毒理基因组学及其在中药安全性研究中的应用进展随着组学等技术的不断发展与成熟，毒理基因组学受到业界的高度重视，并在中药安全性研究中应用日渐广泛。
毒理基因组学技术可从全基因组水平考察机体暴露于毒物后的系统变化，被广泛用于毒性生物标志物发现、毒性机制及毒性预测等研究。
该文简要总结了毒理基因组学的研究现状，并着重综述了其在揭示中药毒性作用机制、发现潜在毒性标志物、研究配伍毒性规律等中药安全性研究中的应用进展。
标签：毒理基因组学;中药;基因芯片;数据库;安全性评价;毒理学Toxicogenomics and its application in safety evaluation oftraditional Chinese medicineLIAN Xue-ping，AI Ni，LU Xiao-yan，FAN Xiao-hui*（Department of Chinese Medicine Science & Engineering，College of Pharmaceutical Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310058，China）[Abstract]Toxicogenomics （TGx）refers to a set of technologies that assess genome-wide responses after toxic agent exposure. Altered gene expression patterns that are caused by specific exposures reveal how toxicants may disrupt cellular processes and lead to side effects. Development and application of “omics” technology facilitate the toxicogenomic research which sharing and interpretation of the enormous amount of biological information generated in toxicologic field. In recent years TGx has been widely valued and successfully applied as an effective research tool to evaluate the toxic effects of traditional Chinese medicine （TCM）. Here we reviewed current progress in the field of TGx and focused on its application in traditional Chinese medicine safety evaluation，especially in revealing the mechanism，finding potential toxic biomarkers and studying compatibility detoxification of TCM.[Key words]toxicogenomics; traditional Chinese medicine; microarray; database; safety evaluation; toxicologydoi：10.4268/cjcmm20151402安全性是中药现代化的重要研究领域，也是近年业界的关注热点[1-3]。
随着基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学等高通量“组学技术”（omics）的不断成熟，毒理基因组学（toxicogenomics，TGx）日渐受到毒理科学家们的重视[4]，并在中药安全性研究中渐现端倪[5]。
目前，已报道的中药毒理学研究大多为实验动物给予中药或中药提取物后的急性、亚急性和长期毒性实验。
这类研究的检测指标往往仅限于病理切片等毒性作用终点，对毒性机制涉及不多，尤其缺乏分子水平的毒性机制研究。
毒理基因组学可从全基因组等尺度测定机体与毒物相互作用后的整体变化，发现毒性生物标志物，进而开展毒性机制或毒性预测等研究，已在药物筛选、新药研发和临床合理用药等领域得到了广泛应用[6-7]，也为中药安全性研究提供了新的研究思路和技术工具（图1）。
本课题组在国内较早开展毒理基因组学的实践研究，并与美国FDA国家毒理研究中心、军事医学科学院高月教授课题组等紧密合作，采用基因芯片等技术创建了跨组织评价、跨平台评价及早期评价等一系列中药毒性评价新方法。
本文简要梳理并综述了毒理基因组学的研究概况及其在中药安全性研究中的应用进展，以期为进一步推动毒理基因组学在中药安全性研究中的应用。
1毒理基因组学研究平台毒理基因组学的迅猛发展得益于基因芯片技术的不断成熟。
基因芯片（gene chip）或DNA微阵列（DNA microarray），已成为转录组学研究的核心技术平台。
毒理基因组学研究中，常将组织或细胞中提取分离的mRNA使用荧光标记的核苷酸逆转录为cDNA，再将该cDNA在芯片上进行杂交，通过检测荧光强弱即可获得其表达信息;进而通过比较不同组别样本的基因表达谱，便可找出差异表达的基因，开展后续深入分析[8]。
