1.植物化学组学的背景

    20世纪中期蛋白质空间结构的解析和DNA双螺旋的发现标志着生命科学进入了一个新的时代，人们开始从分子水平来认识生命的本质和规律。经过半个世纪的努力，分子生物学快速发展成为生命科学的中坚力量，并推动了相关学科与研究领域的交叉与融合。用分子生物学的研究手段从分子水平上对生命现象进行解释，已渗透到生物学的各个分支以及相关的学科，如传统的系统分类学、生态学、医药学等。

    生物技术的发展，以分子克隆和基因重组技术为基础的基因工程为从分子水平揭示生命现象的本质创造了条件。大规模跨国合作研究的人类基因组计划的实施，人类和重要动植物（如：水稻等）基因组的完成，使生命科学研究的重点逐渐转向后基因组计划，即从序列基因转移到结构基因和功能基因。随着许多基因以及相应的蛋白质结构和功能的阐明，研究工作逐步由静态水平发展到动态水平，由对结果的研究发展到对过程的研究，由对个体现象的研究发展到对群体现象的研究。蛋白质组学(proteinics)从生物大分子的水平研究蛋白质的结构和功能，揭示蛋白介导的细胞信号转导系统，及其在调控基因表达中的作用，使生命科学进入了一个新的时代。生物小分子通过与大分子的相互识别、相互作用和信息传递来调控功能蛋白质的生理作用，是启动蛋白质功能的钥匙。揭示生物分子对基因的调控过程与机制，从分子水平上了解生命过程并进行调控，正在成为研究生命现象的焦点，化学生物学(chemical biology)已成为21世纪新兴的新兴交叉学科。

    2.植物化学组学的定义与内涵

    植物体中的次生代谢产物是天然存在的重要生物小分子。迄今，已从分布于世界各地的不同类群的高等和低等植物中分离到成千上万的植物化学成分，它们在结构类型和数量上的多样性不仅是生物多样性在分子水平上的体现，而且在植物的生命过程中起着重要的作用。植物化学成分的分子多样性是植物在进化过程中对外界环境不断适应和相互交流的结果。大量的研究证明，植物小分子不仅对植物的生长发育、器官形成、遗传等生命过程有调控的作用，而且在植物与外界环境的相互作用中具有重要的信号识别和信息传递功能，是植物对环境影响的主动应答并产生环境饰变的分子基础。

    与传统的植物化学相比较，前者从天然有机化学的角度研究植物的化学成分，以提取、分离和结构测定为主要目的，通常孤立的、静态的看待单一的化合物。植物化学组(phytochemics)从生命科学的角度研究植物的化学成分，应用现代提取、分离纯化、及结构鉴定技术，尽可能多地大量、快速分离鉴定植物的化学成分（一种植物中有时可分离到100个以上的化合物，如：大黄、余甘子等），建立植物小分子化学库及计算机管理系统。从植物生物体系的整体性和动态性出发，研究这些次生代谢产物在植物生命过程中的功能与作用，以及动态变化规律、生源途径、及其与外界环境和系统进化的关系。通过生物技术手段，研究这些次生代谢产物的生理活性和生物合成途径及其机制（如：苦参中黄酮类化合物sophoraflavanone G），确定关键的代谢途径和关键酶及其相关联的基因。

    以植物、微生物和海洋生物的天然小分子为探针研究基因组的功能，发现新的靶点和新的先导化合物已成为创新药物研究的重要方向。天然小分子结构的多样性及其对多靶点的特异生理活性为基因芯片大规模、高通量筛选天然药物和先导化合物提供了前景。通过"基因组－药靶－筛选－先导物－药物"的逆向药理学（reverse pharmacology）方法，从植物小分子多样性的化学库中发现天然药物和先导化合物，研究其作用机理和构效关系，揭示植物小分子在生命科学中的意义，亦是植物化学组研究的重要内容。

    同时，应用化学和生物技术手段对植物化学组进行修饰和生物催化组合合成，形成大量的衍生物，增加植物化学组分子的多样性，将有利于发现生物活性高、毒性低的新的先导化合物和目标物质（如：三七皂甙的化学修饰；岩白菜素和紫杉醇的生物催化组合合成等）。

    3.植物化学组学与现代中药

    我国的传统中医药学长期以来对中华民族的健康与繁衍做出了不可磨灭的贡献，是我国科学文化的的宝贵遗产。中医药不仅在我国得到继承和发展，而且在国际上也产生了巨大的影响。中医将人体当作一个完整的体系，重视体系内外的信息交流，认为疾病是人体各器官的不平衡和与外界环境失调所至。中医以辩证论治，对症施治为原则，主要以复方的形式在临床应用。因此，中药以多成分，多靶点为特色。中药的小分子化学成分是含有多种结构类型的天然组合化学库，是中医药治病的物质基础.植物化学组学是现代中药产业重要的知识基础和技术支撑。

