目的的信息医疗思想和方法。这也正是这类疗法的抽象神奇之所在，因信息的调控机制尚未被揭示，所以，只知其然而暂时不知其所以然。尽管针灸早已引起世界各国科学家的关注并成为研究的热点，但从信息论的角度来研究还只是近几年的事。例如：随着山东大学张颖清教授对生物全息律的发现和全息生物学的创立。针刺疗法的信息映射传输反应也从一定的程度上得到一些提示和发展，随之也就有全息胚针灸学的出现。我们坚信，随着生物信息学的研究深入，针刺的治病和镇痛机制将会得到科学的解释和进一步的发展。
不仅仅如此，我国劳动人民在医疗养生保健活动中，还积累和创造了其它很多宝贵的“信息疗法”。如：心理疗法、思维疗法、物境疗法、生物钟疗法、生理饥饿疗法、睡眠疗法、想象疗法、信念疗法、静思疗法、善美疗法、阅读疗法、技艺疗法、音唱疗法、笑骂疗法、暗示疗法、音乐疗法、幽默疗法、认识行为疗法、精神分析疗法。还有在临床上经常使用的气功疗法、埋线疗法、刮痧疗法、灸法等等。另外，在中医诊断学中的切脉就是一种很抽象的“信息”诊断法，它是通过对脉搏的动态信息变化来进行分析、推测和辩证诊断的。在中药治疗学中，是很强调中药性味的归经和配伍的，其中药味的甘、辛、苦、寒，其实就是一种可以传输给机体的信息，并通过经络信息网络传递给所要治疗的脏腑器官。而现代的中成药几乎是完全去掉了中药的味，只取其性，因而其效果大打了折扣，所以对中药进行化学提纯或深加工，并不一定是很理想的选择。
中医的经络学说一直是科学界关注和广泛研究的课题，科学家一直试图想找到它的物质结构形态。可最终所得到的不是神经，就是血管，要不就是网织的胶原纤维组织，根本没有属于经络自身的物质结构或组织，其实，如果我们按照中医学“天人同理”思想，将经络与现代的信息网络类比，就不难明白，现代通信网络是由不同的地域(局域网)、系统网、有线网和元线网等通信子网互联而成的一个很大而且开放的通信网络。并且还有电信网、广播电视网和计算机网等三大异质网络系统。它们的传输途径和媒介有光纤传输、电缆传输、卫星传输、地面微波接力传递等等，还可以互相转换信号，如：模数或数模转换等。我们的神经系统、血液循环系统，就如同有线通信子网，机体还存在一个无线通信子网，如：内分泌激素、免疫系统等。这些机体通信子网的互联通讯就构成了一个人体完整的信息网络系统。所以，我们可以把经络系统理解为神经系统、血液循环系统、内分泌激素、免疫系统、细胞间的联系等组织、器官和系统的信息子网的互联，即人体信息的互联网络。
中医的相生相克理论认为，机体的五脏六腑、四肢百骸都存在着相互化生和相互制约的关系。中药的配伍也存在其相生相克的关系。世界的万事万物都存在着相生相克的关系。所以，机体(个体)与机体之间也有一个相生相克的关系。这种相生相克其实就是一种生物信息的相互生成或互相冲突(干预)。因而，在临床医疗过程中，我们可能会发现这样的一个现象：对同样一个人，两个针灸师采用的是同样的施针方法，选择的也是同样的穴位，可是达到的效果却不一样。这种情况一般认为是由于针灸师的临床经验不同而造成的。其实这里面也应该存在一个机体之间生物信息的相生相克机制问题。如果一个针灸师的生物信息场与病人的信息场是相克的关系，那么他对病人进行针刺信息调节治疗，其效果肯定是不理想，甚至可能还会加重病情。同样，施行气功导引和推拿的医师也存在这种现象。还有，同一名医师，他在不同的时期行医，也可能表现出在不同时期虽然采用的诊治方法一样，但临床诊治效果却不同。这可能是这名医师在不同时期，因自身的身体状况和精神因素变化而造成的生物信息动态变化所致。其一定时期的生物信息可能刚好与那些病人的生物信息场相生，所以治疗效果好。而另外某一个时期的生物信息场不好，正好与病人相克，所以治疗效果不佳。其实，这也反应了中医学要求行医者必需注意个人修练，保持心静、气调、神清的医德思想境界。
中医的脏象学说中的“象”是指什么?所谓“象”就是脏腑所表现出的动态的时空信息变化，即“时空信息花样”。中医学的“形、气、神”正好与我们所说“物质、能量和信息”是一一对应的。只是中医学缺乏对现代科学知识的引入，加之信息科学发展较晚，以致无法揭示“神志”的内涵致使中医学显得有些神秘摸测，甚至有的人还对他的科学性表示怀疑。随着生物信息学的研究和发展并逐步引入中医学的研究中，相信一定会使中医学重新大放光彩。
中国的气功科学尽管还有不少疑点，但确能强身治病，这是举世公认的。气功强调“调心”、“调神”、“调息”、“以意领气”、“意念观想”等。这可能都是强调用意念和精神因素来调节或控制神经、免疫、内分泌等信息经络系统，使其达到健身、治病和提高生活质量的目的。在气功文献和气功医学实践中，有迹象表明(当然还不是证实)大脑中想象的愿望、状态、图景、符号、口决、童趣，以及想象的动作、行为、刺激、过程等，都可通过经络信息系统的调控作用而影响人体生理活动，并可强身治病。这与西方医学和心理学中的“摸拟情绪”影响免疫和内分泌功能有着异曲同工之妙。
3．2现代医学中所体现出的信息医疗思想和方法：过去人们流行的观点是“生命在于运动”，并把死亡的标志确定为以呼吸的停止、心脏的停跳为标志。随着近几十年来脑科学的研究与发展，人们对于脑在整个机体中的重要地位的认识已日益深刻。脑是人体的信息中枢，人体的各个组织、器官和系统都受它的调节和控制。科学研究显示，人类大脑工作时，大脑的神经细胞会从大脑以外的细胞那里搜集信息，并把这些信息综合起来作出判断，然后再输出指令，让人体的某些部位做出相应的反应。对于端起一杯咖啡这一简单的动作，就需要几百万个神经细胞的协调工作。美国国立老年研究所使用计算机控制的电子显微镜测定，经常用脑的老年人脑细胞比一些中年人还多。国外学者通过调查5000名已故的运动员后发现，他们当中多数人的寿命短于一般人。美国学者马劳斯在研究不同职业者的寿命时也发现，超级球星和优秀拳击运动员的寿命比学术上有成就的学者、专家平均短8~83岁，究其原因是因为长时间进行剧烈运动会使人体的新陈代谢长期处于旺盛状态，缩短了人体细胞分裂的周期，从而加快了机体器官组织的磨损与衰老。而经常使用大脑的人，由于大脑的信息调控作用，使机体各部位的协调运动，保持动静平衡，进而达到延年益寿。据此，有人将“生命在于运动”的命题引伸为“生命在于脑运动”。并且现代医学对死亡标志作了新的认定，即脑死亡是人死亡的主要标志。因此，人体健康首先是应该脑的健康和运动。
现代医学也已充分地注意到了心理、精神和社会因素对健康和疾病的影响，例如：心理和精神因素对心脏病、高血压、胃溃疡、糖尿病和癌症等均有很大影响。于是，就有了心理医学、思维医学和身心医学的提法，并运用心理疗法来配合这些疾病的治疗。对癌症的病人一般不直接告知患者本人的患病情况，只告知其家人――这在医学上称为“善意的谎言”，目的是不要让患者的心理负担过重，否则，精神就会夸掉。身心医学就是研究社会、心理和精神等因素与疾病发生与发展关系的一门医学新学科。国外已有人证明，心理刺激可通过氧化自由基而损伤DNA。
人类文明在进步的同时也给人类带来了许多新的文明病。其中以“大脑信息”失控或失调所致的精神心理障碍性疾病最为突出。据世界卫生组织的统计数字，全世界约有5亿人患者有不同程度的精神错乱，有5200万人患有严重精神病，约有1．5亿人患神经官能症，3000万人患癫痫。加上患有精神过敏症和其它心理障碍的人数，估计已占到总人口的20％以上。对于这些精神心理性疾病，现代医学的药物或手术疗法已显得力不从心了，只能采用心理疗法或思维疗法等信息调适方法，也有人把目光投向传统的中医、针灸、气功等信息疗法。从而也使我们看到了这些朴素的信息医疗方法对于现代文明病的攻克，显示出了广阔的发展前景。
在现代医学的诊断学中，心电图和脑电图的检测技术，其实就是一种探触大脑和心脏动态信息的检测技术；现代分子生物学已揭示了基因遗传信息的编码和控制蛋白质合成的信息链板；脑科学的研究也从一定程度上揭示了大脑进行信息搜集、加工、分析、处理并发出信息指令的部分原理；神经生物学、内分泌和免疫学则揭示了一部分机体信息交换、传输和产生反应的机制。随着生物信息学的研究和发展，现代医学在上述这些研究领域一定会取得更大突破和进展。
4生物信息医学的发展前景
“电脑”是人们对电子计算机的俗称，表现了人们的一种愿望――使计算机像人类大脑一样工作。这种仿生技术的发展和应用，必将对脑科学和机体信息调控机制的研究产生巨大促进作用。
迄今为止，科学家们已经模拟出了神经系统的一连串的活动规律，并据此编制出了相应的计算机程序；美、英科学家已合作成功研制出了世界上第一个硅神经元――一种能够模仿生物大脑细胞信息处理功能的微型芯片。这种面积只有01平方毫米的芯片的工作速度，比同样大小的生物神经细胞的工作速度还要快l00万倍；与此同时，日本三菱电机公司也已开发出了每秒可达800亿次的神经元芯片，这一成果把神经元芯片记忆一个字符所需的时间缩短到了万分之三秒。神经细胞是神经系统的基本单元，它采用电子工作方式。硅神经元在模拟神经细胞时，其电子特性和神经细胞一样能够独立运行，有自己的“行为规范”，不受控制者的“指挥”。因此，从理论上说，几百万个芯片就可以组成一个功能强大的“人造大脑”，科学家还研制成了生物芯片，生物芯片传递信息的速度比人类大脑还要快l00万倍。同时，当芯片出现故障时，它可以自我修补，成为一种半永久性的器件。
神经元芯片和生物芯片的获得，为生物计算机――仿生电脑研究带来了勃勃生机。而与之相关的神经元网络研究上的突破，更使生物计算机的研究大大向前推进了一步。神经元网络是科学家们在神经科学、心理生理学研究的基础上发展的，它具有联想记忆、相似性识别和分类、误差较正、时序保留和概括等功能。当神经元网络之间高度连接时，会引起并行机制而使神经元集团具有独特的计算性质，如同人脑的一些高级思维和信息处理或控制功能。试想，生物计算机技术对揭示人类的大脑和生物信息节律的调控机制将会起到多么关键的作用，对于大脑疾病、神经官能症、精神和心理障碍以及癫痫等疾病的有效诊治，其为期难道还远吗?
