中医药在基因组时代的发展机遇

中医药在基因组时代的发展机遇TheopportunitiesforTraditionalChineseMedicineinthegenomeera朱文娟wenjuan.zhu@BGIGenomics青蒿素和双氢青蒿素中国医药学是一个伟大宝库，应当努力发掘，加以提高中医药地位迎来峰点2016.2国务院印发《中医药发展战略规划纲要》2016-2030中共中央，国务院印发《健康中国2030规划纲要》2016.102016.11六部委发布的《医药工业发展规划指南》2016.12新修订的《中医药法》国务院新闻办公室发表的《中国的中医药》白皮书意义：把中医药发展上升为国家战略，对新时期推进中医药事业发展做出系统部署意义：作为今后15年推进健康中国建设的行为纲领，提出了一系列振兴中医药发展，服务健康中国建设的任务和举措意义：中医药振兴发展迎来了天时地利人和的历史性机遇2017.7.1中医药法正式实施中医药现代化的困惑 快速发展的组学技术组学技术带来的机遇 未来展望天花麻疹结核癌症肾病中医更具优势对于人体复杂性，多系统，多因素疾病西医更具优势单一因素疾病，比如传染病，以及某些人体单基因缺陷疾病成分复杂，组成多变质控鉴定标准不完善作用机理研究滞后药效受多因素影响毒副作用研究滞后单一化学成分居多分析鉴定容易药理机理研究深入化学衍生物丰富毒副作用研究系统成分复杂，呼唤高通量组学的质控、鉴定手段Fromtraditionalmedicinetoprecisionmedicine传统医学：五行相生，五行相克©2015BGIAllRightsReserved.©2015BGIAllRightsReserved.©2015BGIAllRightsReserved.中医药现代化的困惑 快速发展的组学技术组学技术带来的机遇 未来展望

AJSaykin,et.Alzheimers&Dementia,2015,11(7):792-814Log10(price)/Year2001:HumanGenomeProject2.7G$,11years2001:Celera100M$,3years2007:4541M$,3months2008:ABISOLiD60K$,2weeks2009:Illumina,Helicos,40-50K$2010:5K$,afewdays2019:100$,<5hrs?2018:400$,<12hrs?FREE!2015:1K$,<24hrsMonyaBaker.Next-generationsequencing:adjustingtodataoverload.Naturemethod.2010.7MichaelEisenstein,Nature，2015TraditionalIndustrializedThegenomewideapproach—data-drivenDiseaseresearchstrategyThecandidategeneapproach—hypothesis-driven华大动植物基因组发表情况中文名拉丁名发表时间

刊物基因组大小蓖麻Ricinuscommunis2010.08NatureBiotechnology350M麻风树JatrophacurcasL.2010.12DNARes.410M卷柏Selaginella

moellendorffii2011.05Science212M印度大麻Cannabissativa2011.1Genomebiology534M西瓜Citrulluslanatus2012.11NatureGenetics425Mb甜橙Citrussinensis2012.11NatureGenetics367Mb中国莲NelumbonuciferaGaertn2013.05Genomebiology929Mb醉蝶花Tarenayahassleriana2013.08PlantCell290Mb桑树Morusnotabilis2013.09NatureCommunications357Mb辣椒Capsicumannuum,Capsicumchinense2014.01NatureGenetics/PNAS3.48Gb,3.14Gb枣ZiziphusjujubaMill.2014.1NatureCommunications444Mb牛耳草Boeahygrometrica2015.04PNAS1.69Gb铁皮石斛DendrobiumofficinaleKimuraetMigo2015.06MolecularPlant1.35Gb丹参Salviamiltiorrhiza2016.03MolecularPlant0.615Gb甘草Glycyrrhizauralensis2016.1ThePlantJournal0.4Gb银杏Ginkgobiloba2016.11Gigascience10.6Gb玛卡LepidiummeyeniiWalp2016.07MolecularPlant751Mb薄荷Menthalongifolia2016.11MolecularPlant353Mb田七Panaxnotoginseng2017.03MolecularPlant2Gb黄麻Corchorusolitorius;CorchoruscapsularisL2017.03NaturePlants445Mb、338Mb龙眼DimocarpuslonganLour.2017.03GigaScience471.88Mb全球已发表的典型药用基因组文章列表（截止2017年6月）已破译药典物种:30华大发表的药用植物基因组：西瓜、桑树、枣、牛耳草、铁皮石斛、银杏、龙眼、辣椒中医药现代化的困惑 快速发展的组学技术组学技术带来的机遇 未来展望QinC,etal.Whole-genomesequencingofcultivatedandwildpeppersprovidesinsightsintoCapsicumdomesticationandspecialization.ProcNatlAcadSciUSA.2014Apr8;111(14):5135-40.doi:10.1073/pnas.1400975111基因组学、转录组学、代谢组学助力破解辣味遗传密码KangC,etal,.Gutmicrobiotamediatestheprotectiveeffectsofdietarycapsaicinagainstchroniclow-gradeinflammationandassociatedobesityinducedbyhigh-fatdiet.mBio8:e00470-17./10.1128/mBio.00470-17.宏基因组学技术揭示辣椒可通过调整肠道微生物达到降低炎症的效果传统中药苦参注射液如何杀灭癌细胞QuZ,etal.Identificationofcandidateanti-cancermolecularmechanismsofcompoundkusheninjectionusingfunctionalgenomics.Oncotarget.

