生物技术在中药现代化中的地位和作用

生物技术是一门应用生物科学研究成果以工程手段增加数量和提高质量从而满足人类日益增长的对生物制品需求的技术。三十年来，已在许多领域取得了巨大的进展，如在农业中已育成多种抗病、抗虫、高产的农作物新品种，在西药中利用转基因微生物生产干扰素、胰岛素、生长因子等几十种新药物和疫苗，在环保中培育成能降解工业污染物的微生物，在食品工业中利用发酵技术生产酶、氨基酸、维生素制品。

但是，生物技术在中药中的应用还十分局限，除了在细胞工程和发酵工程方面有一定进展以外，基因工程刚刚起步，而酶工程和蛋白质工程尚未涉及。因此，加强生物技术在中药基础和应用中的研究显得十分必要。

一、生物技术在中药生产中的应有前景

二、我国中药生物技术的发展过程和研究内容

三、中药生物技术研究今后发展方向

四、我国中药生物技术研究的组织和实施

一、生物技术在中药生产中的应有前景

1.我国中药资源和生产概况

虽然我国中药资源丰富，达12807种。其中植物有11146种，动物有1581种，矿物有80种，但它们的蕴藏量是有限的。盲目挖掘捕猎，不仅使野生资源日益减少，造成全国经常使用的400余种药材每年有20%的短缺，而且严重破坏了生态环境，使人类遭受到巨大的生命财产损失。人工栽培品种又面临着品质退化、农药污染和种子带病等问题，严重影响了对药材品质的保证和控制。

中药的“古老性”和“复杂性”使得我国中药生产加工总体上仍处于与现代科学技术严重脱节状态。因此除了制定有关政策法律保护占我国药材市场80%供应量的野生资源以外，还必须找到切实可行的新技术途径彻底改变我国中药生产的落后面貌。此外，通过生物技术还可以在中药这一医药宝库中发现和生产具有新结构的有效成分，因此中药生物技术对发展我国中医药事业更具重要性。

2.生物技术在中药生产中应用的优点

与传统生产方式比较，应用生物技术进行中药生产有以下几个优点：

(1)药材(或有效成分)的生产可以在人为控制条件下进行，通过操作培养条件和培养方式极大地提高生产率。

(2)培养是在无菌条件下进行的，因此可以排除病菌和虫害的侵扰，严格控制药材质量。

(3)可以进行特定的生物转化反应，大规模生产我们需要的有效成分。

(4)通过对有效成分合成路线进行遗传操纵，提高所需物质的产量。

(5)通过加入或删除基因而改变加药材的遗传特性。

二、我国中药生物技术的发展过程和研究内容

1.发展过程

(1)从中国科学院上海植物生理研究所罗士韦教授在六十年代进行的人参组织培养到1983年全国第一次药用植物组织培养讨论会上，全国约有30多个单位，100余人从事中药的组织培养研究，其中以广西药物所的罗汉果快速繁殖，山东大学生物系与荷泽地区中药材试验站的怀地黄去病毒研究和中国药科大学人参工业化生产的中间试验为代表性的研究成果。同时，我国第一本有关专著“植物组织和细胞培养”也由中国科学院上海植物生理研究所细胞室编译出版(1978年)，这对我国中药生物技术的研究起到很大的推动作用。

(2)从1983年起，我国中药生物技术的研究进入一个发展期，全国从事中药组织和细胞培养的研究单位和人员比1983年增加近一倍。其中以中国科学院植物研究所和化学冶金研究所的紫草大规模培养，华中理工大学的红豆杉大规模培养和上海中医药大学的黄芪毛状根大规模培养为代表性研究成果。这时期的特点是更多的单位进行悬浮细胞培养的研究，特别是大规模培养技术的探索，以求尽快将这一技术推向工业化生产。1986年我国第一本与中药生物技术有关的专著“药用植物组织培养”问世，对我国有关研究起到一定的促进作用。