除mRNA外，miRNA也是毒理基因组学的重要研究对象。
miRMA是一类长度为19～24个核苷酸的非编码RNA，通过互补结合到靶标mRNA，调控mRNA的翻译过程进而调节基因的表达[9]。
近年的研究表明，miRNA是全基因组表达调控的重要组成，参与了早期发育、细胞增殖与分化、细胞凋亡和脂肪代谢等一系列重要进程，也因此日益受到毒理基因组学研究人员的重视[10-11]。
此外，单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms，SNPs）分析也是毒理基因组学研究的重要工具，应用微阵列技术对SNPs的分析有助于解释个体对毒物的响应差异。
例如，通过分析DNA序列中单个核苷酸的改变与人类对药物不良反应易感性的变化，可以判断个体对化学物中毒易感的差异，为临床个体化治疗提供依据[12]。
值得特别指出的是，随着二代测序（next-generation sequencing，NGS）技术的迅猛发展，近年来已有课题组开始采用这一技术进行毒理基因组学研究[13-14]。
近期，美国FDA公布了不同NGS 平台的数据重复性等生物芯片质量控制计划（MicroArray Quality Control，MAQC）三期的系列研究结果，为NGS在毒理基因组学中的推广应用提供了技术规范[15-16]。
2毒理基因组学研究现状毒理基因组学受到了医药监管部门的广泛重视。
美国、欧盟、日本等均意识到毒理基因组学的应用潜力，陆续制定了相关监管政策或指南[17-18]。
美国FDA 将毒理基因组学列入机遇列表（opportunity list），并开展了一系列监管科学（regulatory science）研究[15，19-20];而美国EPA则在其政策报告中明文指出毒理基因组学将会对风险评价起到重大影响，并开展了Tox21等毒理基因组学研究项目[21]。
学术和工业界更加重视毒理基因组学。
药物研发过程中，如何在药物开发早期选择正确的候选药物，及如何准确评价候选物的潜在毒性对于药物的研发至关重要[22]。
高通量的毒理基因组学技术为化合物对动物组织如肝脏[23]、肾脏[24]、心脏[25]等潜在靶器官的影响提供更丰富和全面的毒理学信息。
目前，毒理基因组学已贯穿了药物研发的各个阶段，包括化合物筛选[26]、毒物作用机制研究[27]、毒性靶标或生物标志物的发现[28]和预测潜在毒性[29]等。
在临床或临床前常规毒性[30]、发育毒性[31]、致癌性研究[32]和筛选敏感性个体研究[33]中也得到了较广泛的应用。
毒理基因组学技术还为上市药物的风险预警和再评价提供了有效手段，有望促进临床合理用药[34]。
此外，毒理基因组学也被广泛用于种属差异和跨种属外推的研究，是基础毒理学研究和临床毒理学研究联系的桥梁，有望为潜在毒性分析研究中种属差异等问题提供一种有效的解决方法[18，35]。
随着基因芯片技术的日益成熟，毒理基因组学的技术瓶颈已从湿实验（wet lab）转至干实验（dry lab）。
如何对高通量数据进行高效地收集、管理和分析等已成为当前毒理基因组学发展所面临的最主要挑战。
微阵列基因表达数据协会（Microarray Gene Expression Data Society，MGED Society）提出了按照一个固定模式来收集所有发表的基因组数据，并制定了操作指南《关于微阵列实验的最低使用说明》（minimum information about a microarray experiment，MIAME），多数科学期刊都采用MIAME指南作为出版要求。
随着新一代测序技术的出现，MGED提出了新的指导方针，如《关于高通量测序实验的最低使用说明》（minimum information about a high-throughput SeQuencing experiment，MINSEQE）[36]。
完整的毒理基因组学数据库应不仅仅包括基因组数据，还应包括化合物属性、病理性切片、实验设计因素如给药剂量、时间和种属等信息。
目前，许多数据库都收录了大量毒理基因组学数据，如ArrayTrack[37]，ArrayExpress[38]，Gene Expression Omnibus（GEO）[39]，Open TG-GATEs[40]，DrugMatrix[41]，PredTox[42]，Comparative Toxicogenomics Database（CTD）[43]等，针对数据库的分析工具也逐步建立和完善，如KEGG（http：//www.genome.jp/kegg/）[44]，Cmap （http：///cmap/）[45]等。
本课题组与军事医学科学院高月教授课题组合作，研究搭建了有毒中药知识库TTKB，并通过整合日本毒理基因组计划TGP的Open TG-GATEs数据库中2万余张芯片数据，建立了药物肝毒性在线预测研究平台LTMap（http：///ltmap/），可用于中药潜在肝毒性及其致毒机制评价[46]。
3毒理基因组学在中药安全性评价中的主要应用3.1不良反应作用机制研究与毒性预测中药“多成分、多靶点、多效应”特点使得常规的化学药物毒理研究模式难以直接应用，从整体到细胞及分子水平的渐进分析效果难以令人满意[47-48]。