1、理論研究醫(yī)學(xué)研究中系統(tǒng)論與還原論的關(guān)聯(lián)關(guān)系3李梢1王永炎2(1清華大學(xué)北京100084李梢,男,31歲,醫(yī)學(xué)博士,副教授3國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973資助項(xiàng)目(No .2003CB517106,高等學(xué)校全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文作者專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目(No .200366,國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No .30200365,90209002(2中國(guó)中醫(yī)研究院北京100700摘要:探討系統(tǒng)論與還原論在醫(yī)學(xué)研究中的關(guān)聯(lián)關(guān)系,認(rèn)為醫(yī)學(xué)研究中應(yīng)重視系統(tǒng)意義下的還原分析,重視“實(shí)體到功能”與“關(guān)系到功能”的交融,提出設(shè)計(jì)、計(jì)算與實(shí)驗(yàn)等從還原到系統(tǒng)的研究策略與方法。并對(duì)新世紀(jì)科學(xué)背景下,醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)的一些發(fā)展動(dòng)向進(jìn)

2、行了梳理,分析了朝向“信息與系統(tǒng)”的醫(yī)學(xué)研究的若干趨勢(shì),及其對(duì)中醫(yī)藥現(xiàn)代研究的借鑒意義。關(guān)鍵詞:系統(tǒng)論;還原論;系統(tǒng)生物學(xué);醫(yī)學(xué);中醫(yī)藥中圖分類(lèi)號(hào):R2203在當(dāng)前生命、信息、材料等眾多學(xué)科交叉滲透的大科學(xué)背景下,醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)的發(fā)展也不斷呈現(xiàn)新的動(dòng)向,正在發(fā)生著深刻的變革。臨床醫(yī)學(xué)注重從經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ较蛞宰C據(jù)為基礎(chǔ)的循證模式轉(zhuǎn)變,醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)研究的重點(diǎn),正從20世紀(jì)的還原論研究轉(zhuǎn)向21世紀(jì)的系統(tǒng)論研究1。以整體性研究為特征的系統(tǒng)生物學(xué)(Syste m s B i ol ogy 成為“21世紀(jì)醫(yī)學(xué)和生物學(xué)的核心驅(qū)動(dòng)力”2,并朝向了預(yù)測(cè)(Predictive 、預(yù)防(Preventive 及個(gè)體化(

3、Pers onalized 的新的醫(yī)學(xué)模式3。以上趨向既是醫(yī)學(xué)生命科學(xué)長(zhǎng)期積累的結(jié)果,又是其發(fā)展的必然。本文試對(duì)醫(yī)學(xué)研究、發(fā)展過(guò)程中系統(tǒng)論與還原論的關(guān)系,做一初步探討。1系統(tǒng)論與還原論在醫(yī)學(xué)研究中的關(guān)聯(lián)關(guān)系111還原論與系統(tǒng)論的特點(diǎn)“還原論”認(rèn)為整體乃部分之和,整體可分解為各個(gè)局部來(lái)認(rèn)識(shí)。醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)的研究走過(guò)了漫長(zhǎng)的、以還原論為基礎(chǔ)的科研道路,促進(jìn)了經(jīng)典的解剖學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)的形成,以及生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)等的發(fā)展,并推動(dòng)了近代科學(xué)的昌明?！跋到y(tǒng)論”是Bertalanffy 1948年創(chuàng)立的一門(mén)邏輯和數(shù)學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)。“系統(tǒng)”指自成體系的組織、相同或相類(lèi)的事物按一定的秩序和內(nèi)部

4、聯(lián)系組合而成的整體。同“要素”相對(duì),系統(tǒng)是若干相互聯(lián)系和相互作用的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)整體,具有整體性、層次性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性和歷時(shí)性等特性4。系統(tǒng)論的一個(gè)重要論點(diǎn)是:整體大于局部之和,整體中發(fā)揮機(jī)能的各部分不能離開(kāi)整體而孤立存在,整體中的部分不同于從整體中分離的部分。隨著醫(yī)學(xué)研究的深入,把生命視為一個(gè)線(xiàn)性的系統(tǒng),以簡(jiǎn)單的因果關(guān)系來(lái)推導(dǎo)生命活動(dòng)、推導(dǎo)生理病理、推導(dǎo)治療手段的“還原論”方法,日益見(jiàn)其局限。生理、病理系統(tǒng)的功能來(lái)自于組成要素和單元(如分子、細(xì)胞乃至器官間交互作用的“涌現(xiàn)”性質(zhì),組成要素在孤立狀態(tài)下并不具有這些功能,因此系統(tǒng)的功能原則上不能“還原”、“解構(gòu)”為組成要素,