(3)进入九十年代以后，我国中药生物技术研究进入了一个新的时期。这时期的主要特点是开始进行中药生物技术更新内容的探索，如水蛭素、黄芪毛状根等基因工程的研究。

2.主要研究内容

(1)外植体培养和试管繁殖

从60年代开始的我国中药离体培养和试管繁殖研究，到目前为止已有100多种药用植物经离体培养获得试管植株。其中有的还利用试管繁殖技术生产用于栽培种植的药材，如苦丁茶、芦荟、怀地黄、枸杞、金线莲等。宁夏农林科学院枸杞研究所利用试管繁殖与嫩枝扦插相结合的繁殖方法繁殖枸杞新品种“宁杞1号”和“宁杞2号”苗木一百多万株，加速了该品种的推广。

(2)液体培养和大规模生产

我国科学工作者已经建立了三七、三分三、人参、西洋参、三尖杉、紫草、洋地黄、长春花、丹参、红豆杉等十几种药用植物的液体培养系统，经过对培养基和培养条件的操作已使有效成分达到或超过原植株。在此基础上，并对长春花、三七、三分三、人参、紫草、红豆杉等进行大规模培养的探索。中国药科大学组培室进行了人参的10升体积的大规模培养并对其培养细胞进行化学成分(皂甙，灰分，金属离子，氨基酸)和药理活性(急性毒性，镇静作用，抗疲劳作用，抗高温作用，吞噬机能)比较分析，结果与种植人参无明显差异，目前已作为美容保健品投放市场，这是我国中药生物技术产物第一个商品化的例子。

(3)毛状根培养和增殖技术

已在甘草、丹参、黄芪、青蒿等多种中药建立了农杆菌转化器官培养系统，进一步拓宽了生物技术在中药中应用的范围。我们对黄芪毛状根的大规模培养技术和化学成分与药理活性进行了深入的研究并获得可喜成绩。在3、5和10L培养容器中成功地培养了黄芪毛状根，经过21天培养产量可达10g干重/L，并证实黄芪毛状根具有增强动物免疫功能，促进骨髓造血，抗自由基，改善记忆和抗衰老、保护肾功能等作用，其作用的效价基本上与药用黄芪类似。黄芪毛状根中皂甙、黄酮、多糖、氨基酸等含量类似于药用黄芪，而且粗皂甙和可溶性多糖含量稍高于药用黄芪。丹参毛状根的研究也证实七种丹参酮化合物不仅存在于毛状根组织中，约40%分泌到培养基中，而且丹参毛状根也具有形成水溶性酚酸类化合物的能力，其中丹酚酸A的含量是原植物的2.7倍。

(4)基因工程研究

水蛙素和黄芪毛状根基因工程研究，使我国中药生物技术的研究进入更高层次，目前已获得多项阶段性研究成果。其中，在水蛭素Ⅲ(HV3)基因的合成、克隆、鉴定与表达方面取得了一定的进展。HV3分泌表达质粒PKSH在大肠杆菌中表达以后，表达产物分泌到细胞膜间质中，其抗血凝酶生物活性为10-14ATU/ml培养液。我们也从黄芪毛状根cDNA文库中分离出一种葡萄糖甙转移酶基因，确定了它的核苷酸顺序，并在大肠杆菌中表达。此外，还有人研究了杜松烯合成酶基因在青蒿毛状根中的转移和表达。

三、中药生物技术研究今后发展方向

1.继续工业化生产条件的研究

无论是中药的试管植物还是培养细胞或器官都应继续进行大规模培养的实验，应该在今后的研究中每几年推出一种商品投入市场，以保持生物技术在中药生产中的重要作用。

试管繁殖是中药生物技术中一个成熟的方法，今后试管植物应选择珍稀频危的野生资源为主，不仅保持自然界生物多样性向人们提供丰富的基因，而且也可以改进市场药材的供应和提高药材的品质。对于种植药材，也可以通过试管繁殖途径去除病毒和改善品质。从国外引进药材品种时，我们也可以通过这种方法加以增殖，在短时间内扩大种植面积，满足市场需求。