如今人们常常是，“谈癌色变”因为癌症的确困扰医学很久了，尽管有了很多新药的研究开发以及手术的改进，但这些并非是医治癌症的良方或万全之策。在生物信息医学时代，我们很有可能找到医治它的良方，比如：依据生物信息原理，我们可以研究“修复”癌细胞缺损或变异的信息密码技术，也就是对癌细胞进行“重新教育”使之“改邪归正”，或者是恢复对癌症等病灶的正常生物信息指令控制。这就好比怎样平息一个“地区”的“独立判乱”一样，其武力解决(病灶切除)并非是上策，通过说服教育，使人心归顺，才能算得上对该地真正收复。另外，对于一些组织器官或系统的功能紊乱，可以使用模拟相应的生物信息(信息编程)仪器或电子信息药丸，并设法让它进入该信息系统进行调节控制，使之恢复其生物信息节律的平衡。这种同疾病作斗争的方式的确如同“现代战争”(大家可能看过电视剧《突出重围》……)。在现代战争中，“电子信息战”已越来越突出而重要，与常规武器和生化武器等的协同作用威力也是越来越大。《孙子兵法》中云：“不战而屈人之兵，乃上之上策也”。这不正是信息战的伟大之处吗。同样，我们未来的医疗实践，也必将是以生物信息调节为先导，或将信息调控、药物治疗及手术治疗结合起来以达到协同作战的最佳效果。所以，我们不难预想21世纪的医疗实践将是一个更加先进和完美的生物信息化的医疗时代，或者可以简称之为“信息医学”时代。
[关键词]生物 制药 新技术 探析
中图分类号：TQ460.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0274-01
生物技术药物（biotechdrugs）或称生物药物（biopharmaceutics）是集生物学、医学、药学的先进技术为一体，以组合化学、药学基因（功能抗原学、生物信息学等高技术为依托，以分子遗传学、分子生物、生物物理等基础学科的突破为后盾形成的产业。
一 生物制药技术
目前生物制药主要集中在以下几个方向：
1、肿瘤。在全世界肿瘤死亡率居首位，美国每年诊断为肿瘤的患者为100万，死于肿瘤者达54.7万。用于肿瘤的治疗费用1020亿美元。肿瘤是多机制的复杂疾病，目前仍用早期诊断、放疗、化疗等综合手段治疗。今后10年抗肿瘤生物药物会急剧增加。如应用基因工程抗体抑制肿瘤，应用导向IL-2受体的融合毒素治疗CTCL肿瘤，应用基因治疗法治疗肿瘤（如应用γ-干扰素基因治疗骨髓瘤）。基质金属蛋白酶抑制剂（TNMPs）可抑制肿瘤血管生长，阻止肿瘤生长与转移。这类抑制剂有可能成为广谱抗肿瘤治疗剂，已有3种化合物进入临床试验。
2、神经退化性疾病。老年痴呆症、帕金森氏病、脑中风及脊椎外伤的生物技术药物治疗，胰岛素生长因子rhIGF-1已进入Ⅲ期临床。神经生长因子（NGF）和BDNF（脑源神经营养因子）用于治疗末稍神经炎，肌萎缩硬化症，均已进入Ⅲ期临床。美国每年有中风患者60万，死于中风的人数达15万。中风症的有效防治药物不多，尤其是可治疗不可逆脑损伤的药物更少，Cerestal已证明对中风患者的脑力能有明显改善和稳定作用，现已进入Ⅲ期临床。Genentech的溶栓活性酶（Activase重组tPA）用于中风患者治疗，可以消除症状30%。
3、自身免疫性疾病。许多炎症由自身免疫缺陷引起，如哮喘、风湿性关节炎、多发性硬化症、红斑狼疮等。风湿性关节炎患者多于4000万，每年医疗费达上千亿美元，一些制药公司正在积极攻克这类疾病。
4、冠心病。美国有100万人死于冠心病，每年治疗费用高于1170亿美元。今后10年，防治冠心病的药物将是制药工业的重要增长点。Centocor′sReopro公司应用单克隆抗体治疗冠心病的心绞痛和恢复心脏功能取得成功，这标志着一种新型冠心病治疗药物的延生。
基因组科学的建立与基因操作技术的日益成熟，使基因治疗与基因测序技术的商业化成为可能，正在达到未来治疗学的新高度。转基因技术用于构造转基因植物和转基因动物，已逐渐进入产业阶段，用转基因绵羊生产蛋白酶抑制剂ATT，用于治疗肺气肿和囊性纤维变性，已进入Ⅱ，Ⅲ期临床。大量的研究成果表明转基因动、植物将成为未来制药工业的另一个重要发展领域。
二 生物制药发展分析
未来生物技术将对当代重大疾病治疗剂创造更多的有效药物，并在所有前沿性的医学领域形成新领域。
生物学的革命不仅依赖于生物科学和生物技术的自身发展，而且依赖于很多相关领域的技术走向，例如微机电系统、材料科学、图像处理、传感器和信息技术等。尽管生物技术的高速发展使人们难以作出准确的预测，但是基因组图谱、克隆技术、遗传修改技术、生物医学工程、疾病疗法和药物开发方面的进展正在加快。
除了遗传学之外，生物技术还可以继续改进预防和治疗疾病的疗法。这些新疗法可以封锁病原体进入人体并进行传播的能力，使病原体变得更加脆弱并且使人的免疫功能对新的病原体作出反应。这些方法可以克服病原体对抗生素的耐受性越来越强的不良趋势，对感染形成新的攻势。
除了解决传统的细菌和病毒问题之外，人们正在开发解决化学不平衡和化学成分积累的新疗法。例如，正在开发之中的抗体可以攻击体内的可卡因，将来可以用于治疗成瘾问题。这种方法不仅有助于改善瘾君子的状况，而且对于解决全球性非法贸易问题具有重大影响。
各种新技术的出现有助于新药物的开发。计算机模拟和分子图像处理技术（例如原子力显微镜、质量分光仪和扫描探测显微镜）相结合可以继续提高设计具有特定功能特性的分子的能力，成为药物研究和药物设计的得力工具。药物与使用该药物的生物系统相互作用的模拟在理解药效和药物安全方面会成为越来越有用的工具。例如，美国食品药物管理局（FDA）在药物审批的过程中利用DennisNoble的虚拟心脏模拟系统了解心脏药物的机理和临床试验观测结果的意义。这种方法到2015年可能会成为心脏等系统临床药物试验的主流方法，而复杂系统（例如大脑）的药物临床试验需要对这些系统的功能和生物学进行更为深入的研究。
药物的研究开发成本目前已经高到难以为继的程度，每种药物投放市场前的平均成本大约为6亿美元。这样高的成本会迫使医药工业对技术的进步进行巨大的投资，以增强医药工业的长期生存能力。综合利用遗传图谱、基于表现型的定制药物开发、化学模拟程序和工程程序以及药物试验模拟等技术已经使药物开发从尝试型方法转变为定制型开发，即根据服药群体对药物反应的深入了解会设计、试验和使用新的药物。这种方法还可以挽救过去在临床试验中被少数患者排斥但有可能被多数患者接受的药物。这种方法可以改善成功率、降低试验成本、为适用范围较窄的药物开辟新的市场、使药物更加适合适用对症群体的需要。如果这种技术趋于成熟，可以对制药工业和健康保险业产生重大影响。
三 结语
总之，综合多学科的努力，通过新技术的创立可以大大拓宽发明新药的空间，增加发明新药的机遇与速度。因为这些手段可以寻找快速鉴定药物作用的靶，更有效地发现更多新的先导物化学实体，从而为发明新药提供更加广阔的前景。
关键词：中西医结合疗法;肾脏疾病; 体会
【中图分类号】R692.505 【文献标识码】A 【文章编号】1672-3783(2012)05-0086-01
1 中西医结合治疗慢性肾脏病的优势
1.1 “中西医结合要源于中医，而高于中医;源于西医，而高于西医”。这才是中西医结合的目标，也是中西医结合的优势所在。如难治性肾病综合征在使用泼尼松、细胞毒剂、血管紧张素转化酶抑制剂、血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂等治疗的同时，再结合雷公藤多苷、火把花根片或中药汤剂等中西医结合疗法，其疗效较单纯中医或西医疗法显著提高。中药还可明显减轻大剂量激素引起的医源性柯兴综合征副反应，减轻环磷酰胺引起的消化道反应及骨髓和性腺功能的抑制。中西医对疾病不同阶段的治疗，各有优势和劣势，中西医结合能取长补短，使病人得到一体化的治疗。如IgA型肾病表现为单纯性血尿时，西医无特异性疗法，中医汤剂加火把花根或雷公藤多苷有比较好的疗效;在表现为中等蛋白尿和血尿时，以小剂量激素、ACEI加中药汤剂或雷公藤多苷有比较好的疗效;在大量蛋白尿时，则以大剂量激素、ACEI加中药汤剂、雷公藤多苷或火把花根治疗;出现细胞性新月体时，则以大剂量激素冲击治疗;出现慢性肾衰竭(CRF)1、2期时，以中药汤剂口服、中药保留灌肠及中药熏洗，同时配合减轻肾脏“高灌注、高滤过、高压”的ACEI和ARB等治疗;到尿毒症期以替代治疗为主，中药配合改善营养等中西医结合治疗为辅。中西医结合在疾病各个不同阶段切入，各施所长才能得到最佳的一体化治疗。
1.2 判断疾病预后，提高治疗敏感性。例如，肾病综合征不同的病理类型都可以表现脾肾阳虚证型，而微小病变的脾肾阳虚证对治疗反应好，预后好，局灶节段硬化的脾肾阳虚证对治疗反应差，预后差。西医诊断下的中医辨证，提高了中医对肾病预后的认识。中西医结合治疗慢性肾脏病同时也存在的问题和困惑：中药的成分复杂，经过炮制、配伍、煎煮和体内代谢后，成分的变化更是不得而知。因此，中药很难用单一指标去考察其疗效，作用机制不明。中医学的特点是辨证论治，其“证”的研究是中医基础理论的核心，是中医现代化的瓶颈。
2 中西医结合治疗慢性肾脏病的前景
2.1 中西医结合治疗肾病的报道很多，疗效也比较好，但现在还没有中西医结合治疗CKD的优化方案出台。国家“十一五”科技支撑计划已经开始资助中医肾病临床优化方案的研究，另外，建议政府卫生行政部门、科技部门以及企业以各种形式支持中西医结合肾病优化方案的研究，为编写中西医结合防治肾病指南提供证据，为政府和卫生行政部门的决策提供依据，为行业诊治CKD提供最有效的方法，提高肾病的诊疗水平。研究优化方案时，需注意以下问题。为使临床试验信息透明化，提高研究的社会公信度，请在临床试验开始前，在世界卫生组织的国际临床试验注册平台认证的临床试验注册中心注册;为优化出最佳的方案，请在做优化方案时，先将专家的经验在协作组内讨论，并在协作组外征求中医肾病专家、西医肾病专家、肾脏病理专家、免疫学专家、药理学专家、统计学专家、医学经济学专家、伦理委员会以及护理学专家的意见。
2.2 优化方案制定后，进行多中心、大样本、随机盲法对照临床试验，客观评价其方案的疗效和安全性。第一次临床试验结果出来后，针对临床试验存在的问题，将方案再优化再试验直至优化出满意的方案;CRF应按原发病进行单病种优化研究。CRF是多种病因引起的临床综合征，病因不同，其进展的机制和速度不一样，临床疗效和预后也存在差异。因此，CRF应按其原发病分类进行优化研究。另外，原发性肾病综合征和慢性肾小球肾炎也要按病理类型进行单病种优化方案的研究。利用系统生物学的方法，探索中医肾本质的研究 。
2.3 系统生物学是由基因组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、表型组学及生物信息学等组成，通过生物信息学把基因、蛋白质、代谢产物及表型等横向的研究结果整合起来，采用系统综合的思路和手段从整体水平上动态地对一个集合体的存在特征、活动规律和相互联系加以描述。中医传统理论最具特色的就是整体观和辨证观，与现代的系统生物学思路不谋而合。以功能基因组学和蛋白质组学为核心的系统生物学方法，将为中医肾虚证本质的研究提供科学的手段。