5、也不能從組成要素中推導(dǎo)出來(lái)。例如,生物活性與復(fù)雜系統(tǒng)性質(zhì)有密切關(guān)系,按線(xiàn)性關(guān)系從無(wú)活性不能得出活性,沒(méi)有組成要素的非線(xiàn)性關(guān)系、復(fù)雜系統(tǒng)的“涌現(xiàn)”概念,則難以理解活性5。此外,由于生物分子、通路等傾向于以組合、系統(tǒng)的形式發(fā)揮功能,同時(shí)受到各種環(huán)境因素的影響,單純的還原分析難以推導(dǎo)由一些隨機(jī)、綜合因素所引發(fā)的變化和預(yù)測(cè)產(chǎn)生結(jié)果的機(jī)制。112醫(yī)學(xué)研究中的系統(tǒng)復(fù)雜性在系統(tǒng)論中,“復(fù)雜”與“簡(jiǎn)單”相對(duì),指事物或系統(tǒng)的多因素性、多層次性、多變性以及相互作用所形成的整體行為和演化。一般認(rèn)為,非線(xiàn)性、不穩(wěn)定性、不確定性是復(fù)雜性的根源4,5。當(dāng)今的研究者面對(duì)指數(shù)增長(zhǎng)的海量信息,在科學(xué)方法與思維上陷入了沉思?！皬?fù)

6、雜性”不再只有概念的意義,而是凸現(xiàn)在每一1第28卷第5期2005年9月Vol .28No .5Sep.2005北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)Journal of Beijing University of Traditi onal Chinese Medicine生命現(xiàn)象的細(xì)節(jié)之中。疾病機(jī)制和干預(yù)機(jī)制更是如此,基因、蛋白、細(xì)胞、生命現(xiàn)象和疾病都是不同層次復(fù)雜的體系。自組織、自相似、混沌現(xiàn)象(宏觀表現(xiàn)如呼吸、生物節(jié)律、生殖周期、心電波形、腦電波形等等復(fù)雜系統(tǒng)的特性,是簡(jiǎn)單系統(tǒng)所沒(méi)有的5?！耙换ㄒ皇澜纭?即便單細(xì)胞生物如酵母或細(xì)菌這樣簡(jiǎn)單的系統(tǒng),其復(fù)雜性也遠(yuǎn)非基因、蛋白或代謝的總和。由于系統(tǒng)內(nèi)部與系統(tǒng)之間相互

7、關(guān)系的復(fù)雜性,如何通過(guò)研究和整合去發(fā)現(xiàn)和理解涌現(xiàn)的系統(tǒng)性質(zhì),成為當(dāng)前生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究者面對(duì)的難點(diǎn)問(wèn)題。機(jī)體常見(jiàn)的疾病,如腫瘤、心血管疾病、代謝性疾病、神經(jīng)-精神類(lèi)疾病、免疫性疾病等,往往是環(huán)境暴露、遺傳易感性和年齡等多層次、多因素組合,同時(shí)復(fù)雜交互作用的結(jié)果,因此被稱(chēng)為“復(fù)雜疾病”6。復(fù)雜疾病在理論上并不能對(duì)應(yīng)于簡(jiǎn)單診療,最近現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究者對(duì)其一貫的單因素、強(qiáng)活性的治療策略有所反思。以腫瘤為例,Kitano從控制理論中魯棒系統(tǒng)的角度,將腫瘤視為魯棒系統(tǒng),探討了從處理腫瘤復(fù)雜性到產(chǎn)生新型治療方法的一個(gè)框架7,認(rèn)為腫瘤的魯棒性使得腫瘤能夠在放療、化療、缺氧等各種不利條件下發(fā)生異質(zhì)性的變化,促進(jìn)癌

