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中医学是信息医学——信息医学的思考(三)

来源:中国中医药报 作者:中医学是信息医学——信息医学的思考(三) 2006-9-18
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摘要: 魏雅川卢贺起中国中医研究院基础理论研究所信息医学值得思考的问题很多,在此仅从目前医学研究前沿的DNA和多糖来进一步阐明信息医学关注的重点。一、信息医学视野下的DNA有关DNA的研究方兴未艾,基因主宰一切的概念正在逐步深化,这种片面性的概念是危险的。在不受任何约束的情况下,泛泛地采用转基因技术会引起各研究领......


                    魏雅川  卢贺起 中国中医研究院基础理论研究所
    信息医学值得思考的问题很多,在此仅从目前医学研究前沿的DNA和多糖来进一步阐明信息医学关注的重点。
  一、 信息医学视野下的DNA
  有关DNA的研究方兴未艾,基因主宰一切的概念正在逐步深化,这种片面性的概念是危险的。在不受任何约束的情况下,泛泛地采用转基因技术会引起各研究领域局面的失控。目前利用基因工程生产的药物和疫苗已有100多种,而且还在不断增多,这些制剂的生产和应用直接影响了传统的治疗方法,但是对它将带来的后果我们是否已有准备?皮肤和黏膜有免疫监视作用,但诸多生物制剂都是直接入血,它们逃脱了皮肤和黏膜的免疫监视将对机体产生什么影响?任何生物制剂都将作为异体物被机体认识而产生抗体,过多的抗体是否会增加免疫交叉反应的可能性?是否会破坏机体的动态平衡而发生自身免疫性疾病?这些都是不可回避的问题。
  DNA存在编码区和非编码区,编码区的作用是表达基因编码,非编码区的作用是识别信息和控制基因编码,它还包括大量功能未阐明的序列。原核生物编码区大于非编码区,真核生物编码区小于非编码区,如病毒的非编码区仅占5%左右,真核生物的非编码区占95%以上,因此可以说生物进化程度越高,非编码区越大。原核生物的基因为DNA上的连续性序列,不需要剪接就可以直接转录生成功能性RNA,它们没有或很少有DNA重复序列。在真核生物,非剪接基因相对减少,DNA重复序列出现,如蟹的DNA重复序列有2bp,果蝇有7bp,牛有140bp。大多数脊椎动物常见的中等重复序列约为150~300bp,功能相关的基因也大多分散在不同的染色体上,通过不同的剪切、拼接组合成可以产生不同的基因表达产物。可见生物的进化是在于可调性的增加和信息容量的增加。真核生物的基因是与蛋白相结合,以染色体形式存在于细胞核内,其中具有保持核小体结构稳定性的、缺乏种属和组织特异性的组蛋白可以起抑制基因表达的作用。具有种属的、组织的、细胞周期等特异性的非组蛋白通过特异性的结合而使一些基因开放。同位素掺入试验表明:细胞核与细胞质中的非组蛋白在一定程度上可以进行穿梭,这为细胞核内基因的活性受控于细胞质提供了解答。而且经对多种细胞系进行免疫反应试验表明:细胞膜及细胞质中非组蛋白的免疫反应性比细胞核中非组蛋白的免疫反应性更强,这与非组蛋白可能参与微环境因素对基因表达调节起作用有关。可以说,DNA是生命信息的载体。基因是个体素质的表达,是个相对恒定的信息,它决定了个体对内外信息的接受和处理能力,但不是机体动态信息,所以克隆是将体细胞核移植入卵细胞质中,这个非生殖细胞核在生殖细胞的胞质中发育成一个完整的个体,反之将卵细胞核植入体细胞质中是不能发展成完整个体的。这说明细胞核进入细胞质时,它的发育是受这一区域细胞质所控制,这个细胞核的一切活动不可能超越它所在的细胞质所给定的范围。因此,可以说细胞核是DNA在时间上的延伸,细胞质是DNA在空间上的延伸。时间是线性的,空间是非线性的,后者所含的信息量远大于前者,同时也更加复杂。机体的动态信息是在某一特定时间段上、某一特定条件下的非线性的变化。虽然我们当今的科技手段已很先进,即使克隆一个人都已不成问题,但这与信息医学不同,因为这些都是通过对某一系统增加特异物质或变换物质而达到的,并不是以系统内信息间的相互关系为凭据而达到目的。信息医学将更加关注细胞质与核膜的关系,关注多基因微小变化如何影响机体对信息的接受和处理。人类的病变绝大多数是多基因病变,研究多基因的微小变化将是信息医学展示的平台。