3 结论
中华医学会肾脏病分会已经在媒体开展宣传，举行讲座，组织普查，但还有待其他相关学会及政府部门积极行动起来，加大宣传，引起社会的广泛重视，并组织专业人士参与大规模尿常规普查。建议及早建立我国在临床广泛应用检测肾小球滤过率的方法，对可能引起慢性肾脏病的住院病人和体检者进行GFR评价;对高血压病、糖尿病、痛风等引起继发性肾脏病的因素及早进行预防;对已有肾脏病要积极干预治疗，防止肾损害的进展。
生物化学工程（又叫生化工程或生物化工）是化学工程与生物技术相结合的产物。生物化工是生物技术的重要分支。与传统化学工业相比，生物化工有某些突出特点：①主要以可再生资源作原料；②反应条件温和，多为常温、常压、能耗低、选择性好、效率高的生产过程；③环境污染较少；④投资较小；⑤能生产目前不能生产的或用化学法生产较困难的性能优异的产品。由于这些特点，生物化工已成为化工领域重点发展的行业。
1.世界生物化工行业的现状
生物化工发展至今已经历了半个多世纪，最早主要是生产抗生素；随后，是为氨基酸发酵、舀体激素的生物转化、维生素的生物法生产、单细胞蛋白生产及淀粉糖生产等工业化服务。自20世纪80年代起，随着现代生物技术的兴起，生物化工又利用重组微生物、动植物细胞大规模培养等手段生产药用多肽、蛋白、疫苗、干扰素等。而且，生物化工的应用已涉及到人民生活的方方面面，包括农业生产、化轻原料生产、医药卫生、食品、环境保护、资源和能源的开发等各领域。随着生物化工上游技术——生物工程技术的进步以及化学工程、信息技术（IT）和生物信息学（bioinformatics）等学科技术的发展，生物化工将迎来又一个崭新的发展时期。
生物化工行业经过50多年的发展，已形成了一个完整的工业体系，整个行业也出现了一些新的发展态势。下面简要描述生物化工行业的现状。
1．1工业结构
由于生物化工涉及面广，涉及的行业多，所以从事生物化工的企业较多。据报道，90年代中期，美国生物化工企业有：000多家，西欧有580多家，日本有300多家。近年来，虽然由于行业竞争日趋激烈，生物化工企业有较大幅度减少，但与生命科学（主要指医药和农业生化技术）诸侯割据的局面相比，生物化工行业依然是百花齐放，百家争鸣。既有象诺华、捷利康等从事生命科学的世界性大公司，也有象DSM、诺和诺德等大型的精细化工公司，当然也有在某一方面有专长的小公司如Altus等。而且，由于世界大公司正把注意力向生命科学部分转移，生物化工行业百花齐放的局面在很长一段时间内不会有什么改变。
1．2产品结构
传统的生物化工行业主要是指抗生素（如青霉素等）、食品（如酒精、味精等）等行业，而在目前，它已几乎渗透到人民生活的各方面如医药、保健、农业、环境、能源、材料等。同时，生物化工产品也得到了极大的拓展：医药方面有各种新型抗生素、干扰素、胰岛素、生长激素、各种生长因子、疫苗等；氨基酸和多肽方面有赖氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苏氨酸、脯氨酸等以及各种多肽；酶制剂有160多种，主要有糖化酶、淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶、青霉素酶、过氧化氢酶等；生物农药有Bt、春日霉素、多氧霉素、井岗霉素等；有机酸有柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸、延胡索酸、已二酸、脂肪酸、卜酮戊二酸、l亚麻酸、透明质酸等。还有微生物法1，3．丙二醇、丙烯酞胺等。
目前，全球生物化工年销售额在400亿美元左右，每年约以7％～8％的速率增长。从产品结构来看，生物化工领域生产规模范围极广，市场年需求量仅为千克级的干扰素、促红细胞生长素等昂贵产品（价格可达数万美元／g）与年需求量逾万吨的抗生素、酶、食品与饲料添加剂、日用与农业生化制品等低价位产品（部分价格不到：美元／g）几乎平分秋色。高价位的产品市场份额在50％～60％，低价位的产品市场份额在40％～50％。而且，根据近年来生物化工的发展趋势及人们对医药卫生的重视来看，高价位产品的发展速率高于低价位产品。
1．3技术水平
生物化工经过80年代以后的蓬勃发展，不仅整个行业技术水平有大幅度提高，而且许多新技术也得到广泛应用。
1．3．1发酵工程技术已见成效
据估计，全球发酵产品的市场有120～130亿美元，其中抗生素占46％，氨基酸占16.3％，有机酸占13．2％，酶占10％，其它占14．5％。发酵产品市场的增大与发酵技术的进步分不开。现代生物技术的进展推动了发酵工业的发展，发酵工业的收率和纯度都比过去有了极大的提高。目前世界最大的串联发酵装置已达75m＼许多公司对发酵工艺进行了调整，从而降低了生产成本。如ADM（ArcherDanie1sMid1and）和Cargill公司在20世纪90年代初对其发酵装置进行改造，将以碳水化合物为原料的生产工艺改为以玉米粉为原料，从而降低了生产成本，ADM公司生产的赖氨酸成本比原先降低了一半。
1．3．2酶工程技术有了长足的进步
酶工程技术包括酶源开发、酶制剂生产、酶分离提纯和固定化技术、酶反应器与酶的应用。目前世界酶制剂从酶源开发到酶的应用都已进入了良性发展阶段，各阶段生产企业和用户关系密切，合作广泛。据报道，1998年全球工业酶制剂的销售额为13亿美元，预计到2010年将增长到30亿美元，每年以6．5％的速率增长。其中食用酶占40％，洗涤用酶占33％，其它（主要是纺织、造纸和饲料等用酶）占27％。
1．3．3分离与纯化技术也有很大进步
影响生化产品价格的因素，首当其冲的是分离与纯化过程，其费用通常占生产成本的50％～70％，有的甚至高达90％。分离步骤多、耗时长，往往成为制约生产的“瓶颈”。寻求经济适用的分离纯化技术，已成为生物化工领域的热点。已大规模应用的分离纯化技术有：双水相革取、新型电泳分离、大规模制备色谱、膜分离等。
1．3．4上游技术广泛应用于下游生产
利用基因工程技术，不但成倍地提高了酶的活力，而且还可以将生物酶基因克隆到微生物中，构建基因菌产生酶。利用基因工程，使多种淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、氨基酸合成途径的关键酶得到改造、克隆，使酶的催化活性、稳定性得到提高，氨基酸合成的代谢流得以拓宽，产量提高。随着基因重组技术的发展，被称为第二代基因工程的蛋白质工程发展迅速，显示出巨大潜力和光辉前景。利用蛋白质工程，将可以生产具有特定氨基酸顺序、高级结构、理化性质和生理功能的新型蛋白质，可以定向改造酶的性能，从而生产出新型生化产品。
1．3．5新技术在生物化工中也得到了极大的应用
比如，在超临界液体状态下进行酶反应，从而大大降低酶反应过程的传质阻力，提高酶反应速率。超临界C02无毒、不可燃、化学情性、易与反应底物分离。利用超临界CO2取代有机溶剂进行酶反应，具有极大的发展潜力。又比如，微胶羹技术已被广泛用于动物细胞的大规模培养、细胞和酶的固定化以及蛋白质等物质的分离方面。
2．世界生物化工行业的发展趋势
2．1工业结构
行业与行业间的划分将日趋模糊，企业间的合作将加大。目前，许多从事医药、农业、环境、能源等方面生产的企业，正在从事生物化工生产。特别是某些从事传统化工行业的生产厂家，也纷纷涉足生物化工领域。如杜邦公司，长期以来主要从事有机化工和聚合材料的生产，现在正加大生物化工的开发力度，已开发成功了生物法生产1,3-丙二醇工艺，并正在开发用改性大肠杆菌生产己二酸工艺。DSM公司以前主要从事抗菌素方面的生产，现也加大了生物化工的投资力度。
由于生物化工涉及面广，许多生化公司都有自己的专长，它们之间为了商业利益的合作也非常活跃。此外，随着从事传统行业的生产厂家的加入，由于技术与生产方面的原因，它们与从事生物化工开发与生产的企业合作也很频繁。所有这一切，都使生物化工行业的合作越来越广泛。如杜邦公司与杰宁科乐公司合作开发用生物法生产1，）丙二醇，进一步生产PTT树脂。荷兰的Purac公司与美国Cagill公司合资建设年产3．4万tL。乳酸装置，并计划进一步发展到6．8万V入DSM公司与美国Maxygen公司签定了三年的研究合同，以利用Maxygen的DNA重排和分子培养技术，开发在7一ADCA和其它青霉素生产中使用的酶和菌种。
2．2产品结构
生物化工产品正向专业化、高科技含量、高附加值方向发展。传统的低价位产品受到冷落，而高价位产品如生化药物、保健品、生化催化剂等则备受青睐。许多公司为了追求较高利润，都将低附加值的产品剥离。如日本武田药品工业公司不再生产味精，转而生产其它高附加值的调味品如肌甘酸二钠（IMP）和鸟甘酸二钠（GwtP）。另外，生物化工将涉足它以前很少涉足的领域如高分子材料和表面活性剂等。
生化药物由于附加值高而成为今后生物化工领域发展的重点。1997年生化药物市场销售额达130亿美元，其中细胞分裂素80亿美元，激素30亿美元，其它20亿美元；就具体药物而论，促红细胞生长素35亿美元，人胰岛素18亿美元，粒性白细胞克隆刺激因子16亿美元，人生长激素15亿美元，小干扰素11亿美元。预计今后其市场销售额还将以8％的速率增长。
在氨基酸方面，虽然用于药物合成氨基酸的量相对较小，但其发展潜力很大。据报道，500种主要药物中，有18％含有氨基酸或其衍生物的合成。在药物合成中，使用最广泛的是L。脯氨酸、r苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸。L。脯氨酸用于血管紧张素转化酶（ACE）的合成，匹苯甘氨酸和r对羟基苯甘氨酸用于抗生素的合成。另外，多肽也是今后的发展重点之一。多肽是指有2以上氨基酸用肽键组成的化合物，在临床上使用非常广泛，主要用于治疗癌症、HIV病毒和兔疫系统功能减退、对传统抗生素产生抗体的感染以及疫苗等。全球合成多肽原药的产量在100kg左右，但销售额达2．5亿～3亿美元，而做成制剂的销售额则达25亿～30亿美元。多肽原药需求量的年增长率在10％以上。
碳水化合物方面，用于临床的碳水化合物受到人们越来越多的关注。但是，用于临床的碳水化合物结构复杂，如一对单糖，其不同的化学键就多达22种。因此，用化学法合成复杂的碳水化合物比较困难，难以实现工业化，而用酶法合成则是一条切实可行的途径。
作为生化催化剂的酶，也将是今后发展的重点。1997年，生化用催化剂销售额约1．3亿美元，在过去的3～5年间，每年增长速率在8％～9％，预计在未来的3～5年间，将以同样速度增长。生化催化剂主要用于手性药物的合成。当前，手性药物已成为国际新药研究与开发的新方向之一。
1997年手性药物制剂世界市场的销售额为879亿美元，占药品市场的28．3％，到2000年将达到900亿美元。在未来的25年内，约有一半的手性药物要通过生化催化合成，因此，生化催化剂无论从需求量和需求种类来看，都具有很大的发展潜力。