8、細(xì)胞的突變,外界條件變化越劇烈,腫瘤異質(zhì)性就會(huì)越大,魯棒性增強(qiáng),耐受性加劇,從而治療難度增加。如果忽略了對(duì)癌癥反饋機(jī)制的控制,缺乏系統(tǒng)地控制腫瘤細(xì)胞活動(dòng)的方法,腫瘤治療的障礙也許就難以逾越。生物系統(tǒng)不同于一般的復(fù)雜系統(tǒng),其中種類(lèi)繁多的基因、蛋白質(zhì)等往往具有眾多的功能、時(shí)空變化各異、相互作用復(fù)雜。因此基因組的功能研究、蛋白質(zhì)組研究、基因組的調(diào)控與信號(hào)傳導(dǎo)、多基因病的分析、疾病診斷及藥物設(shè)計(jì)等,無(wú)論是局部還是整體研究,都需要從系統(tǒng)的視角,特別是網(wǎng)絡(luò)、層次、非線(xiàn)性等復(fù)雜系統(tǒng)的視角展開(kāi),需要計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的研究策略。將系統(tǒng)復(fù)雜性理論引入當(dāng)代醫(yī)學(xué)科學(xué)研究,突出表現(xiàn)在研究者們轉(zhuǎn)向了對(duì)各層次生理、病理信息的

9、相互作用、整合機(jī)制、功能實(shí)現(xiàn)、涌現(xiàn)行為等的關(guān)注,體現(xiàn)了從還原論向系統(tǒng)論的進(jìn)步。113重視系統(tǒng)意義下的還原分析面對(duì)復(fù)雜的機(jī)體,系統(tǒng)了解各層次生命過(guò)程中所涉及的功能變化、時(shí)空信息,認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、要素、信息和反饋等,是構(gòu)建系統(tǒng)模型的前提和基礎(chǔ)。目前的“組學(xué)”數(shù)據(jù)快速增長(zhǎng),然而離揭示生理、病理系統(tǒng)的特征還有漫長(zhǎng)的距離。數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)也伴隨著有效信息貧乏,“噪音”與“混雜”的增加,數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)之間難以溝通等等問(wèn)題。因此,在系統(tǒng)的時(shí)代,還原分析依舊重要,甚至更為需要。二者的關(guān)系可以理解為,真正的系統(tǒng)分析需要還原方法提供的信息積累,以及對(duì)于初始條件、計(jì)算參數(shù)等的有益提示;與此同時(shí),“系統(tǒng)”的研究策略,則在

10、傳統(tǒng)的以“解構(gòu)”、“簡(jiǎn)約”為特點(diǎn)的還原論研究中,注入了真正的生命的內(nèi)涵。例如,高通量技術(shù)(如基因芯片、蛋白質(zhì)組技術(shù)等可以一次性觀察藥物處理對(duì)數(shù)千個(gè)基因的影響,同時(shí)依據(jù)混沌理論,對(duì)初始條件的敏感依賴(lài)性為其基本特征之一,即系統(tǒng)某一部分的微小變動(dòng),可能導(dǎo)致系統(tǒng)其他部分雪崩般的巨大變化。單純利用高通量技術(shù)進(jìn)行病理生理對(duì)照的實(shí)驗(yàn),能夠檢測(cè)“雪崩”(疾病帶來(lái)的成千上萬(wàn)的數(shù)據(jù),觀察到靜態(tài)的、下游的表象和最終結(jié)果,并不能解釋始動(dòng)因素以及依賴(lài)于始動(dòng)因素的變化規(guī)律,并且阻礙了探尋隱藏的、更深層次的規(guī)則。對(duì)此,系統(tǒng)生物學(xué)研究試圖建立這樣一個(gè)模型,不僅僅包括藥物對(duì)基因表達(dá)的影響,而且還有基因表達(dá)對(duì)蛋白功能的影響,以及

11、藥物如何影響整個(gè)細(xì)胞信號(hào)等8,這體現(xiàn)了“系統(tǒng)”的優(yōu)勢(shì);而對(duì)原始病因等的探查,依然需要精致的“還原”分析。因此,還原論與系統(tǒng)論的有機(jī)聯(lián)系已成為醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)問(wèn)題。114從還原到系統(tǒng):設(shè)計(jì)、計(jì)算與實(shí)驗(yàn)從還原到系統(tǒng),首先需要強(qiáng)調(diào)的是研究策略與方法上的轉(zhuǎn)變,即從既往的“實(shí)體功能”轉(zhuǎn)向“關(guān)系功能”;研究模式從“假設(shè)實(shí)驗(yàn)理論”轉(zhuǎn)向“計(jì)算模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論”,這種轉(zhuǎn)變并非截然的扭轉(zhuǎn),而是強(qiáng)調(diào)還原論與系統(tǒng)論的互動(dòng),強(qiáng)調(diào)“假設(shè)驅(qū)動(dòng)”(Hypothesis2driven與“發(fā)現(xiàn)導(dǎo)向”(D iscov2 ery2oriented2的結(jié)合、小科學(xué)與大科學(xué)的結(jié)合。既往的醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)研究習(xí)慣于提出科學(xué)假設(shè),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),然后

