 系统生物学 2000年世界第一家系统生物学研究所创立，运用整合的基因组、转录组、代谢组、蛋白质组学技术来研究生命系统网络。目前系统生物学可被定义为系统性地研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成以及在特定条件下这些组分间的相互关系，并通过计算生物学建立一个数学模型来定量描述和预测生物功能、表型和行为的科学。 可见，系统生物学是从“最小的”基因介入，再将其进行整合成为一个整体；其研究不仅仅包含实验室研究，还依赖数据，需要通过信息化技术来开展；系统生物学可直接影响到当下最新的4P医学，即指医学的预见性（Predictive）、预防性（Preventive）、个体性（Personalized）和参与性（Participatory）。值得关注的是，这一概念就是由国际系统生物学创始人Leroy Hood教授和时任中国卫生部部长的陈竺院士提出的。4P医学强调健康与疾病并重，主动预测预防及早期干预。 系统生物学开展研究的基本流程主要是 1.建立假设→2.绘制模型→3.数据分析→4.观察数据，整个研究过程要不断对模型进行修正，直到模型可以准确描述个体的系统行为。组学则是系统生物学的基础研究方法，包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、相互作用组学、表型组学和计算机生物学概念生物学，同时还结合了哲学、物理学、数学、信息学等学科；具有整合、分层、信息和干涉的研究特点。 系统生物学的定义、特点能让中医工作者很快就联想到中医学的整体观念、个体化的辨证论治，那么是否能利用系统生物学开展中医现代化研究呢？本期，瑞金医院魏氏伤科主任——奚小冰主任，就以《基于系统生物学理念对中医外治学的一些思考》为题，阐述了系统生物学与中医理念的联系，对系统生物学在中医外治领域的应用进行举例介绍，并对外治学现代化发展提出了设想。 本期专家  奚小冰 上海交通大学医学院附属瑞金医院伤科主任医师 硕士研究生导师 魏氏伤科第24代传人 上海中医药学会外治分会主任委员 上海市三级重点实验室副主任  一、系统生物学与中医理念的联系 01 系统生物学“整合”理念与中医整体观的统一 中医认为人是一个有机整体，结构上不可分割，功能上相互协调，病理上相互影响；同时人与自然环境、社会环境有着密切联系，由此产生了“天人相应”“三因制宜（因时、因地、因人）”的理念。 系统生物学强调“整合”，是一个生动、确切、真实存在的人的形象，结合大数据计算分析，以研究系统的结构、特点、规律，以及系统整体和各要素之间的相互关系，同时也认为环境会影响基因的变化。 02 “分层分析”与中医辨证施治统一结合 中医的辨证论治重视疾病不同阶段、不同疾病类型中的异同，并以证候的形式加以总结、归纳，以对疾病演变进行一定程度的表现。 系统生物学的分层分析则是对数据的类型与层次进行有效的分类与归纳，将人体不同的疾病、疾病的不同状态、类型进行分层处理。系统生物学的分层处理可以为揭示中医的内涵与意义提供方法论基础。 03 基于两者关系带来的启示 基于二者的关系，我们可以利用系统生物学，对于中医开展以下研究：
最终，形成定量化、个性化、连续性、预防性的整合化精准医疗。 二、系统生物学在中医外治领域的应用摘要 目前，系统生物学在中医外治领域已有大量研究与应用，包括对中医的证候研究、外治中药药理学研究、数据整合——中药数据库的建立、疗效评估体系建立以及对中医外用器械的创新开发。举例如下： 01 组学在骨质疏松症（osteoporosis，OP） 中医证候研究中的应用 基因组学：李颖等人研究发现，绝经后OP中医证候与线粒体DNA拷贝数、DNA氧化损伤的产物 8－羟基脱氧鸟苷酸含量存在相关性，其中肝肾阴虚证与线粒体DNA拷贝数相关性高，脾肾阳虚证与8－羟基脱氧鸟苷酸关系密切。 代谢组学：徐琬梨等人应用核磁共振氢谱技术测定绝经后OP常见实证(肾虚对照组、肾虚血瘀组、肾虚痰湿组、肾虚气滞组)血清代谢产物，结果表明各组间存在差异代谢物，主要生物学功能涉及体内能量代谢、氨基酸代谢、蛋白代谢等方面，证实不同中医证候与代谢产物密切相关。 