生化表面活性剂由于具有无毒、生物降解性好等优点，今后可能成为表面活性剂的升级换代产品，但目前还处于探索阶段。
生物化工在高分子材料、特殊化学品、生物晶片、环保等方面也将有极大的发展潜力。
2．3技术水平
不断提高菌株活力、发酵水平、生化反应过程、分离纯化水平，依然是生物化工面临的课题。
在菌种开发方面，由于从20世纪70年代以来从自然界中筛选菌种以获得新的代谢产物的机会明显减少，人们便考虑利用已知菌种经适当改变其代谢特性后生产新的产品。如日本协和发酵公司已成功地把生产谷氨酸的菌种改为生产色氨酸。
在生化反应器方面，反应器放大一直是一个老大难的问题。因此，利用计算机技术对整个生化反应过程进行数字化处理，从而优化反应过程，是今后的发展方向之一。
在分离纯化方面，亲和层析受到广泛重视，并有人研制了一种综合专家系统软件包，可在几分钟内告知对方被分离物系的分离方法和顺序，以便根据产品所需进行取舍。
另外，在生化过程的在线检测和控制方面，利用生物传感器和计算机监控，依然是今后的发展方向。
在酶催化反应中将发展有机溶剂中的催化反应。
生物上游技术的发展，将对生物化工产生深远影响。人们对从病毒、细菌、植物、动物到人类基因组顺序测定工作十分重视，并在此基础上形成了基因许多产品一哄而上，盲目上马，遍地开花，最终形成恶性竞争，许多企业破产倒闭。在竞争中生存下来的企业，也是元气大伤，难以进一步组织技术改造。如仅江苏省停产的发酵生产线就多达上百条。另外，行业内企业间的生产水平相差悬殊，企业技术装备水平达到20世纪80年代以后国际先进水平的仅占20％～30％，多数处于20世纪60～70年代水平。
二是产品结构不合理，品种单一，低档次产品重复生产，不能适应需求。在我国高档的医药生化产品如激素、生长因子、干扰素、药用多肽等，有的产量很小，有的没有生产，因此每年都需进口。
三是在生产技术上，工艺、设备不配套，上下游技术不配套，产物的收得率低。我国虽然某些产品如柠檬酸、乳酸等发酵水平较高，但大多数产品的收率都低于国外，酶制剂的活力也明显低于国外，生化反应器和分离纯化技术更是落后国外15～20年。每年都要花费大量资金从国外进口生物反应器、细胞破碎机、分离纯化设备及分离介质、生物传感器和计算机监控设备。
四是有些产品投入产出比达15／＝以上，造成严重的资源浪费和环境污染。
五是基础研究薄弱，技术创新能力不强，企业的技术开发、技术吸收能力差，生产发展多数依靠传统的夕蜒型、粗放型扩大投资的增长模式，效益低、市场竞争力低。
3．2建议针对我国生物化工行业存在的问题，笔者有以下建议：
3．2．1扩大经济规模，提高竞争力要鼓励建设大型的生物化工企业集团公司，使之集科研、开发、生产、销售干一体。尤其要培育一批科技创新型企业。同时，也要鼓励在某些方面有一定特色的小型技术创新型生化公司的发展，并淘汰一批生产规模小、生产技术落后、没有市场竞争力的企业，从整体上优化我国生物化工的产业结构。
3．2．2调整产品结构要发展高档产品，如高档医药生化产品、功能性食品及添加剂（主要有低热值、低胆固醇、低脂肪、提高免疫功能、抗炎、抗癌等产品）、生化催化剂等。另外，也应发展众多精细化工产品及用化学法无法生产或很难生产的产品，如微生物多糖、生物色素、工业酶制剂、甜味剂、表面活性剂、高分子材料等。
3．2．3节约有限资源，强化环境保护在生化生产组学（genomics）。近年来又在信息学（informatics）的基础上建立了生物信息学（bioinformatics）。信息学的内容包括信息科学十生物技术十生物工程十生物动力学等的综合信息系统。可以预见，基因组学和生物信息学在生物化工中应用的商业前景极为可观。
另外，其它行业的新技术如分子蒸馏技术、组合化学（combinatoricalchemistry）等，也将在生物化工中得到应用。
3.我国生物化工的发层现状及建议
3．1发展现状
我国生物化工行业经过长期发展，已有一定基础。特别是改革开放以后，生物化工的发展进入了一个崭新的阶段。目前生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。
在医药方面，抗生素得到迅猛发展61998年我国抗生素的产量达到33486h青霉素的产量居世界首位。其它生化药物中，初步形成产业化规模的有干扰素、白细胞介素。2、乙型肝炎工程疫苗。
在农药方面，生物农药品种达12种，主要有苏云金杆菌、井岗霉素、赤霉素等。其中，井岗霉素的产量居世界第一位。
在食品与饲料方面，作为三大发酵制品的味精、柠檬酸、酶制剂的产量也有很大的增加／1998年味精产量从1990年的22．3万、增加到56．4万一柠檬酸产量从1990年的6．13万、增加到56．4万一酶制剂从1990年的8．5万t增加到24万t。酵母及淀粉糖的产量也有明显增加。我国的味精生产和消费居世界第一，柠檬酸的生产和出口也居世界第一。另外，1998年乳酸的产量在1．5万t左右，赖氨酸的产量在2万t左右，卜苹果酸的产量在6000t。
在有机酸方面，衣康酸的产量达5000乙我国开发的生物法长链二元酸工艺居世界领先地位，目前生产能力达500Va以上，并有数家企业有建设长链二元酸生产装置的意向。
在保健品方面，我国已能用生物法生产多种氨基酸、维生素和核酸等。另外，我国生物法丙烯酞胺的生产能力达到2万V山与日本同处于世界领先地位。
但是与发达国家相比，我国生物化工行业存在着许多问题：
一是我国的生物化工产业主要以医药、轻工、食品业为主。部分企业对生物化工产品大都是精细化工产品这一点了解不够，加之行业规范也不够，导致过程中，应选择合适的原料，以降低成本与消耗，并加强废物处理，减少环境污染。
3．2．4提高生产技术水平，特别是下游技术水平因为我国生物技术上游技术水平与国外相差仅3～5年，而下游技术水平则比国外相差15年以上，改造传统发酵产品生产技术，不断提高发酵法产品的生产技术水平，开发生物反应器，提高我国生物化工产品分离和提纯技术，大规模开发生物化工装备等应首先提上议事日程。另外，还应积极采用微生物法代替化学法，开发基础化工新产品的工业化生产技术。
3．2．5加强产学研结合，注重上下游结合国内生物化工技术力量分散，为了做到优势互补，应加强产学研结合。另外在生物化工生产过程中遇到的很多问题，都是由于上、下游结合不够紧密而影响技术经济指标。因此，在人力和财力的投入上，应考虑上下游结合，以加快生物化工产业的发展。
由于人体与疾病的复杂性，不可预测性，非常适合人工神经网络的应用。目前的研究几乎涉及从基础医学到临床医学的所有方面，主要应用于生物信号的检测与自动分析，医学专家系统等。
在麻醉与危重医学相关领域的研究涉及到多生理变量的分析与预测，从临床数据中发现一些尚未发现或尚无确切证据的关系与现象，信号处理，干扰信号的自动区分检测，各种临床状况的预测，单独或结合其他人工智能技术进行麻醉闭环控制等。
在围术期和重症监护与治疗阶段，需要获取大量的信息，将可能在信号处理、基于动态数据驱动的辅助决策专家系统、数据挖掘、各种临床状况的预测、智能化床旁监护、远程医疗与教学、医疗机器人等各方面广泛运用到人工神经网络技术和其他人工智能技术。
一、概述
人工神经网络（artificial neural network, ann）是人工智能(artificial intelligence, ai)学科的重要分支。经过50多年的发展，已成为一门应用广泛，涉及神经生理学、认识科学、数理科学、心理学、信息科学、计算机科学、微电子学等多学科交叉、综合的前沿学科。WWw.133229.CoM
现代计算机的计算构成单元的速度为纳秒级，人脑中单个神经细胞的反应时间为毫秒级，计算机的运算能力为人脑的几百万倍。可是，迄今为止，计算机在解决一些人可以轻而易举完成的简单任务时，例如视觉、听觉、嗅觉，或如人脸识别、骑自行车、打球等涉及联想或经验的问题时却十分迟钝。也不具备人脑的记忆与联想能力，学习与认知能力，信息的逻辑和非逻辑加工能力，信息综合判断能力，快速的高度复杂信息处理速度等。
造成这种问题的根本原因在于，计算机与人脑采取的信息处理机制完全不同。迄今为止的各代计算机都是基于冯*纽曼工作原理：其信息存储与处理是分开的；处理的信息必须是形式化信息，即用二进制编码定义；而信息处理的方式必须是串行的。这就决定了它只擅长于数值和逻辑运算。而构成脑组织的基本单元是神经元，每个神经元有数以千计的通道同其他神经元广泛相互连接,形成复杂的生物神经网络。生物神经网络以神经元为基本信息处理单元, 对信息进行分布式存储与加工, 这种信息加工与存储相结合的群体协同工作方式使得人脑呈现出目前计算机无法模拟的神奇智能。
人工神经网络就是在对人脑神经网络的基本研究的基础上，采用数理方法和信息处理的角度对人脑神经网络进行抽象，并建立的某种简化模型。一个人工神经网络是由大量神经元节点互连而成的复杂网络,用以模拟人类进行知识的表示与存储以及利用知识进行推理的行为。一个基于人工神经网络的智能系统是通过学习获取知识后建立的,它通过对大量实例的反复学习,由内部自适应机制使神经网络的互连结构及各连接权值稳定分布，这就表示了经过学习获得的知识。
人工神经网络是一种非线性的处理单元。只有当神经元对所有的输入信号的综合处理结果超过某一门限值后才输出一个信号。因此神经网络是一种具有高度非线性的超大规模连续时间动力学系统。它突破了传统的以线性处理为基础的数字电子计算机的局限，标志着人们智能信息处理能力和模拟人脑智能行为能力的一大飞跃。
近20年来，神经网络的软件模拟得到了广泛研究和应用，发展速度惊人。1987年在圣地亚哥召开了首届国际神经网络大会，国际神经网络联合会(inns)宣告成立。这标志着世界范围内掀起神经网络开发研究热潮的开始。
二、医学领域应用现状与前景
由于人体与疾病的复杂性，不可预测性，在生物信号与信息的表现形式、变化规律（自身变化与医学干预后变化），对其检测与信号表达，获取的数据及信息的分析、决策等诸多方面均存在大量复杂的非线性关系，非常适合人工神经网络的应用。目前的研究几乎涉及从基础医学到临床医学的所有方面，主要应用于生物信号的检测与自动分析，医学专家系统等。
1、信号处理：
在生物医学信号的检测和分析处理中主要集中对心电、脑电、肌电、胃肠电等信号的识别，脑电信号的分析，听觉诱发电位信号的提取，医学图像的识别和数据压缩处理等。
2、医学专家系统
医学专家系统就是运用专家系统的设计原理与方法, 模拟医学专家诊断、治疗疾病的思维过程编制的计算机程序, 它可以帮助医生解决复杂的医学问题, 作为医生诊断、治疗的辅助工具。 “传统”的专家系统，通过把专家的经验和知识以规则的形式存入计算机中，建立知识库，用逻辑推理的方式进行医疗诊断。但一些疑难病症的复杂形式使其很难用一些规则来描述，甚至难以用简单的语言来表达；专家们常常难以精确分析自己的智能诊断过程。另一方面，基于规则的专家系统，随着数据库规模的增大，可能导致组合爆炸，推理效率很低。由于人工神经网络能够解决知识获取途径中出现的“瓶颈”现象、知识“组合爆炸”问题以及提高知识的推理能力和自组织、自学习能力等等, 从而加速了神经网络在医学专家系统中的应用和发展。