12、用實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)假說(shuō),從而探索科學(xué)規(guī)律,這種“假設(shè)驅(qū)動(dòng)”的科學(xué)方式對(duì)于一個(gè)對(duì)象明確、構(gòu)成簡(jiǎn)單的小系統(tǒng)始終是可行的。遇到醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)中的復(fù)雜現(xiàn)象,由于系統(tǒng)本身的復(fù)雜性,僅僅根據(jù)直覺(jué)、經(jīng)驗(yàn)、觀察等來(lái)形成假說(shuō)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、詮釋結(jié)果的研究路線(xiàn),顯得力不從心。加之在實(shí)驗(yàn)手段上,高通量技術(shù)改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法,如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析大規(guī)模數(shù)據(jù),成為能否合理把握新技術(shù)的前提。從還原到系統(tǒng),需要的是“理性”的設(shè)計(jì),即恰當(dāng)?shù)匾搿鞍l(fā)現(xiàn)導(dǎo)向”的研究設(shè)計(jì)。在一定條件下,針對(duì)研究對(duì)象建立計(jì)算模型,進(jìn)一步形成假說(shuō)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理、分析,進(jìn)一步建立或2北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)第28卷修改相關(guān)模型。這一研究路線(xiàn)可以有機(jī)地將還原

13、與系統(tǒng)的工作結(jié)合起來(lái),朝向了從現(xiàn)象到規(guī)律、從零散到整合、從觀察到抽象的轉(zhuǎn)變。隨著復(fù)雜系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)模擬的深入研究,人們已經(jīng)逐漸意識(shí)到了“計(jì)算”這個(gè)更加根本的概念。生命系統(tǒng)呈現(xiàn)很高的維度,具有復(fù)雜性和多樣性,即使高通量技術(shù)能夠同時(shí)測(cè)量成千上萬(wàn)的基因表達(dá)等信息,也僅僅觀察到相關(guān)變量的一個(gè)很小的子集,其他絕大部分變量仍然處于隱藏的狀態(tài),必須依賴(lài)計(jì)算來(lái)確定它們9。當(dāng)然,醫(yī)學(xué)生命科學(xué)研究的這種轉(zhuǎn)變,并不意味著讓計(jì)算機(jī)取代我們的思考,只有與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合,尤其是從中創(chuàng)造性地尋找有效的分析與理解方法,才能夠讓計(jì)算發(fā)揮其應(yīng)有的作用。2信息與系統(tǒng)是醫(yī)學(xué)研究的趨勢(shì)211醫(yī)學(xué)研究與系統(tǒng)科學(xué)的交融系統(tǒng)的概念、系統(tǒng)科學(xué)的

14、理論和方法在其形成之初,便開(kāi)始了與醫(yī)學(xué)的交融。20世紀(jì)30年代Cannon的“穩(wěn)態(tài)”(Homeostasis學(xué)說(shuō)、50年代W iener 啟導(dǎo)的生物控制論、1977年Besedovsky的“神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)”學(xué)說(shuō)、1986年Moore引入時(shí)間生物學(xué)機(jī)制提出的“預(yù)言性穩(wěn)態(tài)”(Predictive homeosta2 sis,以及應(yīng)激學(xué)說(shuō)、受體學(xué)說(shuō)等隨之相繼問(wèn)世和發(fā)展,乃至1977年Engel基于系統(tǒng)論的思想,提出了生物、心理、社會(huì)醫(yī)學(xué)模式(bi op sychos ocial mod2 el10,意味著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式從分析走向整體的一種轉(zhuǎn)變。以上歷程表明彼時(shí)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的注意力已逐步從細(xì)胞、分子等實(shí)

