系統(tǒng)生物學方式在中醫(yī)藥研究中的運用

1、系統(tǒng)生物學方式在中醫(yī)藥研究中的運用【摘要】系統(tǒng)生物學作為21世紀的一門新興科學，其研究方式和研究思路與傳統(tǒng)的中醫(yī)學有很多相似的地方。運用系統(tǒng)生物學方式有助于揭露中醫(yī)證候的科學內涵和開展中藥現(xiàn)代化研究。系統(tǒng)生物學的技術平臺為組學，其中蛋白質組學為明確中醫(yī)證候的本質和中藥復方的作用提供了實驗方式；相關于基因組學和蛋白質組學等分子生物學手腕來講，代謝組學加倍直接、快速和簡便，專門是為中醫(yī)藥防治腎臟疾病的研究提供了有效的方式?！娟P鍵詞】系統(tǒng)生物學；證候；中醫(yī)現(xiàn)代化；蛋白質組學Abstract:Systemsbiologyisanewscienceofthe21stcentury,whichresemb

2、lestraditionalChinesemedicine(TCM)inmanyaspectssuchasstudymethodanddesign.AdoptionofsystemsbiologyapproachwoulddomuchhelpR)rexploringthescientificconnotationofTCMsyndromeandthemodernizationofChineseherbalmedicine.Itstechnologicalplatforms,suchasgenomics,proteomicsandmctabonomics,providepowerfultools

3、forthestudyoftheessenceofTCMsyndromeandthefunctionofherbalcompoundrecipe.Comparedwithothermolecularbiologicalmethods,suchasgenomicsandproteomics,metiibonomicsmethodismoredirectandmoreconcise,especiallyforprovidinganeffectivemethodforthestudyofTCMtherapyinpreventingandtreatingkidncvdiseases.JKeywords

4、:systemsbiology;syndromecomplex;modernization(traditionalChinesemedicine);proteomics21世紀中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究面臨新的挑戰(zhàn)。隨著人類基因組打算的完成和后基因組時期的到來，生命科學發(fā)生了本質的飛躍，為中醫(yī)藥現(xiàn)代化進展提供了新的契機。應運而生的系統(tǒng)生物學與中醫(yī)藥研究的思路和方式不謀而合，為復雜的中醫(yī)證候學說和方藥體系研究帶來了希望。中醫(yī)中藥在我國已有二千連年的進展歷史，形成了一套系統(tǒng)的理論體系，積存了豐碩的診療體會，在廣大人民群眾中具有深刻阻礙。但是古老樸素的中醫(yī)學長期以直觀方式作為熟悉的要緊手腕，缺乏還原的分析方式

5、，無法搜集準確、客觀且能夠反映中醫(yī)藥最本質特點的定性定量指標，是制約中醫(yī)藥進展和中醫(yī)中藥國際化的瓶頸問題。中醫(yī)學有兩大特點：一是整體觀，強調人與自然界之間的聯(lián)系，和人體作為一個有機整體，各臟腑器官之間在生理和病理狀態(tài)下彼此關聯(lián)；二是辨證論治，由此產生“同病異治”和“異病同治”等思想。中醫(yī)學對疾病的熟悉注意到整體和個別和共性和個性的特點，從動態(tài)的角度去考慮問題，由此取得良好的醫(yī)治成效。但是，中醫(yī)學這些精華，目前尚未用現(xiàn)代科學的語言加以詮釋，并非能被西方所同意。系統(tǒng)生物學的理想確實是要取得一個盡可能接近真正生物系統(tǒng)的理論模型，這些模型不僅能夠模擬生物系統(tǒng)的行為，而且能夠用來預測該系統(tǒng)受到干擾后以后

6、的行為L1L系統(tǒng)生物學表現(xiàn)了一種整合的思想和傳統(tǒng)生物學向“大生物學”過渡的一種趨勢，是研究從“組成”到“功能”的升華這與中醫(yī)學對人體生理病理的熟悉和醫(yī)治疾病的方式有“異曲同工”的地方。系統(tǒng)生物學的誕生給中醫(yī)學研究帶來了希望，將有助于揭露中醫(yī)學整體觀和辨證論治思想的科學內涵。1系統(tǒng)生物學將增進中醫(yī)藥學的進展系統(tǒng)生物學(systemsbiology),又譯為“系統(tǒng)集成生物學”或“系統(tǒng)綜合生物學”，是最近幾年來繼人類基因組打算以后，科學界關注的又一個研究熱點。2003年9月，美國哈佛大學醫(yī)學院開設了20年來該院第一個新系，關注的核心確實是系統(tǒng)生物學3L2005年6月，中國科技大學與中國科學院合作成立

