中醫(yī)證候研究的系統(tǒng)科學(xué)理論基礎(chǔ)

中醫(yī)證候研究的系統(tǒng)科學(xué)理論基礎(chǔ)

綜合征是身體在疾病發(fā)展過程中一定階段病理變化的概括，是身體對(duì)病因的反應(yīng)反應(yīng)的功能狀態(tài)，是中醫(yī)了解疾病、辨證論治的主要基礎(chǔ)?！白C”作為一種有規(guī)律的病理表現(xiàn)或一種功能表現(xiàn),必然有其物質(zhì)結(jié)構(gòu)來支配它,中醫(yī)學(xué)認(rèn)為“有諸于內(nèi),必形諸于外”,也從另一角度說明內(nèi)在物質(zhì)結(jié)構(gòu)是外在功能表現(xiàn)的基礎(chǔ)。從中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)學(xué)的角度來看,中醫(yī)證本質(zhì)的含義是指引起證發(fā)生發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ),這些物質(zhì)決定著證候發(fā)生發(fā)展的動(dòng)態(tài)變化過程,是在證的發(fā)生發(fā)展過程中產(chǎn)生的特殊物質(zhì)群。中醫(yī)證本質(zhì)研究的目的就是要用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理論揭示中醫(yī)證候理論中蘊(yùn)藏的科學(xué)內(nèi)涵,找到中醫(yī)證候的物質(zhì)基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)微觀辨證的依據(jù)。由于證候是一個(gè)非線性的“內(nèi)實(shí)外虛”、“動(dòng)態(tài)時(shí)空”和“多維界面”的復(fù)雜巨系統(tǒng),只有采用與證候復(fù)雜性相適應(yīng)的復(fù)雜性科學(xué)理論及思維方法對(duì)其進(jìn)行研究,才能揭示其科學(xué)內(nèi)涵。系統(tǒng)生物學(xué)是當(dāng)前生命復(fù)雜體系研究比較公認(rèn)的科學(xué)思維方式和研究手段,是近年生物醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域引人矚目的重要研究理念,是分子生物學(xué)研究成果與高通量研究技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等相整合的結(jié)果。目前,許多學(xué)者引入系統(tǒng)生物學(xué)進(jìn)行中醫(yī)證本質(zhì)研究,取得了一定的進(jìn)展。1系統(tǒng)生物學(xué)的主要特點(diǎn)和研究方法系統(tǒng)生物學(xué)是由美國科學(xué)家LeroyHood于上世紀(jì)90年代末重新提出的學(xué)科理念,是研究一個(gè)生物系統(tǒng)中所有組成成分(基因、蛋白質(zhì)等)的構(gòu)成,以及在特定條件下,如遺傳、環(huán)境因素變化時(shí),分析這些組分間相互關(guān)系的學(xué)科。和傳統(tǒng)生物學(xué)不同,它不僅關(guān)心個(gè)別的基因和蛋白質(zhì),而且注重研究所有的基因、蛋白質(zhì)、代謝物等組分間的所有相互關(guān)系。同時(shí),通過整合各組分信息,以圖畫或數(shù)學(xué)方法建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和行為的模型。系統(tǒng)生物學(xué)的目標(biāo)是要得到一個(gè)理想的模型,使其理論預(yù)測(cè)能夠反映出生物系統(tǒng)的真實(shí)性,而且可以用來預(yù)測(cè)系統(tǒng)受到干擾后的未來的行為。它的主要技術(shù)平臺(tái)有基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)、相互作用組學(xué)、表型組學(xué)等,這些高通量的組學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)成了系統(tǒng)生物學(xué)的大科學(xué)工程。系統(tǒng)生物學(xué)的主要特點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面。(1)整合:指系統(tǒng)內(nèi)不同構(gòu)成要素(基因、蛋白質(zhì)、生物小分子等)的整合,從基因到細(xì)胞、到組織、到個(gè)體的各個(gè)層次的整合;(2)信息:生命系統(tǒng)是一個(gè)分級(jí)信息流的過程,從DNA→mRNA→蛋白→蛋白質(zhì)相互作用→信息通路→信息網(wǎng)絡(luò)→細(xì)胞→組織或細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)→生物體→群體→生態(tài),系統(tǒng)生物學(xué)就是要研究并揭示這種信息的運(yùn)行規(guī)律;(3)干涉:系統(tǒng)生物學(xué)一方面要了解系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,另一方面要揭示系統(tǒng)的行為方式,也就是說,系統(tǒng)生物學(xué)研究的并非是一種靜態(tài)的結(jié)構(gòu),而是要在人為控制的狀態(tài)下,揭示出特定的生命系統(tǒng)在不同的條件下和不同的時(shí)間段具有什么樣的動(dòng)力學(xué)特征[4、7、8]。