15、體轉(zhuǎn)向物質(zhì)與運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)與功能、微觀與宏觀、人體與環(huán)境、心理等種種關(guān)系上來(lái)。20世紀(jì)80年代以來(lái),運(yùn)用系統(tǒng)論、控制論、信息論、協(xié)同學(xué)、耗散結(jié)構(gòu)理論和突變理論等理論和方法,研究中醫(yī)學(xué)的內(nèi)涵也成為一時(shí)的熱點(diǎn)。然而,既往系統(tǒng)科學(xué)在醫(yī)學(xué)體系中發(fā)揮的更多是理念和方法論的意義,與醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容尚有一定的距離。系統(tǒng)理論與醫(yī)學(xué)實(shí)踐有所脫節(jié)、數(shù)據(jù)匱乏以及分析計(jì)算能力不足,是形成這一隔閡的重要原因。212“組革命”與系統(tǒng)生物學(xué)20世紀(jì)90年代以來(lái),生命科學(xué)領(lǐng)域興起了“組(-om ics語(yǔ)言”,發(fā)生了“組革命”11?；蚪M學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、相互作用組學(xué)、生理組學(xué)、表型組學(xué)等紛至沓來(lái),致力于搭

16、建分子、細(xì)胞、器官、整體等層次及其相互作用、系統(tǒng)構(gòu)建的各種平臺(tái)。海量數(shù)據(jù)成為生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究的不竭源泉,各種高通量檢測(cè)技術(shù),各種信息科學(xué)、數(shù)理科學(xué)等計(jì)算與分析手段成為探索奧秘的舟楫。生物信息學(xué)(B i oinf or matics、系統(tǒng)生物學(xué)迅速成為當(dāng)代科技領(lǐng)域的前沿與熱點(diǎn)12。生物信息學(xué)作為當(dāng)今生命科學(xué)研究最重要的平臺(tái)技術(shù),不僅能夠分析從基因到表型的多層次海量數(shù)據(jù),同時(shí)更適于綜合多種生物分子及其相互作用,以獲得生命中的規(guī)律性認(rèn)識(shí),且有望引起生物醫(yī)學(xué)以及臨床診療的革命性變化13。“系統(tǒng)生物學(xué)”則強(qiáng)調(diào)基因、蛋白、分子間的相互關(guān)系,以及從基因到細(xì)胞、組織、個(gè)體等各個(gè)層次的整合,強(qiáng)調(diào)基因組學(xué)、蛋白

17、質(zhì)組學(xué)等生物信息、信息通路以及信息網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜相互作用研究,強(qiáng)調(diào)不同組成部分、層次間相互作用而“涌現(xiàn)”的系統(tǒng)整體特性14。系統(tǒng)生物學(xué)以恰當(dāng)?shù)哪Ｐ?Modeling為其指歸,模型預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合,探尋生命現(xiàn)象的奧秘以及生物系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律,并為生理系統(tǒng)的維護(hù)、疾病的系統(tǒng)干預(yù)提供途徑?？梢哉J(rèn)為,生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)正以前所未有的態(tài)勢(shì),從系統(tǒng)的、綜合的、整體的角度,推動(dòng)了對(duì)生理與病理、結(jié)構(gòu)與功能等醫(yī)學(xué)生命科學(xué)實(shí)質(zhì)問(wèn)題的認(rèn)知和理解,引發(fā)了醫(yī)學(xué)生命科學(xué)研究由現(xiàn)象到規(guī)律、由結(jié)構(gòu)到功能、由還原到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變。213“由信息驅(qū)動(dòng)”的生物醫(yī)學(xué)研究如今從基因序列到疾病表型的各種數(shù)據(jù)庫(kù)紛紛建立,各種零散的、無(wú)序的、

18、局部的、龐雜的醫(yī)學(xué)生物學(xué)數(shù)據(jù)資源得以整合?！敖M學(xué)”的海量數(shù)據(jù)、廣泛的醫(yī)學(xué)生物學(xué)資源、高通量分析技術(shù)、信息科技和數(shù)理科學(xué)的發(fā)展和支撐,使系統(tǒng)生物學(xué)研究成為可能。生命從物理、化學(xué)問(wèn)題,轉(zhuǎn)為從生物分子到機(jī)體各層次之間相互作用的“信息”問(wèn)題,生物成為“一門(mén)信息的科學(xué)”15,生物醫(yī)學(xué)研究轉(zhuǎn)為“由信息驅(qū)動(dòng)”,而生物信息學(xué)在其中扮演著至關(guān)重要的角色,它使得生物學(xué)家、醫(yī)學(xué)家能夠以信息、系統(tǒng)的觀點(diǎn)探索生命與疾病的奧秘。生物信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)將多層次醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)作為系統(tǒng)整合的對(duì)象,促進(jìn)了臨床與實(shí)驗(yàn)的互動(dòng),推動(dòng)了生命科學(xué)由描述轉(zhuǎn)變?yōu)榉治?并在疾病預(yù)測(cè)、預(yù)防以及個(gè)體化醫(yī)學(xué)中起到了橋梁作用。如腫瘤、心腦血管疾病