7、了國內第一個基于理論科學和實驗研究的系統(tǒng)生物學系，將生物學、數(shù)學和工程學整合起來融入醫(yī)學研究領域。隨著功能基因組時期的到來，系統(tǒng)生物學已成為醫(yī)學研究的一個極為重要的工具L4L它的技術平臺為組學，包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、彼此作用組學、表型組學和運算機生物學等系統(tǒng)生物學有助于揭露中醫(yī)證候的科學內涵目前中醫(yī)證候研究的關鍵問題在于如何應用現(xiàn)代科學技術開辟一條新的途徑，這一途徑應既能符合“實體結構”原那么，揭露證這一病理產物的物質實體，又能遵循“功能模擬”原那么，探討其外在和潛在的表現(xiàn)規(guī)律61。最近幾年來系統(tǒng)生物學及相關技術的快速進展，為咱們從多學科、多視角進一步熟悉中醫(yī)證的本質提

8、供了重要的方式學基礎和技術條件。通過基因組學研究，成立不同證候類型的基因變異及基因表達不同譜和功能基因調控網(wǎng)絡；再通過不同證候類型的不同蛋白質組學和關鍵的功能蛋白質的鑒定及定量研究，結合中醫(yī)理論，那么有可能從多個層次說明中醫(yī)辨證論治的科學內涵，同時也可能發(fā)覺與證候相對應的特異性基因和功能蛋白標志物，為臨床辨證提供客觀依據(jù)。例如，王米渠等口用基因芯片方式研究中醫(yī)寒證患者，發(fā)覺察證的基因表達譜有顯著不同，在59條不同表達基因中，絕大多數(shù)與代謝（能量代謝、蛋白質代謝等）有關，說明寒證患者的代謝網(wǎng)絡有別于常人，使寒證診斷客觀化、現(xiàn)代化成為可能。Chen等8采納代謝組學研究發(fā)覺，腎陽虛模型動物的代謝網(wǎng)絡

9、明顯偏離正常動物，而用溫陽中藥干與后，模型動物的代謝譜回歸至正常范圍，呈現(xiàn)網(wǎng)絡修復的結果。系統(tǒng)生物學有助于開展中藥現(xiàn)代化研究中藥作為一個復合體系，多是配方利用，作用靶點多，涉及多個基因和細胞，從整體上調劑人體的平穩(wěn)和內環(huán)境的穩(wěn)固。中藥既需要研究單味藥及復方中各化學成份的理化性質及生物活性，又需要研究化學成份間的反映規(guī)律及對人體的阻礙。西方醫(yī)學對中藥復方的研究方式往往是采納解剖麻雀的方式拆方實驗，最終找出作用明確的活性成份，如此并非能反映中醫(yī)藥學君、臣、佐、使的配伍規(guī)律。因此，中藥要想繼續(xù)維持壯大的生命力，既不能囿于“整體觀”而拒絕進展，也不能僅停留在提取、提純有效成份的水平上，而應該以中醫(yī)藥理

10、論為指導，借助現(xiàn)代生物醫(yī)學的先進研究方式，上升到對中藥系統(tǒng)性的研究，成立一個全新的與現(xiàn)代學科同質的理論體系系統(tǒng)生物學不同于以還原論為基礎的生物學，僅關切個別的基因或蛋白質，抹煞各部份之間及部份與整體之間的作用和聯(lián)系；也不同于操縱論，僅研究輸入與輸出，而是在以往分子生物學提供的大量基因、蛋白質等系統(tǒng)組成信息的基礎上將單個生物分子放在整體中加以研究10,并以了解整體層次的功能為最終目的。系統(tǒng)生物學的方式學和相關技術有助于提高中藥復方研究的整體水平，揭露復方治病機制，從而為真正了解經典復方中各藥配伍應用的精華提供可能的方式和可利用的技術平臺。最近幾年來在生命科學領域快速進展起來一系列先進技術與手腕，

11、如基因表達持續(xù)分析法、基因芯片、蛋白質芯片與生物質譜、雙向電泳、多維色譜/質譜聯(lián)用、生物信息學與運算機技術等，為現(xiàn)時期在系統(tǒng)生物學水平（基因組學、蛋白質組學和代謝組學等）上開展中藥研究提供了可行的操作平臺。2蛋白質組學為明確中醫(yī)證候的本質和中藥復方的作用提供了實驗方式中醫(yī)證候有4個特點。（1）整體性：主張?zhí)烊撕弦唬菍Χ嘁蛩氐恼w綜合，追求陰陽平穩(wěn)與和諧；（2）時空性：隨時刻、狀態(tài)和環(huán)境等因素發(fā)生轉變，是機體即時性功能狀態(tài)的反映，具有動態(tài)的概念；（3）傳變性：相關證型間能夠彼此阻礙，并依照必然規(guī)律發(fā)生傳變，說明證候復雜的彼此關系；（4）個體不同性：同病異證和異病同證表現(xiàn)了機體先天分賦及功能狀態(tài)