2016Oct4;7(40):66003-66019.doi:10.18632/oncotarget.11788.中药:从苦参和白土苓的根部中提取出来的实验：CellsweretreatedwithCKIfor24and48hoursattwoconcentrations(1and2mg/mLtotalalkaloids)测序方法：Transcriptome结论：由CKI靶向作用的基因表达的模式能够和西方化疗一样影响相同的通路，这些基因能够调节细胞的分裂和死亡，而且CKI还能够改变细胞周期通路，以此来促进癌细胞死亡，从而杀灭癌细胞。NatRevGastroenterolHepatol.2015Apr;12(4):205-17.doi:10.1038/nrgastro.2015.34.Epub2015Mar3.肠道微生物与疾病身体不同部位的菌群差异较大不同部位代谢途径稳定，但菌群变化微生物在人体不同部位分布特征Individual-specificgenesencodeadaptivefunctions•Common(>50%)enriched:•carbohydrateandaminoacidtransportandmetabolism•Individual-specific(<1%)enriched:•cellwall/membrane/envelopebiogenesisandDNAreplication,recombinationandrepairCommongenessupplyfunctionsessentialforsurvivalIndividual-specificgenesreflectadaptationtohostimmunesystem,viralinfection,antibiotictreatmentandotherchallengesexperiencedbythegutmicrobiomeYouarewhatyoueatKhamsiR.Metabolisminmind:Newinsightsintothe'gut-brainaxis'spurcommercialeffortstotargetit.NatMed.2016Jul7;22(7):697-7001.Thefoodsinfluencethegutmicrobiotadirectly;2.Thegutmicrobiotacanhelptheactiveingredientrelease;3.Someactiveingredientcanalsoinfluencethegutmicrobiota;ThemechanismofthetraditionalChinesemedicinescanbeexploredinanewway.TheimpactofthedietsongutfloraEmodinBerberineAllicinClementesetal.,Cell,2012研究项目：强直性脊柱炎，糖尿病，肥胖，心血管疾病（冠心病，动脉粥样硬化，心脏病，中风），风湿性关节炎，结直肠癌等过敏腹腔疾病胃癌自闭症肥胖神经性厌食症克罗恩氏病炎症性肠病2型糖尿病临床前和临床后肠道菌群介导疗法的案例艰难梭菌感染对微生物代谢产生三甲胺的靶向分子抑制动脉粥样硬化脆弱拟杆菌各种特定共生菌工程化大肠杆菌幼年益生菌补充剂胰岛素免疫病（WEGL:waterextractofG.lucidummycelium

Chow-andHFD-fedmiceweretreateddailywith100mlofeitherwaterorWEGLat2,4or8%(w/v)byintragastricgavagefortwomonths(n=7foreachgroup).Chang,C.-J.etal.Nat.Commun.6:7489doi:10.1038/ncomms8489(2015).样本信息：1：Case:高脂饮食诱导(同时添加赤芝中提取出一种水提取物WEGL)的肥胖小鼠食物Control:高脂饮食诱导的肥胖小鼠2：通过粪便移植的方法将WEGL处理的小鼠的粪便转移到高脂饮食诱导的肥胖小鼠测序是metagenomics测序研究结果：与肥胖小鼠相比,补充林芝提取物的小鼠表现出体重下降，炎症改善，胰岛素敏感性增加等获益表型，并且这些小鼠的肠道菌群生态紊乱也得到了逆转，并且，小肠屏障的完整度得以维持，还降低了代谢性内毒素血症的水平与肥胖小鼠相比，，补充林芝提取物的小鼠有更加丰富的肠道拟杆菌种群和更少的厚壁菌种群Chih-JungChang,el.Naturecommunicaton(2015)TheISMEJournal(2015)9,552–562;doi:10.1038/ismej.2014.177GroupsT2DpatientsPlaceboPlacebon=41GQDLowdoseGQD(LD)n=50ModeratedoseGQD(MD)n=52HighdoseGQD(HD)n=44GQD：GegenQinlianDecoction,葛根芩连汤.Eachgroupreceivedoneofthefollowingtreatments:high(HD),moderate(MD)orlowdose(LD)GQD,ortheplacebofor12weeks.Thefirstregisteredclinicaltrialtoevaluatethedose-dependentefficacyandsafetyofaChineseherbaldecoctionfollowingarandomized,double-blindedandplacebo-controlleddesign.JiaXu，el.ISMEJ.2015Mar;9(3):552–562研究结果：随机、双盲、安慰剂平行对照糖尿病临床研究菌群研究表明，安慰剂组和低剂量组在１２周时间里肠道菌群结构基本原地踏步，没有显著变化，临床症状也没有改善。随着“葛根芩连汤”剂量提高，受试者的肠道菌群结构与开始治疗前的菌群结构差异变得越来越大，临床疗效越来越好Faecalibacteriumprausnitzill的细菌在用药后显著升高，且与空腹血糖和糖化血红蛋白呈负相关，药量越大，这种菌的数量升得越高，血糖控制越好。以后人工培养的细菌有望成为糖尿病人使用的益生菌注意：尽管实验数据和实验结果完美的近乎变态，但客观地说，实验样本量其实是偏小的；且中药汤剂由于产地、制备方法不同，没有一个量化的标准，疗效的稳定性没有较好的保证Zhou,S.-S.eta