sordo比较了采用不同网络结构和学习算法的神经网络在诊断胎儿唐氏综合征(down’s syndrome) 上的成绩。正确分类率为84 %, 超过了现今所用的统计方法的60 %～70 % 的分类率。
台湾deu科技（德亚科技）开发的计算机辅助检测系统rapid screentm rs-2000为全世界最先通过美国fda认证的早期肺癌辅助诊测系统。该产品采用人工智能神经网络ann，自动标识数字胸片中可疑结节区。经台湾和美国的临床实验，可使放射专家检测t1期肺癌的能力明显提高(潜在提升约15 %以上)。
degroff等使用电子听诊器和人工神经网络制造了一种仪器，它可正确地区分儿童生理性和病理性杂音。用电子听诊器记录的儿童心音，输入能识别复杂参数的ann，分析的敏感性和特异性均达100%。
3、其他：
生物信息学中的研究中可应用于基因组序列分析、蛋白质的结构预测和分类、网络智能查询等方面。
药学领域广泛应用于定量药物设计、药物分析、药动/药效学等方面。例如：用于预测药物效应。veng-pederson用神经网络预测阿芬太尼对兔心率的影响，对用药后180-300分钟的药物效应取得了较好的预测结果（平均相对预测准确度达78%）。分析群体药动学数据，以获知群体药动学特征和不同人口统计因子对药物行为的影响，对临床用药具有指导意义。
4、麻醉与危重医学相关领域的研究
手术室和icu内是病人信息富集的地方，而且大量的信息处在动态变化中，随着医学技术的飞速进步，所能获取的信息越来越多，医护人员面临着“信息轰炸”。神经网络技术可以很好地帮助我们应对这些问题。例如：
1）可以用于分析多个生理变量之间的关系，帮助研究其内在的关系，或预测一些变量之间的关系：perchiazzi在肺损伤和正常的猪容量控制机械通气中，用ann估计肺顺应性的变化，不需要中断呼吸，与标准方法相比误差很小。
2）结合数据挖掘技术，可能从海量数据库例如电子病历系统中，发现一些尚未发现或尚无确切证据的关系与现象：buchman 研究了神经网络和多元线形回归两种方法，用病人的基本资料、药物治疗差异和生理指标的变化预测在icu延迟（>7天）。
3）信号处理：ortolani等利用eeg的13个参数输入ann，自行设计的麻醉深度指数ned0-100作为输出，比较ned与bis之间有很好的相关性；
4）干扰信号的自动区分检测：jeleazcov c等利用bp神经网络区分麻醉中和后检测到的eeg信号中的假信号，是传统eeg噪音检测方法的1.39-1.89倍。
5）各种临床状况的预测：laffey用ann预测肌肉松弛药的残留，发现明显优于医生的评估，还有用于预测propfol剂量个体差异的，预测术后恶心、呕吐，预测全麻后pacu停留时间，预测icu死亡率等较多的研究。
关键词 分子肿瘤学；研究型教学；教学改革
中图分类号：G642.0 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）12-0081-02
近年来，恶性肿瘤已成为严重威胁国民健康的重要疾病之一。在全球范围内，每年新发癌症患者约1000多万，死亡700多万。我国每年新发病例也逐步提升，如何有效防治恶性肿瘤已成为医学界面临的时代难题[1]。世界各国政府纷纷大力投入，积极探索新技术、新方法，使肿瘤学研究得到飞速发展。
分子肿瘤学是生物学与医学的交叉学科，是将分子生物学技术应用于肿瘤相关基因及其表达产物的研究中，进而阐明肿瘤的发生、发展及其本质，为肿瘤的预防、诊断和治疗提供新措施。北京工业大学生命科学与生物工程学院以抗肿瘤药物的研发为学科发展方向，但随着现代生物技术发展的日新月异，原有的一些肿瘤学基础知识已不能完全满足当前科研的发展需求。为适应生物前沿技术发展趋势，有力地推动生物技术向多专业渗透，促进边缘交叉学科领域的发展，学院首次为研究生开设分子肿瘤学这门课程，主要从分子水平上深入阐述肿瘤学研究的新进展，并结合学院研究生培养目标和课程建设的要求，对该课程教学内容、教学方法以及考核方式等方面进行尝试与探索。这一举措必将促进学院在生物领域和医学领域的科学研究和学科建设。
1 以肿瘤基础研究为背景确立课程教学内容
随着我国医学模式的转变以及全球性卫生重点的转移，肿瘤的防治研究成为科教兴国战略的重要组成部分，不论是肿瘤发生发展的分子机制，还是临床肿瘤诊断治疗，都取得长足进步[1]。
北京工业大学生命科学与生物工程学院生物医学工程专业以探究肿瘤发生发展机制、抗肿瘤药物开发以及基因治疗等为主要研究方向，与医学肿瘤专业相比，在定位和针对性方面都有较为鲜明的特色。学院研究生大多数具有生物学等工科背景，掌握分子生物学、细胞生物学、免疫学及病毒学等丰富的理论知识，在基础研究方面具有优势，但缺少一定的临床肿瘤学知识。因此，分子肿瘤学这门课程的开设不同于医学院传统的临床肿瘤学课程，而是着重以肿瘤基础研究为背景，拓宽研究领域，深化研究层次。授课内容涉及肿瘤发生发展分子机制及其基因治疗、分子药靶、肿瘤表观遗传学等相关领域，以及肿瘤干细胞、miRNA、RNA干扰、蛋白质组学和生物信息学等前沿领域，从基因层面探讨肿瘤发生机制和有效的治疗措施。在此基础上，进一步发现新的肿瘤标志物，用于肿瘤的早期预测与防治。
2 以研究型教学为主导确立课程教学方法
研究生的课程教学处于从本科时期的知识学习型阶段向课题研究型阶段过渡的重要时期，是研究生培养过程中的一个基础环节。因此，这就决定了研究生课程教学不应仅仅只是本科式的知识传授的延续，而应是知识传授与科研能力培养并重。但当前高校教学中仍以传统的灌输式教学方法为主，师生交流与互动少，只适于简单的传授知识，不利于培养研究生自主学习和科研创新能力。
2.1 转变观念意识，优化课程设置
为了更好地增强教学效果，培养学生的综合能力，在开设分子肿瘤学课程之初就积极转换教学观念，以研究型教学为主导，结合课程的基础性与前沿性，优化课程设置，确立新的教学模式[2]。根据学校的研究生培养目标，制定出一套适应研究生教育的教学大纲，既满足研究生的知识需求，又能反应出学科水平和发展趋势。在整个教学过程中，以学生为中心，教师发挥组织和引导作用，根据课程具体内容、学生知识背景及理解能力等因素，充分激发学生的主动性与积极性。
在课程设置中，没有采用固定的教材形式，而是根据学生背景知识的差异，结合当前生物前沿技术在肿瘤学领域的研究趋势，采用启发式、讲座研讨式的教学方式，有目的性地开展授课。课程内容主要分为三部分：
第一部分着重介绍一些肿瘤学相关基本知识，包括细胞生物学如细胞结构与功能、分子生物学如肿瘤的分子标志物等基础知识，既照顾了那些基础薄弱的学生，同时给基础好的学生进行了复习；
第二部分重点从细胞周期与凋亡、细胞信号转导、血管生成、侵袭转移、耐药性等方面阐述肿瘤的癌变机制和肿瘤恶性演进机制；
第三部分介绍肿瘤的分子诊断、预防与治疗等内容与研究进展。
在授课中，从激发学生的创新思维目的出发，鼓励研究生参与课堂讨论，并结合学院一些学术前沿讲座，通过学术报告和学术交流，使学生更广泛拓宽学术视野，提高综合科研水平。
2.2 研究型教学在课堂中的实践
研究型教学是在教师的启发指导下，以学生独立自主学习和合作讨论为前提，以教学中的难点重点内容、有争议的学术问题或学科前沿问题为研究内容，通过学生查阅资料、独立钻研和认真思考展开课堂讨论和交流，使不同的学术观点相互碰撞、交流与补充[3]。
分子肿瘤学属于肿瘤学领域的前沿学科，知识更新快，教材不能涵盖最新的研究内容，因此在授课过程中不能以单一的教材作为参考资料。在教学之前提前做好研究性学习，从同行认可度高的期刊中查阅相关领域的最新研究文献，不断更新知识，在课堂上根据授课内容适时引入这些新技术新方法，既丰富了教学内容，又调动了学生的科研兴趣。
分子生物学、细胞生物学是肿瘤研究的基础，教学内容涵盖的知识点多、涉及面广，新技术与新方法的出现日新月异。如在给学生介绍细胞信号转导这章内容时，课前根据学生研究兴趣与方向设定一些知识点与问题，让学生课后分组查阅相关文献，准备PPT在课堂交流学习。如选择一个信号通路，查阅该通路包括的知识点，如蛋白种类、特点及调控功能，思考该通路在肿瘤生成中发挥怎样的机制？是否有其他小分子如miRNA的参与等？学生课后准备充分，结合自己今后的研究方向，积极探索与发现问题，在课堂交流中活跃，既丰富了课堂教学内容，又促进了对新知识的学习。
此外，还注重将本学院的研究成果融入教学过程中，如在介绍病毒与肿瘤这章内容时，为学生介绍学院科研小组对艾滋病、宫颈癌、食管癌等肿瘤病的研究进展与研究成果；在讲细胞生物学时，结合本实验室在干细胞领域的研究思路与研究进展，为学生介绍干细胞包括肿瘤干细胞、IPS细胞的特征及其在临床中的应用前景。这样让学生更全面了解本学院的研究现状与发展趋势，为今后进实验室开展研究工作奠定基础。
3 完善课程考核方式
课程考核是课程质量的重要内容，以多种形式考核指标来完善考核方式。在分子肿瘤学的课堂教学中，主要从课堂出勤、论文撰写、专题讨论三方面加以评估。其中专题讨论和论文撰写分别占总成绩的70%。在研究生的培养中，文献查阅是研究生从事科学研究非常重要的一个环节，学生可以在查阅、积累、梳理资料中消化、理解知识，并与相关知识融会贯通，运用各种知识解决实际问题。因此，撰写某一个感兴趣领域的研究进展论文是考核的重要内容之一。论文统一按照期刊发表的格式来撰写，考评内容包括论文格式的规范性、选题的新颖性、文献的代表性等。
专题讨论部分的考评主要通过学生对文献的理解程度，包括能否把握文献的核心内容，能否提出自己对文献研究内容的完善建议。同时，学生学术交流水平也纳入成绩考核部分，包括多媒体课件的制作、学术表述的流畅性和学术交流过程的应对能力。这样既可以考核学生查阅文献的能力，同时可以锻炼撰写论文的能力。
4 结束语
肿瘤的分子生物学研究一直是生命科学和医学研究的热点，尤其是癌基因的研究。随着科学技术的发展，生物芯片、RNA技术、表观基因组学及生物信息学等分析方法逐渐成为肿瘤研究的一种高效手段，使研究者更深入地了解疾病发生的分子机制，掌握癌基因特异性的分布规律，揭示基因信号内在的生物学意义，有力地促进肿瘤学的发展，为肿瘤的临床治疗奠定基础。
北京工业大学生命科学与生物工程学院专门为生物技术专业研究生开设分子肿瘤学这门课程，旨在为工科院校培养侧重于肿瘤学基础研究的复合专业型人才。在教学中转变教学观念，引入研究型教学模式，把研究的意识、思维、观点与方法融入教学中，强调对知识学习的自主性与探究性，注重学习过程中研究生的实践与体验[4]。在课堂教学中根据课程性质、教学内容和学生特点，创造性地进行教学设计，激发学生的科研兴趣，有利于全面培养研究生的综合创新能力。
参考文献
[1]陈正堂，等.肿瘤学专业现状与发展设想[J].医学杂志，2011，36（4）：315-318.
[2]王文静.中国教学模式改革的实践探索：“学为导向”综合型课堂教学模式[J].北京师范大学学报：社会科学版，2012（1）：
18-24.