系統(tǒng)生物學(xué)研究方法有組學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩大技術(shù)方法,也稱為濕實(shí)驗(yàn)和干實(shí)驗(yàn)。組學(xué)實(shí)驗(yàn)方法就是應(yīng)用各種組學(xué)技術(shù)檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)所有成分,并通過干擾實(shí)驗(yàn)獲得參與生命活動(dòng)過程各種成分在各個(gè)層面的信息;理論計(jì)算方法就是通過數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)和計(jì)算科學(xué)模擬的手段,對(duì)真實(shí)生物系統(tǒng)的還原。將組學(xué)實(shí)驗(yàn)方法獲得的各種生物信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字化信息,變成不同學(xué)科的共同語言,進(jìn)行歸納和數(shù)學(xué)建模,建立生物系統(tǒng)的理論模型,提出若干假設(shè),然后對(duì)構(gòu)建的模型進(jìn)行驗(yàn)證和修正,進(jìn)行全面系統(tǒng)的干擾整合。通過對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人為擾動(dòng),不斷獲得信息變化與功能改變之間的相互關(guān)系,進(jìn)而不斷調(diào)整假設(shè)的理論模型,使之更加符合真實(shí)的生物系統(tǒng)。通過組學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算兩大技術(shù)不斷周而復(fù)始地進(jìn)行,是系統(tǒng)生物學(xué)研究最基本的方法。概括起來,系統(tǒng)生物學(xué)第一步是整合數(shù)據(jù),第二步是建立數(shù)學(xué)模型,第三步是預(yù)測(cè)系統(tǒng)行為。系統(tǒng)生物學(xué)研究方法的特點(diǎn)是通過層次與層次之間、網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)之間、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的聯(lián)系和整合建立起來的復(fù)雜系統(tǒng),并不是簡單系統(tǒng)的疊加。這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一些涌現(xiàn)性行為和涌現(xiàn)性規(guī)律,出現(xiàn)一些單獨(dú)系統(tǒng)所不能反映的新行為。系統(tǒng)生物學(xué)研究也會(huì)通過不同網(wǎng)絡(luò)之間的貫穿特性,使得基因或蛋白質(zhì)過渡到生物學(xué)功能(表型)。2證候研究的應(yīng)用問題中醫(yī)理論中蘊(yùn)涵著對(duì)人體生命活動(dòng)復(fù)雜內(nèi)容的獨(dú)特認(rèn)識(shí),屬于復(fù)雜性科學(xué)。作為對(duì)人體病理狀態(tài)進(jìn)行宏觀描述的中醫(yī)證候?qū)W,從系統(tǒng)整體層次動(dòng)態(tài)地把握機(jī)體的功能失序狀態(tài)及病理演變規(guī)律,它所闡釋的人體病理系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué)意義下的復(fù)雜系統(tǒng)有許多相似之處,這使證候?qū)W的研究可以引入復(fù)雜性科學(xué)的理論與方法。近10年被稱之為“測(cè)量的10年”或者“組革命時(shí)期”,以人類基因組計(jì)劃為代表的“組革命”(即基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組等方面工作)的興起,為我們從多學(xué)科、多視角進(jìn)一步研究中醫(yī)證的本質(zhì)提供了重要的方法學(xué)基礎(chǔ)和技術(shù)條件。功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和代謝組學(xué)的研究雖然還不能稱之為完整的系統(tǒng)生物學(xué)研究,但卻是系統(tǒng)生物學(xué)研究的首要內(nèi)容。近年來,以上組學(xué)技術(shù)已廣泛運(yùn)用于中醫(yī)證本質(zhì)的研究,眾多學(xué)者對(duì)“證候基因組譜”、“證候蛋白質(zhì)組譜”、“證候代謝組譜”的構(gòu)建進(jìn)行了一些有意義的探索,為中醫(yī)辨證的科學(xué)化和定量化研究找到了新的技術(shù)平臺(tái)。