    单味中药：每一味中药就是一个植物化学组的组合化学库，由许多不同类型的小分子组合而成，其中的绝大多数化合物的生理活性尚不知晓。目前，大量的工作是按天然药物研究的思路，从单味中药中分离生理活性物质，研究开发新药（如：青蒿素、天麻素等）。按中医药的理论以及用药的原则和习惯，若将单味中药视为一个整体，对其植物化学组进行研究，按一定的制备工艺生产稳定的有效部位（即一个特定的植物化学组），研究其组成及生理作用，与基因芯片技术相结合，筛选作用于不同靶点的活性成分，对于阐明中药的作用机理，促进中药产业发展将会有积极的意义。

    复方中成药：中药的复方以组方多成分，代谢多途径及作用多靶点为特色。复方的有效成分是复方中每味中药有效成分的总和，其药理作用是每个有效成分的加和、协同或互补。复方加工生产时的物理和化学作用使其植物化学组改变物理性状，发生化学反应，并相互作用，产生新的物质。用拆方的研究方法，可以追踪发现复方中的有效成分（如从"当归芦荟丸"中发现治疗慢性粒细胞白血病的主要药材为青黛，从青黛中又发现有效成分靛玉红，该化合物结构修饰发展成异靛甲）。植物化学组将中药的复方作为一个整体，研究复方的物质基础、配伍规律、及其生理作用；并从主要适应症着手，建立与"症"相对应的从分子水平、细胞水平直到整体动物药理学模型，通过活性的筛选，阐明复方的归经与作用靶点的关系。如对生脉散、六味地黄丸、复方丹参滴丸的研究与开发等。

    地道药材：地道药材或称为道地药材，是我国传统中药材标准化的概念，是我国古代对中药材质量和疗效的一个评价标准。以固定产地生产、约定成俗的方法加工、相对稳定的销售渠道来控制质量，以保证药材的货真质优。地道药材是在一定的历史条件下，在特定的生态地理环境中，通过不断的人为选择而形成的质优、量大的中药材。地道药材的生物学内涵实际上是指一个物种的特定"居群"(population)，即一个具有共同基因库的由交配和亲缘关系联系起来的同一个物种的个体群。从利用的角度而言，地道药材是一个物种的最佳基因型(best genotype)、最佳生态型(best ecotype)、最佳表型(best phenotype)和最佳化学型(best chemtype)。地道药材具有数量特征、空间特征、遗传特征、化学特征和药效特征。地道药材的形成是植物在生态适应和生态进化过程中基因突变与环境饰变共同作用的结果。研究地道药材与非地道药材植物化学组的指纹图谱，阐明药材道地性的本质和科学内涵，结合地道药材的GAP规范化种植与生产，将从源头上促进中药资源的开发利用和现代中药产业发展。

    中药质量标准：稳定的质量是药品最重要的属性之一。长期以来，中药材和中成药的质量是阻碍中药产业发展和中药国际化的主要因素。2000年版中国药典收载中药材534种，有含量测定的170个；中成药458种，有含量测定的138个，大多数缺乏可控的质量标准。中药材和中成药是一个天然的组合化学库，通过植物化学组的研究，应用毛细管色谱、毛细管电泳、HPLC、GC、MS、HPLC-MS以及MS-MS等现代分析技术，建立指纹图谱，微量、快速地分离、鉴别和定量分析中药的植物化学成分。并采用多维、多模式、多指标、多标准的方式进行中药的质量研究，制定质量标准，是中药现代化的当务之急。

    中药标准提取物(Standard Extract of Chinese Medicinal Herbs)：中药标准提取物是以现代提取分离技术为依托，用规范的制备工艺生产的、质量可控而稳定的植物提取物及其制剂；是以按GAP要求规范化种植采收和加工的质量可控的中药材为原料，用现代化的植物提取工艺技术、按GMP管理模式在完善的质量监控系统下进行生产的，具有可控的质量标准的植物提取物产品。标准提取物要求药材品种确切、原料来源和质量稳定；制备生产工艺规范、质量可控；生物活性成分或指标化合物的组成和含量可控、稳定；科学的质量控制系统贯穿于生产的全过程。标准提取物是我国传统中药为世界各国认同，中药走向国际市场的重要途径，也是中药现代化的一个方面。植物化学组是中药标准提取物的物质基础，在标准提取物研制、生产的全过程中起着关键的作用（如：人参标准提取物G115）。

                 （植物提取产业信息网）