19、、自身免疫性疾病、糖尿病等多基因疾病的易感基因組合、早期診斷的分子標(biāo)志物、基因的外顯率、個(gè)體的患病概率、藥物靶標(biāo)預(yù)測(cè)、藥物設(shè)計(jì)等領(lǐng)域的研究紛紛開(kāi)展,為疾病的機(jī)理及其診治展示了新的圖景。生物信息學(xué)不僅能夠用于“組學(xué)”信息、基因、DNA、mRNA、蛋白質(zhì)、信號(hào)通路等復(fù)雜相互作用信息的獲取、處理、存儲(chǔ)、分配和解釋,同時(shí)更適合于進(jìn)3第5期李梢等醫(yī)學(xué)研究中系統(tǒng)論與還原論的關(guān)聯(lián)關(guān)系行規(guī)律性的探索。后基因組時(shí)代的生物信息學(xué)研究轉(zhuǎn)向:從單因素的影響到多因素影響的研究,從數(shù)據(jù)的分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)到對(duì)編碼、語(yǔ)法的解讀,從偶然、個(gè)別的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到新的知識(shí)到對(duì)生物內(nèi)部活動(dòng)規(guī)律的理解,從單個(gè)生物分子到多種生物分子相互作用的分析

20、5。因此,某種意義上說(shuō),海量的數(shù)據(jù)只有經(jīng)過(guò)生物信息學(xué)的分析與發(fā)現(xiàn),才能成為有意義的信息和規(guī)律性的認(rèn)識(shí),才能夠裨益研究者們從整體的、合成的角度,探尋生物學(xué)、醫(yī)學(xué)中的種種未知。214系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)中新的手段與方法生命活動(dòng)及疾病過(guò)程不僅歸因于生物、化學(xué),還包括聲、熱、光、電、磁、力學(xué)等。系統(tǒng)生物學(xué)走向醫(yī)學(xué)的過(guò)程中,醫(yī)學(xué)相關(guān)的多學(xué)科交叉研究已經(jīng)紛紛突破傳統(tǒng)的學(xué)科分壤,走向了醫(yī)學(xué)與生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)與信息科學(xué)、醫(yī)學(xué)與各門(mén)基礎(chǔ)科學(xué)(如化學(xué)、數(shù)學(xué)、物理以至醫(yī)學(xué)與工程技術(shù)科學(xué)、納米科學(xué)等各門(mén)學(xué)科更為廣泛和深入的整合。目前生物微機(jī)電系統(tǒng)(B i o ME MS、分子影像學(xué)、生物傳感器、微型化分析技術(shù)等新技術(shù)迅速發(fā)展。

21、例如,分子影像學(xué)有助于逐步填充形態(tài)與功能的鴻溝,B i o ME MS技術(shù)在精密微手術(shù)、微診斷系統(tǒng)等方面成為“微型醫(yī)生”,生物傳感器促進(jìn)了細(xì)胞微環(huán)境以及細(xì)胞電生理、力學(xué)等行為的分析。可見(jiàn),分子、細(xì)胞、器官、整體的不同層次,均可成為眾多學(xué)科交叉融合,新思想和新技術(shù)匯集迸發(fā)的平臺(tái),并為獲取生命過(guò)程中的有效信息,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)生物系統(tǒng)的控制機(jī)理形成新的診療手段創(chuàng)造條件,這成為醫(yī)學(xué)研究中系統(tǒng)理念與還原方法相結(jié)合的又一景致。3中西醫(yī)學(xué)的協(xié)調(diào)發(fā)展存在可能在中醫(yī)學(xué)這一獨(dú)特的診療體系與現(xiàn)代科技交接,努力向微觀層次深入的同時(shí),如何保持并發(fā)揚(yáng)中醫(yī)學(xué)與生俱來(lái)的整體、辨證特色,是中醫(yī)藥現(xiàn)代研究的瓶頸問(wèn)題。在新的科技背景下