王米渠等用基因芯片方法研究中醫(yī)寒證,發(fā)現(xiàn)寒證的基因表達(dá)譜有顯著差異,在59條差異表達(dá)基因中,絕大多數(shù)與能量代謝、蛋白質(zhì)代謝有關(guān),說明寒證患者的代謝網(wǎng)絡(luò)有別于常人,從而使寒證診斷的客觀化、現(xiàn)代化成為可能。譚秦湘等對(duì)不同病種的肝郁證進(jìn)行血清蛋白質(zhì)組學(xué)研究,發(fā)現(xiàn)了12個(gè)差異蛋白質(zhì)點(diǎn),其中Spot73僅在正常組中表達(dá)、Spot71僅在3個(gè)肝郁證疾病組中表達(dá),另外的10個(gè)點(diǎn)均在3個(gè)肝郁組表達(dá)上調(diào),為揭示肝郁證的重要相關(guān)蛋白質(zhì)特性奠定了基礎(chǔ)。本課題組前期采用慢性束縛應(yīng)激方法建立肝郁脾虛證大鼠模型,運(yùn)用代謝組學(xué)技術(shù),初步發(fā)現(xiàn)肝郁脾虛證模型大鼠的生物標(biāo)志物為:醋酸酯、乳酸、酪氨酸、LDL等。組學(xué)技術(shù)從整體動(dòng)態(tài)去揭示證候的生物學(xué)基礎(chǔ),為系統(tǒng)生物學(xué)理論提供了大量的科學(xué)數(shù)據(jù),由此促進(jìn)了系統(tǒng)生物學(xué)理論的發(fā)展和完善。證候的宏觀表型與微觀生物分子之間的關(guān)系十分復(fù)雜,系統(tǒng)生物學(xué)為建立證候宏觀與微觀之間的聯(lián)系提供了一種新的思路與途徑。李梢從生物分子網(wǎng)絡(luò)角度展開研究證候宏觀與微觀之間的聯(lián)系,通過多年的探索,形成了適用于闡釋病證方系統(tǒng)內(nèi)涵的“表型網(wǎng)絡(luò)-生物分子網(wǎng)絡(luò)-藥物網(wǎng)絡(luò)”研究構(gòu)架,并進(jìn)行了寒證與熱證的案例研究。在神經(jīng)內(nèi)分泌免疫(NEI)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,建立了“人寒、熱”證的生物網(wǎng)絡(luò)模型,為NEI網(wǎng)絡(luò)背景下多種辨證方法的辨析及其組合,以及寒熱等證候?qū)傩耘c具體病變的結(jié)合提供了平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出了證候生物分子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志的構(gòu)想,分析了證候生物分子網(wǎng)絡(luò)標(biāo)志應(yīng)用于證候客觀化與個(gè)體化診療、中醫(yī)藥臨床效應(yīng)評(píng)價(jià)、方劑與中藥藥性等研究領(lǐng)域的可能性。3證候研究的認(rèn)識(shí)不足運(yùn)用系統(tǒng)生物學(xué)的思路和方法進(jìn)行中醫(yī)證本質(zhì)的研究,雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展,但還存在一些問題。主要表現(xiàn)在一是目前研究多集中于蛋白組學(xué)和基因組學(xué)研究,而代謝組學(xué)研究較少。生物機(jī)體是一個(gè)整體化和網(wǎng)絡(luò)化的復(fù)雜體系,在基因-蛋白-代謝終產(chǎn)物這樣一個(gè)生物信息傳遞鏈中,機(jī)體需通過不斷調(diào)整復(fù)雜的代謝網(wǎng)絡(luò)來維持自身與外界的互動(dòng)平衡?；蚝偷鞍踪|(zhì)的變化告訴我們生命體可能會(huì)發(fā)生什么,而代謝物質(zhì)和代謝表型所反映的是已經(jīng)發(fā)生了什么,直接體現(xiàn)生物體系生理和生化功能狀態(tài)?？梢?代謝組學(xué)能夠反映確實(shí)已經(jīng)發(fā)生了的事情,是揭示證候物質(zhì)基礎(chǔ)非常有用的實(shí)驗(yàn)手段;二是大多數(shù)研究結(jié)果均為表象描述,停留在蛋白質(zhì)或基因表達(dá)譜表達(dá)模式的層面上,而對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的差異基因、差異蛋白、差異代謝物的生物學(xué)意義及它們相互間的聯(lián)系研究較少;三是對(duì)組學(xué)提供的海量數(shù)據(jù)如何利用生物信息學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、系統(tǒng)控制等方法,在綜合多層次信息的基礎(chǔ)上,針對(duì)中醫(yī)證的“外候”和“內(nèi)涵”進(jìn)行計(jì)算建模,通過計(jì)算模型獲得規(guī)律性認(rèn)識(shí),產(chǎn)生預(yù)測(cè)與假設(shè)的研究文獻(xiàn)相當(dāng)少。組學(xué)本身并非系統(tǒng)生物學(xué),如果沒有系統(tǒng)模型為指向,單純的組學(xué)被認(rèn)為