一、引言
随着近年来医学的不断发展，遇到的新情况新问题越来越多，对医学技术的进步的要求越来越高，在这样的复杂情况下，转化医学便应运而生。
转化医学，顾名思义就是在医学领域开展转化技术，这个名词演化自20世纪90年代的转化研究，不过由于比较复杂，情况多变，迄今还没有公认的转化医学的定义。是指一类医学研究，能够很好地将基础研究与解决患者实际问题结合起来，将基础研究的成果“转化”为实际患者的疾病预防、诊断和治疗及预后评估。
其基本特征是多学科交叉合作，针对临床提出的问题，深入开展基础研究，研究成果得到快速应用。实现从“实验室到床边”的转化又从临床应用中提出新的问题回到实验室(，为实验室研究提出新的研究思路。转化医学就是倡导从实验室与临床研究的双向转化(BtoB模式)。药物研究也同样是转化医学的重要内容，转化医学研究成果成为新药研发的引擎。转化医学概念一经提出，并践行之后，获得了较好的反响，得到了人们的欢迎和支持。
二、转化医学的诞生
转化医学的提出其实和当时的社会背景有关，这主要源于当年NIH迫于来自社会的压力。20世纪末NIH每年的研究经费高达200多亿美元，但美国人却在追问，发明了那么多的新技术，积累了那么多新的知识，发表了那么多的高水平论文，为什么人们的健康状况并没有得到显著改善。由此，针对这种情况，NIH积极研发，提出了转化医学的概念，旨在让基础知识向临床治疗转化，促进健康水平的提升。
转化医学的主要目的就是要打破基础医学与药物研发、临床及公共卫生之间的固有屏障，在其间建立起直接关联;从实验室到病床，把基础研究获得的知识成果快速转化为临床和公共卫生方面的防治新方法。转化医学致力于弥补基础实验研发与临床和公共卫生应用之间的鸿沟，为开发新药品、研究新的治疗方法开辟出了一条具有革命性意义的新途径。转化医学是“从实验台到临床”的一个连续、双向、开放的研究过程。
转化医学是一个致力于克服基础研究与临床和公共卫生应用严重失衡的医学发展的新模式，其核心是在从事基础医学发现的研究者和了解患者需求的医生、以及卫生工作者之间建立起有效的联系，特别集中在分子基础医学研究向最有效和最合适的疾病预防诊断、治疗和预防模式的转化。
三、转化医学的主要内容
转化或转化医学是将基础医学研究和临床治疗连接起来的一种新的思维方式。那么他都具体研究些什么呢?它是近两三年来国际医学健康领域出现的新概念，同个性化医学、可预测性医学等一同构成系统医学，包括系统病理学、系统药物学、系统诊断与综合治疗等的体系。建立在基因组遗传学、组学芯片等基础上的生物信息学，同系统医学理论与自动化通讯技术之间的互动密切，加快了科学研究向工程应用转变的产业化过程，应用于医药学也将导致基础与临床之间的距离迅速缩短。
并且随着临床医学情况的不断变化，和形势的变化发展，转化医学还有更广泛的意义，包含了更多的内容，从患者出发开发和应用新的技术，强调的是患者的早期检查和疾病的早期评估。在现代的医疗中，我们看到研究进程向一个更加开放的、以患者为中心的方向发展，以及对于从研究出发的医学临床实践的包容。
传统的基础研究与临床实践被一系列的障碍分隔，这些障碍就像“篱笆墙”。新药的研发隔离于临床在实验室中进行，而当需要进行安全测试和临床试验时才不可避免地被“扔过篱笆”。许多制药公司正在建立转化医学团队，来增强基础研究和临床医学的沟通。
从上述定义可以看出，转化医学主要是倡导以患者为中心，从临床工作中发现和提出问题，由基础研究人员进行深入研究，然后再将基础科研成果快速转向临床应用，基础与临床科技工作者密切合作，以提高医疗总体水平。因此转化医学研究主张打破以往研究课题组单一学科或有限合作的模式，强调多学科组成课题攻关小组，发挥各自优势，通力合作。
四、当代研究成果
在世纪临床应用过程中，转化医学也取得了一系列可喜的研究成果，比如以美国和欧洲国家为例。早在上世纪，欧盟为健康相关的研究计划投入60亿欧元，英国国家健康研究院便建立了综合性和专科性的生物医学研究中心，在进入新世纪之后，从2007年开始，5年中将提供超过4.5亿英镑，用于资助11个生物医学研究中心进行转化医学研究。另外，2006年5月初，苏格兰与惠氏制药公司合作，投资近5000万英镑启动了世界上第一个转化医学合作研究中心，在磁共振和体外受精领域都取得不凡的成绩。
而在科技领域一向不屈居人后的美国成绩也十分让人羡慕，1946 年，美国科学家费利克斯·布洛赫和爱德华?珀塞尔发现了磁共振现象，但将这一成像技术引入临床却经历了漫长的时间。1973年，美国科学家保罗·劳特布尔发现在静磁场中使用梯度场能够获得磁共振信号的位置，从而可以得到物体的二维图像。以此为基础，英国科学家彼得·曼斯菲尔德用他发展的快速成像方法为医学磁共振成像临床诊断打下了基础，推动了医用磁共振成像仪问世。利用磁共振成像技术可以诊断一些以前无法诊断的疾病，特别是脑和脊髓的病变，可以为患者需要手术的部位进行精确定位，可以更准确地跟踪体内病变的演变。
如今，磁共振成像仪已经成为世界普及的最重要的诊断工具之一，这是一个以“临床应用为中心”，将基础研究转化成临床诊断技术的经典范例。
五、未来发展
目前国内的转化医学水平在不断提高，各地逐渐建立了转化医学研究所、转化医学中心，召开了各种转化医学论坛，政府也对转化医学高度重视。可以预见到其未来的发展前景是很好的，但是，由于我国的经济和地域等各种限制，发展的阻力也是重重，但是新生事物的发展经历过困难之后，一定会有所发展
相信随着建立转化医学学术组织，如转化医学学会，并制定相应的转化医学的任务 ;最后创建转化医学期刊，创建转化医学基金，设立转化医学奖项，以促进转化医学人才的培养。未来的发展中一定会取得更长远的发展，更好的造福于人类。
六、结语
作为基础科学和临床科学之间桥梁的转化医学，，从而为 21世纪医学的发展带来根本性改变。目前国内的转化医学水平在不断提高，各地逐渐建立了转化医学研究所、转化医学中心，召开了各种转化医学论坛，政府也对转化医学高度重视。但是，我国的转化医学水平还与国外有着巨大的差距，而随着我国经济的飞速发展，公众对医疗服务的要求也越来越高，我国医学将面临着更大的挑战和严峻的考验。因此，我们首先应该强化传播转化医学理念，加强研究，不断发展。
作者简介：
随着蛋白组学技术和生物信息技术的飞速发展，蛋白质芯片表面增强激光解吸电离飞行时间质谱（SELDITOFMS）技术应运而生，它为恶性肿瘤的早期诊断构造了一个新的技术平台，具有高通量、高效率、高灵敏度、低创伤等特点，可以快速准确地分析标本中的蛋白质组成，在基础医学研究、临床疾病诊断以及药物研发方面显示出广阔的应用前景及临床意义。本文就其技术原理和在胸部恶性肿瘤的早期诊断中的应用及发展前景做一综述。
【关键词】 胸部肿瘤 蛋白组学 SELDI TOF MS 早期诊断
蛋白组学是对动态流动因子组合的研究，当健康细胞向肿瘤细胞转化时，就有蛋白质表达、修饰、种类、及表达部位的变化，从而影响细胞的功能，蛋白组学技术就是要准确的监测疾病过程中蛋白质的变化，探讨其变化是肿瘤蛋白组学研究的重要问题。目前国内外已有不少学者应用表面增强激光解析／电离飞行时间质谱仪(surface-enhanced laser desorption／ionization timeofflight mass spectra，SELDITOFMS)技术从血清中筛选卵巢癌［1］、前列腺癌［2］、胃癌［3］等肿瘤特异性标志物，并1建立起相应的诊断模型，如：人工神经网络模型、判别分析模型等，其检测的灵敏度和特异性均能达到80%～100%，对于胸部肿瘤蛋白组学也有一定的研究，现就胸部肿瘤患者血清特异蛋白的表达检测综述如下。
1 SELDITOFMS的检测原理
SELDITOFMS作为一种带电粒子的质量鉴定方法，它的工作原理是采用化学或生物学的方法在蛋白芯片载体表面制作点状芯池，每个芯池用探针修饰，形成化学表面芯片探针或生物表面芯片探针。使用时先将需要检测的含有蛋白质的标本，如血清、尿液、脑脊液等按一定程序前期处理，然后在每个芯池内加入待测样品，样品中的蛋白与特定的探针结合后，在原位洗去非特异性结合及未结合的物质，再加入能量吸收剂，保留在芯片上的蛋白与能量吸收剂形成混合结晶，即可直接进行质谱检测。质谱检测的原理是芯池中的分析物经激光脉冲辐射解析形成电荷离子，不同质荷比(M/Z)离子在仪器场中飞行的时间长短不同，质量越轻，相对所带电荷越多，其质荷比也就越小，飞行时间越短，检测器即可将其最先检测到，信号由高速的模拟数字转化器转化并记录，被测定的蛋白质以一系列峰的形式呈现，这些特异的峰可看成此类疾病的蛋白指纹。SELDITOFMS分析的蛋白峰的质谱图的横轴表示蛋白质类型，纵轴代表蛋白质的强度和丰度，进行定量测定。整个技术流程包括蛋白芯片载体的选择、探针的选择及固定、待测样品的前处理、芯片检测、计算机处理和结果分析等步骤。利用SELDITOFMS可发现过去无法分离检测的新的疾病蛋白质谱图，可以将患者血清中蛋白质成分的变化记录下来，绘制成蛋白质谱图，并显示样品中各种蛋白的分子量、含量等信息，从而鉴别癌症患者和非癌症患者的血清蛋白质组图谱。
2 胸部肿瘤血清检测的研究
2.1 食管癌的研究 随着蛋白质组学实验技术(蛋自质芯片技术，蛋白双向凝胶电泳技术)和计算机生物信息处理技术的迅速发展，Yasuharu Hayashida et al［4］利用SELDITOFMS对27例样本血清进行研究（实验组为15例治疗前病理学诊断为食管癌患者，对照组为12例正常人群），以向量计算法构建蛋白质图谱诊断模型，将诊断模型对实验组以盲算法进行独立检测，发现共有859个蛋白质峰，其中一组高表达有4个质峰，M/Z分别为7420、9112、17123和12867，通过向量计算法能区分实验组和对照组，这组质峰对实验组进行验证，有93.3%（14/15）的食管癌患者被正确诊断。Wang LD et al［5］利用SELDITOFMS和WCX2对130例样本血清进行检测（包括63例具有正常食管上皮组织，40例具有食管基底细胞增生，27例食管上皮细胞发育不良，30例食管癌患者），发现食管基底细胞增生组有一个有效蛋白峰值，质荷比（M/Z）为9306.61u；食管上皮细胞发育不良组有一个有效蛋白峰值，M/Z为13765.9u；食管癌组有两个有效蛋白峰值，M/Z分别为2942.15u和15953.4u。分别以此建立3个决策树诊断模型，在训练组对三种类型诊断的敏感度分别为57.5%(23/40)、88.8%(24/27)、96.6%(29/30)，在测试组对三种类型的敏感度分别为57.5%(23/40)、66.6%(18/27)、60.0%(18/30)；在训练组对三种类型诊断的特异度分别为96.8%(61/63)、63.4%(40/63)、92.0%(58/63)，在测试组对三种类型诊断的特异度分别为95.2%(60/63)、71.4%(45/63)、84.1%(53/63)。Yu WF et al［6］等采用CM10蛋白芯片及SELDITOFMS技术对贲门癌患者进行研究发现，检测38例正常对照与34例贲门癌患者血清标本，在相对分子质量2000～20000范围内，共检测到135个蛋白质荷比峰，其中41个差异有统计学意义(P＜0.01)，通过软件包运算，用其中3个质荷比峰(5643/45793、8570/82126、15940/1533、M/Z)建立了贲门癌血清蛋白指纹图诊断模型，其建立的诊断模型可以有效区分贲门癌和健康人，并且准确度可达93.06%，敏感度可达85.29%，特异度可达100%，阳性预测值可达100%。
张红蕾等［7］用金属亲和表面(IMAC3)芯片和表面增强激光解析/电离飞行时间质谱仪(SELDITOFMS)检测44例食管鳞癌患者、42例正常人血清的蛋白质质谱，用食管鳞癌患者与正常人质荷比为M9479.43的一种蛋白质建立的决策树分类模型，在学习模式下44例食管鳞癌患者中有43例被正确诊断，42例正常人有40例被诊断正常，诊断准确率为96.5％(83/86)，敏感性和特异性分别为97.7％(43/44)、95.2％(40/42)；在检测模式下44例食管鳞癌患者中有42例被正确诊断，42例正常人中有40例被正确分组，敏感性和特异性分别为95.4％(42/44)、95.2％(40/42)。Liu CZ et al［8］收集68例食管鳞癌患者和44例正常对照的血清，其中建模型组90例（55例为食管鳞癌，35例为正常对照），盲法筛选组22例（13例为食管鳞癌，9例为正常对照）。采用固定金属亲和表面芯片，经SELDITOFMS测定得到蛋白质谱，通过软件比较两组人群的血清蛋白质谱的差异，经生物信息学分析得到决策树模型并进行盲法验证。发现在质荷比（m/z）1.5～20ku范围内，共检测到78个有效蛋白峰，其中25个峰差异有统计学意义(P＜0.001）。对建模型组的蛋白质谱数据，通过1000次随机抽样，得到1000个决策树，结合3倍交叉证实方法，构建了“食管鳞癌正常对照”分组诊断的20个决策树模型。用这20个决策树来对22个盲法筛选样本进行归类预测，预测正确的样本为18个，盲法验证的灵敏度为92.31%，特异度为66.67%。通过上述对食管癌患者的血清中蛋白改变的研究，可能寻找到与食管癌相关的特异血清蛋白标志物，这些特异标志物的发现将有助于提高食管癌早期诊断率，也能为在食管癌高发地区进行大规模人群普查提供一个简便、快速的和痛苦少的筛查方法。