12、對各類環(huán)境和精神因素等的反映性，是多樣性的基礎。中醫(yī)證候的這些特點可能牽涉到多種蛋白從含量到結構和功能的轉變，因此用以往的生物化學和分子生物學方式逐個尋覓分析證候相關蛋白質不僅費時費力，也使系統(tǒng)地明白得證候本質成為空中樓閣。另外，中藥成份復雜，不管是單味藥仍是復方，都是一個復雜的化學體系，藥物的各個成份別商結合到自己的作用靶點發(fā)揮作用，使本來已經超級復雜的藥理作用機制研究加倍難以實施。運用以往的生物化學和分子生物學方式逐個分析蛋白質，無法從整體角度綜合全面地考慮問題，因此無法說明藥物與藥物之間和藥物與多系統(tǒng)和多靶點間的彼此作用機制。蛋白質組是指由一個基因組和一種生物、組織或細胞表達的全數(shù)蛋白質

13、11，蛋白質組學是對某一研究對象所有蛋白質進行系統(tǒng)地鑒定、定量及功能研究的科學12。蛋白質組學要緊包括3個部份：表達蛋白質組學、結構蛋白質組學和功能蛋白質組學1315二表達蛋白質組學是指特定的細胞、組織或生物所產生全數(shù)蛋白質的鑒定。結構蛋白質組學是指對上述全數(shù)蛋白質精準三維結構的測定。功能蛋白質組學的任務是說明上述全數(shù)蛋白質所形成的類似于電路的功能網(wǎng)絡。蛋白質組學最大的特點是能夠同時系統(tǒng)地分析大量蛋白質，這恰正是中醫(yī)藥研究最急需解決的問題。咱們能夠利用功能蛋白質組學技術和策略，分析中醫(yī)證侯及經單味藥或復方藥處置過的組織、細胞或體液表達的蛋白質組，并比較醫(yī)治前后蛋白質組的表達不同、蛋白質功能結構

14、及彼此作用的轉變，系統(tǒng)地對證候本質和中藥的多環(huán)節(jié)、多靶點調整作用機制進行研究，最終揭露證候的物質基礎和中藥單方及復方的作用機制和配伍規(guī)律。3代謝組學為中醫(yī)藥防治腎臟疾病的研究提供了有效的方式代謝組學作為一門新興的技術，是通過考察生物體系受刺激或擾動（某個特定的基因變異或環(huán)境轉變）后，所有低分子量代謝產物隨時空轉變的情形，來研究生物體系代謝途徑的一種方式16人代謝組學整體系統(tǒng)的研究策略與中醫(yī)藥理論思想不謀而合,是從事中醫(yī)藥復雜理論體系研究的理想手腕。因為，代謝組學研究的是反映機體狀況的分子集合與其功能之間的關系，所有阻礙機體健康的因素都可反映在代謝組中，基因、環(huán)境、營養(yǎng)、藥物（外源物）和時刻（年

15、齡）最終通過代謝組對表達施加阻礙，即代謝組學具有明顯的整體反映性的特點。因此，咱們以為代謝組學作為后基因組時期新的研究方式，最適合于中醫(yī)中藥多靶點、多系統(tǒng)的整體研究，最有可能反映中醫(yī)證候“內實外虛”的本質特點。在證候的研究上，引入代謝組學的平臺技術也是一項超級成心義的工作。代謝組學與中醫(yī)學在許多方面有相似的屬性。代謝組學研究通過對某一病證相關特定組分的共性加以分析、判定，能夠幫忙人們更好地明白抱病變進程及機體內物質的代謝途徑和代謝狀況；同時，代謝組學還有助于初期發(fā)覺疾病生物標志物而達到輔助臨床診斷的目的。它能夠通過檢測不同時刻患者的尿液或血液，對這些由疾病引發(fā)的代謝產物的響應進行分析，即代謝物

16、組的分析。其準確性依托于儀器的性能，能夠提高診治的科學性和定量化水平17,最有可能揭露中醫(yī)證候的本質。代謝組學研究中藥復方對腎病的醫(yī)治作用有其獨特的優(yōu)勢。代謝組學的研究對象主若是各類生物體液，如尿液和血液等18。腎臟作為一個水液代謝器官，要緊具有濾過、調劑和稀釋濃縮功能。對生物體液的研究，最有可能反映腎臟的生理病理特點。由于腎臟在人體代謝進程中的重腹地位，腎臟疾病的代謝改變常常是很明顯的19。系統(tǒng)地研究腎臟疾病發(fā)病進程中代謝物的轉變，從中找出有代表性的標記物，通過代謝途徑追溯更深層次的病理生理改變，將有助于更好地熟悉疾病，達到初期診斷和醫(yī)治的目的。相關于傳統(tǒng)的診斷手法來講，代謝物的微小改變能夠