悬浮培养细胞或器官是考虑工业生产的另一个重要内容，目前虽有一些成功的例子，但离开形成真正的工业化生产还有一些问题要解决。提高生产率和降低成本的关键是提高有效物质的含量。通过筛选高产细胞株系、改进培养技术、选择适合的培养基和生物反应器是今后研究的重要内容，特别是转化器官的培养，已成为继细胞培养后又一非常有希望的培养系统，不仅开拓了生物技术的研究内容，而且要以合成在特定器官中形成的有效物质。在黄芪和丹参毛状根培养研究中取得的成果，将是我国继人参培养细胞后又一可以尽快推向市场的药材商品。

2.加强次生物质代谢途径调节的研究

大部分中药中含有的次生代谢产物是其药理作用的物质基础，因此加强次生物质代谢途径调节的研究显得非常重要。在弄清复杂的次生代谢途径后，可以在人工培养过程中通过加入有效的代谢中间产物、促进剂或抑制剂增加有效成分的含量。另外，我们也可以通过纯化关键酶对代谢途径进行遗传操作，从而加强我们需要代谢途径获得较多的有效成分，或是终止我们不需要的代谢途径去除或减少不必需的或有毒的成分，由此衍生出的“代谢基因工程”将是基因工程下一个重要的研究目标。与初生代谢比较，次生代谢途径研究的困难较大，这是因为次生代谢途径复杂，产物数量少甚至不稳定和只存在于特定部位。建立有效的研究方法是加强这一研究的先决条件，如代谢中间产物微量的快速测定，多酶系统作用研究和细胞特异部位分离方法等。

3.重视“培养药材”的药理毒理研究

我们姑且将经过人工培养(不是栽培)获得的整、部分或有效成分，称之为“培养药材”。“培养药材”在培养过程中往往会发生多种变异，因而除了进行化学分析以外，以其进行药理和毒理实验，是中药生物技术应用的重要前提，同时也是进入市场成为商品不可缺少的基本环节。过去在非医药部门所进行的研究，往往只是进行到获得“培养药材”为止，而它们的药理和毒理实验仅有条件或根本没有进行，因而实验结果很难具有说服力。加强合作研究，特别是和药理与临床部门合作进行，是中药生物技术长链中的一个重要环节。我国也有较为成功的例子，如我们关于黄芪毛状根和中国药科大学组培室关于人参培养细胞的工作。

4.开展动物药材生物技术的探索

由于中药中87%为药用植物，因而在研究初期主要进行药用植物生物技术研究也就不足为奇了。而动物药材中，有些是禁止捕猎的野生动物如虎、海马、穿山甲、熊、麝、犀牛等的器官，而它们又是中药中不可少或不可替代的部分。除了已开展的人工养殖、活体取物和寻找代用品以外，如何利用生物技术生产这些器官或它们的有效成为将成为中药生物技术的重要研究内容，可惜到目前为止还未见到这方面成功的报导。

四、我国中药生物技术研究的组织和实施

1.提高对开展中药生物技术研究重要性的认识，应该与中药(复方)作用机理和药剂研究同列为振兴中药研究的三个重要内容。

2.增加对中药生物技术的投资力度，在攀登、攻关、863、自然科学研究基金、地方、企业等不同层次上设立专项研究基金，以支持中药生物技术研究。

3.由有关部门组织制定中药生物技术基础和应用研究的规划，在不同时期推出相应产品投放市场，以推动中药现代化研究。

4.在有基础有条件的研究单位建立中药生物技术国家重点实验室或研究中心，开展示范研究，以补充我国目前缺少的专业研究内容。

5.在国家生物技术学会中建立中药生物技术专业委员会，以示对这一研究的重视。

总之，生物技术的兴起为开展中药生产和研究提供了良好的机会和方法，因为应用生物技术不仅可以保存和繁殖珍稀频危的野生资源，大量生产高质量的常用药材，扩增临床上急需的数量稀微而又有价值的新结构，而且还可以增加或减少中药的遗传成分从而创造新一代的“转基因药材”。重视和加强中药生物技术研究是我国中药现代化的迫切需求。