22、,一些長(zhǎng)期困擾著中醫(yī)學(xué)現(xiàn)代研究、長(zhǎng)期為西醫(yī)學(xué)既有模式難以解釋的問(wèn)題也有了“接著說(shuō)”、“換著說(shuō)”的可能。將系統(tǒng)復(fù)雜性、信息科學(xué)和前沿的數(shù)理科學(xué)與中醫(yī)學(xué)交叉、滲透、融合,應(yīng)當(dāng)能夠?qū)χ嗅t(yī)理論的整體框架做出較高的評(píng)價(jià),并給中醫(yī)學(xué)以至醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)帶來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇16。以系統(tǒng)生物學(xué)為標(biāo)志的生命科學(xué)、信息科學(xué)等的前述動(dòng)向,在各自領(lǐng)域本身,是高度分析積累日久所帶來(lái)的必然的整合與交叉,其“整體”、“系統(tǒng)”建立在高度分析、海量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。中醫(yī)學(xué)以整體觀看待人體,富于經(jīng)驗(yàn)而尚待現(xiàn)代科學(xué)意義上的數(shù)據(jù)支持。中醫(yī)學(xué)的整體觀、“治未病”、辨證論治、方劑配伍等,這些與既往西醫(yī)學(xué)診療觀有所分野的特色,卻與系統(tǒng)生物學(xué)的意

23、旨、西醫(yī)學(xué)的發(fā)展方向具有不期而然的相通之處17。積極融合和利用中醫(yī)藥、西醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)中的各類(lèi)數(shù)據(jù)信息,同時(shí)結(jié)合中醫(yī)藥學(xué)自身的規(guī)律,建立中醫(yī)理論與實(shí)踐相交匯、并與系統(tǒng)生物學(xué)相融合的研究途徑,是中西醫(yī)學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。因此,闡釋整體觀、證候理論、方劑配伍、藥性理論、中藥藥效物質(zhì)及作用機(jī)理等中醫(yī)特色內(nèi)涵,需要引入系統(tǒng)生物學(xué)的思維與方法,發(fā)展計(jì)算與實(shí)驗(yàn)新的技術(shù)和方法。我們以信息與系統(tǒng)的觀點(diǎn),在中醫(yī)藥現(xiàn)代研究的若干領(lǐng)域進(jìn)行了積極的探索,如中醫(yī)藥復(fù)雜性、寒熱證候的動(dòng)態(tài)變化與有關(guān)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、中藥的分子組合、中藥藥效系統(tǒng)評(píng)價(jià)以及從分子網(wǎng)絡(luò)的角度探索中藥方劑的“多靶點(diǎn)”作用機(jī)理等,初步研究結(jié)果為從信息、系統(tǒng)

24、的角度促進(jìn)中醫(yī)藥現(xiàn)代化提供了若干方法和例證1720。我們的研究綜合提示:以統(tǒng)計(jì)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)與模式識(shí)別、數(shù)據(jù)挖掘、信息融合、圖像分析和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析方法為基礎(chǔ),從四診、理化及生物學(xué)多層次數(shù)據(jù)的有效組合、動(dòng)態(tài)變化、相互作用、調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、整體與系統(tǒng)等方面,可望發(fā)展出一系列既符合中醫(yī)特色,又與生命科學(xué)前沿研究協(xié)調(diào)發(fā)展的中醫(yī)藥現(xiàn)代研究方法?？傊?以系統(tǒng)生物學(xué)為標(biāo)志的現(xiàn)代科技的大規(guī)模整合,將有望解釋一些醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中長(zhǎng)期困惑的問(wèn)題,如疾病表型-基因型復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、疾病過(guò)程中基因與環(huán)境的相互作用、對(duì)抗性治療手段引發(fā)的疾病異質(zhì)性,以及中醫(yī)整體觀、辨證論治、方劑綜合作用,乃至方法論意義上關(guān)于還原論、系統(tǒng)論的長(zhǎng)期論爭(zhēng)

25、。因此,從信息與系統(tǒng)的角度,“實(shí)體到功能”與“關(guān)系到功能”的不斷交融,將有助于充分認(rèn)識(shí)健康與疾病的機(jī)理,推動(dòng)醫(yī)學(xué)科學(xué)研究;中醫(yī)學(xué)的未來(lái),可望為生命科學(xué)及人類(lèi)健康做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1Palss on B.The challenges of in silico bi ol ogy.Nat B i otech2 nol,2000,18(11:114711502Hood L.A pers onal vie w of molecular technol ogy and ho w it has changed bi ol ogy1J Pr oteo me Res,2002,1(5:399409 3H

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