  二、多糖将是信息药理学的研究重点
  氨基酸是以α-氨基和α-羧基连接成的肽链,因为它们只有前后两侧可延续的连接键,所以一般不会形成分支;而一个糖残基可有4个糖苷键和α、β两种不同构型,所以糖不仅有众多分支,而且构型复杂。由4个特定的氨基酸组成的肽链,最多不过数十种异构体,而由4个特定的糖基组成的糖,在理论上可有3万余种异构体,所以有关糖的研究比蛋白研究复杂而且难度大。虽然目前对生物体内信息的传递多关注在膜蛋白上,但实际承担信息接受和发放任务的是存在于细胞膜外侧面的糖蛋白和糖脂上的糖。细胞膜上凸出于细胞膜的蛋白并不是裸露在细胞表面,而是顶戴着茂盛的聚糖。糖链以N-糖苷键的树枝状构型和O-糖苷键的树叶状构型的两种类型伸向空间,就如同天线一样,在变换着方位的同时随时随地接受或发放信息。对信息药理学来讲,糖链的药理作用要比蛋白的药理作用更能说明问题、更有意义。
  糖链的生物合成是由糖基的供体、糖基的接受体、糖基转移酶三个部分协调完成的,三者缺一不可。游离的单糖不能作为糖基的供体,一定要经过活化。一种单糖可以有多种活化的方式,而几种单糖也可以用同一种活化形式。参与糖链加工的糖基转移酶几乎都是膜结合酶,糖基转移酶又是蛋白质,他们是由基因编码的,一个基因码对应一个糖苷键,就此来说糖链是基因的次级产物。同一组基因不能产生结构不同的产物,所以基因表达产物结构细微的改变就可借助糖基化产生不同糖型,这些不同糖型的共存如同抗体的多变结构,在和诸多的受体相互作用时留出了自然选择的余地。此外,是否能糖基化还与能被糖基化的氨基酸残基附近的肽段的序列和特定的立体结构有关,甚至在某个表达体系中重组的肽链某个位点被糖基化,而在另一个表达体系中同样的位点上就没有糖基化。不同种属的生物、同一生物个体的不同组织、同一组织的不同发育阶段、甚至同一细胞株的不同时相,其糖基转移酶的表达也有很大的差别。所以最终生成的糖链结构不但决定于每个糖基转移酶的专一性,而且也受到糖接受体的肽链结构和形成异型键能力的影响,同时细胞中各种糖蛋白糖链的结构或糖脂的组分受各种内外因素的影响而发生相应的改变,而这种改变又取决于各种因素对糖基转移酶的调控。可见糖链的合成过程不同于核酸和蛋白质的合成过程,它不是模板化的,它可以终止于不同的阶段。因此糖链结构普遍存在微不匀一性,这种微不匀一性为信息的多样性预留了空间。
  多糖发挥着机体自身的生理功能,又被体外病理因素所利用。宿主细胞表面糖链的特定糖基被病原体的识别与病原体入侵有密切关系,所以不同细菌有其不同的易侵细胞,而病原体的表面糖链又可掩盖其下的抗原,使其不被宿主细胞识别而逃避免疫杀伤。糖蛋白的糖链对蛋白部分的屏蔽作用不仅可防止糖蛋白的水解,还可阻止肽链中一些抗原决定簇被免疫系统识别而产生抗体。多糖类药物作用有多个方面,但研究最多的,作用最明显的是免疫系统,而且大量的试验证明:中药多糖调节免疫的作用是双向的。多糖的消炎、抗感染作用不仅是促进单核吞噬细胞的功能,而且能阻断微生物病原体对靶细胞的吸附。从中医临床治疗过程可以看到,中药产生效果的作用机理中具有许多与多糖有关的内容。但目前多糖类药物的研究仍遵从西医的理论基础,多以测定用药前后的细胞因子含量为指标。若能将信息医学的概念与多糖的研究运用于中药药理,是有可能建立起信息药效学的,多糖将是信息药效学的研究重点。 


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