2.2 支气管肺癌的研究 Zhukov TA et al［9］用质谱分析法对3523例肺癌和肺癌前病变病理细胞群的蛋白谱区别的研究发现，与正常细胞相比，肿瘤细胞在17KD～23KD质谱范围内有3个峰明显上调，17.3KD的峰在任何正常组织中都未检测到，而在非典型性腺瘤样增生细胞中表现为低水平升高。表明这些蛋白标志物可以用于肺癌高危人群的筛选和肺癌对化学抑制剂反应的监测。Xiao XY et al ［10］采用了IMAC Cu和WCX2两种不同的蛋白质芯片，对28例非小细胞肺癌患者及12例正常人血清标本的蛋白质谱进行检测。发现了5个高度特异和敏感的肺癌生物标志蛋白，有4个标志物同时在IMAC Cu和WCX2两芯片上出现。非小细胞肺癌患者血清中有2个标志物上调，而3个标志物下调。单个标志物的敏感度为75.0％～96.4％，特异度为75.0％～100.0％。Yang［11］等将208例血清样本(包括158例肺癌患者和50例健康个体)随机分为训练组(Ⅰ/Ⅱ期肺癌11例，Ⅲ/Ⅳ期肺癌63例，健康对照20例)和盲试组(Ⅰ/Ⅱ期肺癌43例，Ⅲ/Ⅳ期肺癌41例，健康对照30例)。采用SELDITOFMS分析，将训练组检测到的11493、6429、8245、5335和2538等5个蛋白质峰作为标记，用于检测盲试组，显示诊断敏感性为86.9％，特异性为80.0％，阳性预测值达到92.4％。另外，SELDI标记模式在检测非小细胞性肺癌(NSCLC)时敏感性为91.4％，远高于对小细胞肺癌的检测，在检测I/Ⅱ期肺癌时的诊断敏感性为79.1％。A.Alzetani et al［12］利用SELDI，采用CM10和IMAC蛋白芯片，对170例血清标本进行研究（70例非小细胞肺癌患者、75例正常人群、25例肺癌术后患者），并以Wilcoxon rank test的统计方法来检测不同表达的峰值。采用CM10芯片初步检测39例非小细胞肺癌患者、38例正常人群及17例术后患者后发现19个不同的峰值表达（P＜0.01），但没有足够证据能证明术后可以恢复到正常状态；采用IMAC芯片检测所有标本，发现40个有差别意义的峰值（P＜0.01）。以此资料区分患者，其特异性与敏感性均高于75%，对于术后患者一些肿瘤相关峰值可恢复到正常状态。综上研究表明，SELDITOFMS技术可用于检测肺癌和癌前肺上皮细胞恶性蛋白信号，以筛选肺癌的高危人群。
2.3 乳腺癌的研究 对于乳腺癌的蛋白质组学研究已经比较成熟，LI等［13］用SELDITOFMS技术及配套蛋白质芯片，检测49例乳腺癌和37例非乳腺癌疾病患者的血清蛋白质指纹图谱，并运用SPSS 10.0软件判别分析处理数据和筛选标志物，建立了三个诊断模型。组合构建的诊断模型I包括6个蛋白质峰，质荷比分别为8611、16827、25711、28931、25485和2437，鉴别乳腺癌和非乳腺癌疾病的敏感性为81.6％，特异性为78.4％。组合的诊断模型Ⅱ也包括6个蛋白质峰，其质荷比分别为4470、10854、19193、3883、2011和7470，鉴别I期乳腺癌与非乳腺癌疾病的敏感性为80.0％，特异性为89.2％。组合的诊断模型Ⅲ包括5个蛋白质峰，其质荷比分别为2726、27014、2247、4477和19333，鉴别I期与Ⅱ～Ⅳ期乳腺癌的敏感性为91.2％，特异性为93.3％。胡跃等［14］利用表面加强激光解吸电离飞行时间质谱(SELDIT0FMS)技术及其配套蛋白质芯片，对49例乳腺癌患者和33例健康人的血清蛋白质组图谱进行检测，结合人工神经网络软件建立诊断模型并进行验证。结果发现以全部253个差异表达蛋白质峰的数据构建完整诊断模型，以差异最大的4个峰的数据构建简化诊断模型。完整模型盲法预测的灵敏度和特异度分别为83.33％(15/18)和88.89％(8/9)，对早期和中晚期乳腺癌的检出率分别为90.00％(9/10)和75.00％(6/8)；简化模型盲法预测的灵敏度和特异度分别为76.47％(13/17)和90.00％(9/10)，3例早期乳腺癌均被其准确检出100.00％(3/3)，对中晚期乳腺癌的检出率为71.43％(10/14)。两模型灵敏度、特异度两方面的差异无统计学意义(P>0.05)，对早期和中晚期乳腺癌患者的检出率均无显著性差异(P>0.05)。Streckfus等［15］检测乳腺癌患者及健康女性的唾液标本，发现质核比分别为18000、113000、170000、228000、287000的5个蛋白质峰在乳腺癌唾液样本中高表达，它们可能成为诊断乳腺癌的肿瘤标记物。
3 问题与展望
SELDITOFMS蛋白质组学检测用于临床上肿瘤的早期诊断还需解决以下问题：(1)芯片测试的标准化、重复性和质量保证；(2)如何提高上样量，降低样品中高丰度蛋白对低分子量和低丰度肿瘤标志的干扰；(3)经质谱检测的蛋白后续鉴定需要生物信息学技术平台的支持，尚需开发更先进的配套蛋白质芯片分析软件；(4)芯片的成本较高；（5）如何正确评价已发现的蛋白质生物标记的特异性是非常重要，必须证实这种标记物在不同性别、不同种族人群中的有效性，能够对高危险人群中的个体做出评价、区分等。这些问题不仅在某种程度上限制了该技术的发展，同时也是其能否从实验室走向临床的关键所在。尽管如此，因为蛋白质芯片技术是近年来兴起的的一种蛋白质组学研究的新方法，以质谱分析替代传统的免疫诊断也是一种新的肿瘤诊断模式，SELDITOFMS质谱蛋白质芯片结合二者的优势为寻找肿瘤标志物建立了一个良好的技术平台，目前也在多种肿瘤研究中取得了可喜的成果，这项技术因其快速、高灵敏性和特异性及可全自动化分析的特点，必将能成为胸部恶性肿瘤标志物筛选、早期检测、分级、疗效及预后判定、寻找药物治疗特异性靶目标的关键技术，在胸部恶性肿瘤的基础研究和临床应用中具有广阔的应用前景。
参考文献
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［13］Li J，Zhang Z，Rosenzweig J，et al．Proteomics and bioinformatics approaches for identification of serum biomarkers to detect breast cancer［J］．Clin Chem，2002，48：1296～1304．
【摘要】 【目的】克隆阳春砂萜类生物合成途径的上游关键酶——1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate reductoisomerase, dxr)(ec:111267)的编码基因;分析基因的功能及其在阳春砂不同组织中的表达。【方法】通过基于逆转录—聚合酶链反应(rtpcr)的方法从阳春砂叶片中获得编码dxr的cdna全长序列,克隆基因编码区;用生物信息学的方法对其编码蛋白进行相似性检索和功能分析;用半定量rtpcr法比较基因在阳春砂不同组织中的表达差异。【结果】获得了全长1 749 bp的编码阳春砂dxr的cdna序列,命名为avdxr1(genbank登记号：fj459894)。avdxr1编码的蛋白与其他植物来源的dxr有很高相似性,含有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadph)结合基序和dxr活性位点基序,n端有叶绿体靶向转运肽。保守功能结构域的分析结果表明avdxr1属于1去氧d木酮糖5磷酸还原酶家族。avdxr1在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达。WwW.lw881.com【结论】avdxr1基因是阳春砂dxr的编码基因,该基因在阳春砂的叶、茎、根、果皮和种子团中广泛表达。
【关键词】 阳春砂/生长和发育;萜类化合物;基因克隆;基因表达
砂仁化湿行气的主要药效物质为挥发油,其主要成分为萜类化合物[1-3]。紫杉醇、青蒿素等药效确切的萜类化合物的研究及其临床应用使萜类化合物成为药用植物次生代谢研究领域的热点之一,随着分子生物学的发展,萜类化合物生物合成途径相关酶类的编码基因也不断被克隆和研究[4-6]。
植物萜类化合物生物合成的上游途径已基本清楚,甲羟戊酸途径(mevalonate pathway,简称mva途径)和丙酮酸/磷酸甘油醛途径(pyruvate/glyceraldehyde3phosphate pathway,简称dxp途径)是萜类化合物生物合成的2条途径,mva途径在细胞质中进行,而dxp途径发生在质体中[7-10]。1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate reductoisomerase, dxr)(ec:111267)是dxp途径的关键酶[10]。dxr基因已经从薄荷mentha x piperita[11]、玉米zea mays[12]、银杏ginkgo biloba[13]、喜树camptotheca acuminata[14]和丹参salvia miltiorrhiza[15]等植物中克隆得到。为了保护阳春砂的基因资源,进一步探明阳春砂药效物质萜类成分生物合成的调控机制,本研究采用简并引物逆转录—聚合酶链反应(rtpcr)结合cdna末端快速扩增(race)的方法,从阳春砂叶片中克隆编码dxr的基因,通过生物信息学分析鉴定所获基因,采用半定量rtpcr法分析基因在不同组织中的表达差异,现将结果报道如下。
1材料与方法
11植物材料用于基因克隆的阳春砂引种自广东阳春市砂仁试验示范场,栽种于广州中医药大学大学城校区药王山。用于基因表达分析的阳春砂幼苗培养方法：取阳春砂种子用细砂搓去假种皮,浸种24 h后播种于盛有营养土与粗砂(比例为3∶1)为基质的育苗盆中室温光照培养,待幼苗长出2～4片真叶后间苗,每盆(直径12 cm)留取生长一致的苗2～3株,待苗龄约6个月(长出7～9片真叶)时取第1位完全展开叶、茎和根用于基因表达分析。阳春砂成熟果实取自阳春春湾,液氮速冻后-70℃保存备用。
2010年第27卷广州中医药大学学报杨锦芬，等.阳春砂1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶基因的克隆及表达分析第5期12主要试剂植物rna提取试剂盒(北京普利莱基因技术公司)，primescript rtpcr kit、1st strand cdna synthesis kit、ex taq dna聚合酶、la taq dna聚合酶、克隆载体pmd18t(宝生物工程大连有限公司)，柱式植物rnaout试剂盒(北京天泽基因公司)，克隆载体pgemt(美国promega公司)，smart race kit(美国clontech公司)，大肠杆菌ecoli菌株dh5α(本实验室保存)，taq dna聚合酶、dna回收试剂盒(北京赛百盛生物工程公司)。引物由上海生工生物工程公司合成，测序由上海生工生物工程公司和上海英潍捷基(invitrogen)公司完成。
13目的基因核心片段的扩增
131简并引物设计在genbank上检索来源于单子叶植物的dxr序列,获得水稻、玉米、大麦和油棕的dxr序列(登记号分别为af367205、aj297566、aj583446和ay583784)。采用omiga 20软件对上述序列进行比对,根据其高度同源区域设计2对用于嵌套pcr的简并引物ad1、ad3和ad2、ad4,引物序列见表1。
132总rna的提取取01 g新鲜叶片,用植物rna提取试剂盒,参照说明书的方法提取总rna。用10 g/l琼脂糖凝胶电泳检查rna的完整性,用dna/rna calculator(biorad)测定d260与d280,确定总rna的浓度与纯度。
133rtpcr方法取总rna 2 μg,采用prime script rtpcr kit,参照说明书的方法,以oligo(dt)为引物进行反转录。下一步以反转录产物为模板,以ad1、ad3为引物进行1stpcr。反应体系(20 μl)：5 u/μl ex taq酶 01 μl、10倍pcr buffer 2 μl、10 mmol/l 脱氧核苷酸三磷酸(dntp)2 μl、10 μmol/l上游引物 075 μl、10 μmol/l下游引物075 μl、反转录产物 15 μl、灭菌超纯水13 μl。pcr反应程序：94℃变性3 min;94℃变性05 min,57℃退火05 min,72℃延伸1 min,37个循环;72℃延伸5 min。以引物ad2、ad4进行2nd pcr,模板取1st pcr产物1 μl,退火温度为53℃,其他与1st pcr相同。pcr产物以10 g/l琼脂糖凝胶电泳检测,确认特异条带后,按比例扩大体积至100 μl进行pcr。用dna回收试剂盒,参照说明书的方法回收pcr产物,用相应的简并引物进行测序。
134核心片段的确认登陆ncbi.nlm.nih.gov/blast/,在genbank中用测序所获序列进行blastn(nucleotide blast)检索,检验所获片段与已知的其他植物dxr序列的相似性。
14目的基因cdna全长的获得和编码蛋白分析
141race引物的设计用于3race的反转录引物r3以及用于1st pcr和2nd pcr的下游引物r3p1、r3p2见表1。根据134项获得的核心片段序列和race试剂盒的引物设计要求,设计相应的3race上游引物ad31、ad32和5race下游引物ad51、ad52(见表1)。