蛋白组学：王蕾等人研究发现，破骨细胞相关因子蛋白表达水平与肾阳虚证、脾胃虚弱证、肝肾阴虚证、气滞血瘀证具有相关性。 综上，系统生物学运用于OP证候研究，建立了多方向、多层次的组学技术平台，并通过计算生物学等数学语言定量描述生物体功能、表型及行为，对揭示OP证候本质具有重要意义。 02 组学对中药治疗膝关节骨性关节炎（KOA） 药效机制的探讨 通过组学对中药治疗KOA的效应机制开展研究，包括抑制炎症因子释放、减少软骨细胞基质的降解、抑制关节软骨细胞凋亡、促进软骨细胞增殖等多个药效机制。 03 网络药理学应用于研究 近年来，网络药理学应用于研究的文章发表总量在逐年上升。在数据监测的同时，结合动物实验、临床试验，用“宏观”和“微观”可共同阐述中医中药发挥药效的机制。 04 疗效评估体系建立 在中医临床研究中，常常会出现病人主观不适感受缓解，但客观指标未见明显改善的情况。如中医骨伤科运用中医综合疗法治疗慢性筋骨病，患者症状好转，但其影像学（肌电图）检查未见明显改善，症状好转与客观指标上未见明显改善，形成了一对矛盾，无法给出客观性强的评价标准。 而将系统生物学的“整体”与“分层”结合，通过智能化采集患者力学和姿态信息，制定诊疗策略，通过数学建模，并进行疗效预测和评价。  ▲通过智能化采集患者力学和姿态信息，制定诊疗策略，通过数学建模，进行疗效预测 05 中医外用器械的创新开发 结合精准医学理念，针对患者自身情况及病情变化设计个体化、轻量化、模块化夹板。首先通过采集夹板固定下生物力学信息，建立数据库；然后确定轻量化外固定夹板设计及制造方法；接着制定个性化内衬设计及制造方法；在此基础上，确定个性化内衬—轻量化外固定夹板的固连方法；最后完成个性化内衬—轻量化外固定夹板的临床前测试。  ▲结合精准医学理念，针对患者自身情况及病情变化设计个体化、轻量化、模块化夹板 三、外治学现代化发展设想 01 总体设想 外治学现代化发展总体设想包括以下三方面： (1)提高产出（产+学+研+用）：建立全面化、标准化的中医外治诊疗体系，在多流派合作、结合基础和临床研究、医工交叉中产出“新成果”； (2)培养人才（复合型人才）：致力于在创新型人才培养上释放“新活力”； (3)学科建设（攻破医学疑难重大问题）：致力于在中西医结合学科建设上开创“新局面”，致力于解决疑难杂症。 02 关于诊疗体系的发展设想 诊疗体系的发展应当利用系统生物学研究在诊断模式、治疗方式、疗效评估、研究创新四个方面，不断循环、往复、提升，从而构建全面、智能、精准的中医外治诊疗体系。  ▲构建全面、智能、精准的中医外治诊疗体系 03 关于外治技术的发展设想 外治技术的发展可以涵盖外治技术数据库的建立，量效关系的研究，VR、3D打印技术辅助外治技术治疗，以及通过组学方法建立外治技术的作用原理。 04 关于外治中药的发展设想 可以针对外用中药的发展难题进行研究，如准确的有效成分是什么？有效组分有什么特性？怎样能提高药物经皮或经粘膜的吸收性能？个性化标准剂量是多少？复方组分之间如何相互作用？单一的动物实验是否能验证药效并明确药理学机制？而外治中药递送方式（释放—穿透—吸收），也是值得研究的内容。 05 关于外用器械的发展设想 如以桡骨远端骨折新型夹板设计作为切入点，首先总结夹板的结构、材料、性能对骨伤疾病治疗的规律，然后拓展其他部位骨性疾病夹缚装置、外骨骼装置等，真正形成一种骨损伤性疾病治疗的诊疗技术及方案，最终建立夹缚技术临床应用与学术体系，推动中医夹缚技术。 06 关于中医外治标准化推广 在以上基础上，系统生物学也有助于开展中医防、治的辨证统一，将复杂混论的体系树立为网状体系，有助于中医外治标准化的推广。 中医外治治伤理念如“整体观”“无创或低创”等思想是先进的，多元化治伤方法是有效的，因此要坚定不移地坚持中医外治治伤理念；同时明确现代中医的发展方向——整合，运用现代科技完成对中医的解释与创新，培养医工交叉复合人才，增强自身实力；也要结合治伤优势，形成一套为大众所接受的理论体系，使西医、患者认可中医外治方法，向世界讲好我们的理念，让中医外治医疗系统称为世界人民保守解决骨伤疾病的一大攻略，为人类健康事业服务。 |
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