17、加倍靈敏地反映疾病的初期改變，而相關于基因組學和蛋白質組學等分子生物學手腕來講，代謝組學加倍直接、快速和簡便。因此，咱們相信代謝組學將有助于說明“病、癥、證”結構系統(tǒng)的內部結構，明白得其內涵；為標準證的診斷標準，探討證候的動態(tài)內涵和演變規(guī)律和揭露證與疾病療效的相關性提供科學依據(jù)。4總結系統(tǒng)生物學是生命科學中的一個新興領域，代表21世紀生物醫(yī)學的以后，在醫(yī)藥方面的應用具有無窮的潛力，將對基礎醫(yī)學、臨床研究及藥物研發(fā)等產生重要阻礙。中醫(yī)藥的研究假設能與系統(tǒng)生物學相結合，將有可能從系統(tǒng)的角度詮釋中醫(yī)證候學的本質及中醫(yī)藥多靶點、平穩(wěn)調理和標本兼治的治病機制和分子機制，為中醫(yī)藥的研究提供新的思路?！緟⒖?/p>

18、文獻】1 IdckcrT,GalitskiT,HoodL.Anewapproachtodecodinglife:systemsbiology.AnnuRevGenomicsHumGenet.2001;2:343372.2 PoonAC,FerrellJEJr.Systemsbiology.Aclockwithaflipswitch.Science.2007;318(5851):757758.3 PcnnisiE.Systemsbiology.Tracinglife'scircuitry.Science.2003；302(5651):16461649.4 ChenZ.Systemsbio

19、logy-一thecoredynamicforceforthedevelopmentofbiologyandmedicineforthe21stcentury。ShiJieKeXue.2005;(3):26.Chinese.陳竺.系統(tǒng)生物學21世紀醫(yī)學和生物學進展的核心驅動力.世界科學.2005;(3):26.5 YangSL.Theprogressofsystemsbiology.ZhongguoKeXueYuanYuanKan.2004;19(1):3134.ChinesewithabstractinEnglish.楊成功.系統(tǒng)生物學研究進展.中國科學院院刊.2004;19(1):3134

20、.6 YuZY,DuJ.ProtcomcandstudyontheessentialofTCMsyndromes.ZhongguoZhongXiYijieHeZaZhi.2004;24(9):844846.ChinesewithabstractinEnglish.余宗陽，杜建.蛋白質組學與中醫(yī)證明質研究.中國中西醫(yī)結合雜志.2004;24(9):844846.7 WangMQ,FengR,YanSL,ctal.Analyticresearchonthemacroscopiceffectof5casesofcoldzhengand59genemicroarrays.ZhejiangZhongYi

21、XueYuanXueBao.2003;27(6):6063.ChinesewithabstractinEnglish.王米渠，馮韌，嚴石林，等.5例寒證的宏觀療效及基因表達譜芯片分析研究.浙江中醫(yī)學院學報.2003;27(6):6063.8 ChenMJ,ZhaoLP,JiaW.Mctabolomicstudyonthebiochemicalprofilesofahydrocortisoneinducedanimalmodel.JProteomcRes.2005;4(6):23912396.9 ZhaiXX,GuoCG.Establishmentofsystematictheoryofholi

22、sticefficacyoftraditionalChinesemedicine.ShandongZhongYiYaoDaXueXueBao.1998;22：104106.Chinese.翟曉翔，國承鋼.成立中藥整體功效系統(tǒng)理論.山東中醫(yī)藥大學學報.1998;22(2):104106.1()PerlmanZE,MitchisonTyMayerTU.HighcontentscreeningandprofilingofdrugactivityinanautomatedccntrosomcDiscov. 2002; 1(2): 153161.11 HumphcrySmithI,CordwcllSJ,

23、BlackstockWP<Proteomeresearch:complementarityandlimitationswithrespecttotheRNAandDNAworlds.Electrophoresis.1997;18(8):12171242.12 PengJ,GygiSP.Proteomics:themovetomixtures.JMassSpectrom.2001;36(10):10831091.13 AggarwalK,LeeKH.Functionalgenomicsandproteomicsasafoundationforsystemsbiology.BriefFunctGenomicProtcomic.2003;2(3):175184.14 SchmidMB.Structuralproteomics:thepotentialofhighthroughputstructuredetermination.TrendsMicrobiol.2002;10(1()Suppl):2731.15 PattersonSD,AcbcrsoldRH.Prote