1423race以总rna为模板、r3为引物进行反转录,再以r3p1、r3p2为下游引物,分别与目的基因的特异引物ad31、ad32配对,参照133项下的pcr反应体系及程序,调整相应的退火温度和延伸时间进行嵌套pcr。回收pcr目的片段,连接至pmd18t载体,热击法[16]转化e.coli dh5α,以pcr检测呈阳性的菌落用载体通用引物测序。
1435race采用smart race kit,参照说明书的方法进行反转录,再以试剂盒中的upm和nup为上游引物,分别与目的基因的特异引物ad51、ad52配对,进行嵌套pcr。回收pcr目的片段,克隆至pgemt载体,用载体通用引物测序。
144cdna全序列的拼接采用omiga 20软件,对3race和5race的测序结果进行分析,去除载体序列,用genbank的“blast 2 sequences”功能,将3、5端序列分别与134项获得的核心序列进行比对和拼接,获得cdna全长,再用omiga 20软件分析其开放阅读框架(orf),翻译成氨基酸序列。用genbank的blastp程序对所获氨基酸序列进行同源检索,初步确认获得的翻译蛋白是否为dxr的同源蛋白及其完整性。
145编码区的克隆根据获得的cdna全序列中编码区的两侧序列设计引物ado1和ado2(表1),以133 项获得的反转录产物为模板,用la taq酶进行pcr,扩增编码区全长。将目的片段克隆至pgemt载体,选2个以上阳性克隆测序。测序后发现编码区不完整,将测序获得的序列与拼接获得的cdna全长进行比对,发现3端有较大差异,根据差异序列设计引物ad33(表1),再次进行3race。用此次3race所获序列进行cdna全长的第2次拼接,据此设计克隆编码区的下游引物ado3(表1),与ado1配对,再次扩增编码区,克隆至pgemt载体,选2个以上阳性克隆测序,再次检验编码区的完整性。表1阳春砂avdxr1克隆所用引物
146基因编码蛋白分析及序列提交用dnastar 50软件分析目的基因编码蛋白的分子量、等电点等理化性质。登陆hc.ims.utokyo.ac.jp/ipsort/,进行亚细胞定位预测。利用genbank的blastp程序对氨基酸序列进行同源检索。用dnaman 50软件进行氨基酸序列的多重比对以及系统发育树的绘制。登陆ncbi.nlm.nih.gov/structure/cdd/cdd.shtml,利用保守功能域数据库(conserved domain database,cdd)进行蛋白保守功能域的在线预测[17]。登陆ncbi.nlm.nih.gov/bankit/,向genbank提交avdxr1的基因序列及其编码的氨基酸序列。
15基因表达分析
151rna提取叶片、根、茎的总rna提取按照132项下方法进行。果皮和种子团总rna的提取用柱式植物rnaout,参照说明书的方法进行。
152反转录采用1st strand cdna synthesis kit,参照说明书方法进行。
153半定量pcr根据芭蕉和三七的18s rrna基因序列(ef376005和d85171)的比对结果,设计引物18sf、18sr(表2),扩增半定量rtpcr体系的内参照18s rrna。设计引物adr1、adr2(表2),扩增目的基因片段(约450 bp)。以反转录产物为模板进行半定量pcr。反应体系(20 μl)：10倍pcr buffer 2 μl、dye(pcr染料)2 μl,10 mmol/l dntp 15 μl、10 μmol/l上游引物 05 μl、10 μmol/l下游引物 05 μl、5 u/μl taq dna聚合酶 02 μl,根据18s rrna的扩增结果调整相应模板的用量,灭菌超纯水补足体积。pcr反应程序：94℃变性2 min;94℃变性05 min,55℃退火05 min,72℃延伸1 min,29个循环(18s rrna)或32个循环(avdxr1)。每个反应取5 μl pcr产物以12 g/l的琼脂糖凝胶电泳比较产物亮度。每个反应重复3次以上。表2avdxr1半定量rtpcr所用引物
2结果
21rna提取结果从阳春砂嫩叶中提取总rna,电泳结果如图1所示,28 s和18 s rrna条带清晰,无dna污染,rna浓度约为1 μg/μl。
amomum villosum leaves22avdxr1核心片段的扩增及3race、5race结果如图2所示,1st pcr和2nd pcr的结果均获得约450 bp的目的片段。2nd pcr回收产物的测序结果获得444 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列有较高相似性(81%～86%)。
通过3race获得约700 bp的片段(图3-a)。测序得到以polya结尾的710 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列3端有较高相似性(69%～78%)。
通过5race获得约800 bp的片段(图3-b)。测序得到822 bp的序列,blastn结果显示该序列与其他植物来源的dxr序列5’端有较高相似性(74%～80%)。
23avdxr1全长cdna的拼接及其编码区的克隆将克隆获得的5端822 bp、核心片段444 bp与3端710 bp的序列进行拼接,获得了1 722 bp的序列,命名为avdxr1722,该序列包含1 419 bp的orf。扩增编码区(图3-c),测序获得1 444 bp的序列,命名为ado1444。ado1444的最大orf全长仅1 221 bp,推测ado1444的编码区未完整。将ado1444与avdxr1722进行比对,结果显示两者的序列差异主要在3端。根据3端差异序列设计引物ad33,再次扩增avdxr基因的3端(图4-a),测序得到以polya结尾的581 bp的序列,命名为avdxr3581。
将5端序列(822 bp)、ado1444与avdxr3581进行拼接,获得1 749 bp的序列,命名为avdxr11749。对avdxr11749的编码区进行扩增(图4-b),测序获得1 452 bp的插入序列,最大orf的分析结果表明该序列包含了完整的1 416 bp的orf。将此序列与avdxr11749进行比对,两者的重合序列完全一致,验证了第2次拼接获得的cdna序列的正确性。
avdxr11749包含5端167 bp的非编码区、1 416 bp的orf和3’端166 bp的非编码区,最后以polya结尾,编码472个氨基酸。avdxr1编码的蛋白分子量为5141 kd,等电点为644。avdxr1蛋白的亚细胞定位预测结果显示其n端有叶绿体转运肽。向genbank提交阳春砂avdxr1序列及其编码的氨基酸序列,获得序列登记号fj459894。
24avdxr1与其他植物dxr蛋白的同源性及系统进化关系blastp检索结果表明,阳春砂avdxr1与来源于其他植物的dxr蛋白有较高同源性。表3列出了avdxr1与其他11个植物dxr蛋白的比对结果,序列相似性达到85%～91%,序列长度也相近。表3avdxr1与其他11个植物dxr蛋白相似性比较
table 3alignments of amino sequence of avdxr1 with dxrs from other 11 plant species
dxr来源科属登记号序列长度/aa序列相似性/%玉米z.mays禾本科,玉米属acg3301247291水稻o.sativa禾本科,稻属bab7860647392近琴巴豆c.stellatopilosus大戟科,巴豆属abo3817746789大麦h.vulgare禾本科,大麦属cae4743848488橡胶树h.brasiliensis大戟科,橡胶树属abd9270247189番茄s.lycopersicum茄科,番茄属aak9606347589胡黄连p.kurrooa玄参科,胡黄连属abc7456647587烟草n.tabacum茄科,烟草属abh0896447389葛藤p.montana豆科,葛属aaq8416846584红豆杉t.media红豆杉科,红豆杉属aau8783647787银杏g.biloba银杏科,银杏属aar9570047785
avdxr1与其他11个植物dxr的系统进化关系分析结果如图5所示,12种dxr的分子进化关系与其来源植物的亲缘关系基本一致,avdxr1与同为单子叶植物来源的玉米、大麦、水稻的dxr有更近的亲缘关系。
avdxr1与3个单子叶植物玉米、大麦和水稻的dxr多重比对结果(图6，彩图见第558页)显示,它们在第46位氨基酸以后的区域均有较高的连续相似性,在它们的n端含有2个高度保守的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nadph)结合基序,中部含有2个dxr活性位点基序。
25avdxr1功能预测cdd是genbank数据库的一部分,通过cdd搜索便可以利用该数据库对目的蛋白进行保守功能域的扫描,从而进行蛋白质功能的预测和家族聚类[17]。用avdxr1的序列进行cdd搜索,结果显示avdxr1蛋白具有prk05447(1deoxydxylulose5phosphate reductoisome rase)功能域,属于1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶超级家族(pfam02670：dxp_reductoisom superfamily),带有dxr家族典型的c端功能结构域(pfam08436∶dxp_ redisom_c superfamily)。
26avdxr1半定量rtpcr结果如图7所示,根据半定量rtpcr的结果,avdxr1在茎、根、果皮和种子团中的表达量高于在叶片中的表达量。
3讨论
dxr是萜类生物合成2条途径之一——dxp途径的关键酶。它由nadph提供还原力,将1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(1deoxydxylulose5phosphate,dxp)转化为2甲基赤藓醇4磷酸(2cmethylderythritol4phosphate,mep)[18]。由于dxp也可用于硫胺和吡哆醇的生物合成,mep才是萜类合成的重要前体,因此,此步反应是萜类生物合成dxp途径的“碳流”分支点,也是重要的调控靶点[4]。过量表达dxr的转基因薄荷挥发油含量比野生型提高了50%[19]。在烟草中过量表达来源于蓝藻(synechosystis pcc6803)的dxr基因,提高了多种萜类物质的含量[20]。dxr基因在通过基因工程调控萜类合成方面有良好的应用前景。本研究应用简并引物rtpcr与race结合的方法,首次从阳春砂叶片中克隆了avdxr1基因,获得全长1 749 bp 的cdna全序列及其编码的包含472个氨基酸的蛋白质序列。
对黄花蒿、玉米等6种植物的dxr分子结构分析表明,不同植物dxr的功能域有着几乎一致的氨基酸组成,具有dxr活性所必须的典型的多肽位点[21],提示来源于不同植物的dxr功能域具有较高的保守性。本研究通过cdd搜索,对克隆获得的阳春砂avdxr1基因的编码蛋白进行了功能预测,结果表明,avdxr1属于1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶(dxr)家族。avdxr1蛋白n端含有的2个nadph结合基序和中部的2个dxr活性位点基序与前人对植物dxr的分子结构分析一致[18]。从多种植物中克隆的dxr基因编码蛋白均具有质体转运肽[11-14],对avdxr1蛋白的亚细胞定位预测结果显示,在其n端也有叶绿体转运肽,据此判断该基因编码的成熟蛋白定位于质体,在质体行使催化功能,这与dxp合成途径的细胞定位是一致的。通过基于以上生物信息学的分析,初步证明了克隆获得的avdxr1是阳春砂萜类生物合成途径1去氧d木酮糖5磷酸还原异构酶的编码基因。
喜树cadxr在茎部的表达量高于叶片与根部的表达量[14]。gbdxr在银杏的多种组织,包括根、茎、叶、果皮和种子中表达,其中在叶片中表达量较低[13]。avdxr1在阳春砂不同组织中的表达分析表明,avdxr1在包括茎、根、果皮和种子团的广泛组织中表达,且在这些组织中的表达量均高于在叶片中的表达。由于果实是阳春砂的重要药用部位,avdxr1在果实中的表达对于阳春砂萜类生物合成的原位调控具有重要意义。
本研究克隆获得了阳春砂avdxr1基因,为进一步分析该基因在萜类生物合成途径中的功能打下基础,为将其应用于萜类药效成分生物合成的基因工程调控提供了依据。
(致谢：广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心刘艳、黄琼林、宁鑫、吴睿等研究生参与了植物培养、果实取样的工作,广东阳春市砂仁试验示范场苏景场长提供了阳春砂种苗,特此致谢!)
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