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浅谈系统生物学与中医体质学的关系.pdf浅谈系统生物学与中医体质学的关系.pdf -- 5 元

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CorrespondencetoWeiRongZHANG,Professor.Emailzwr885@hotmail.com浅谈系统生物学与中医体质学的关系张伟荣1,李靖2(1.上海中医药大学教学实验中心,上海2012032.上海中医药大学中医复杂系统研究中心,上海201203)[摘要]生命系统和医学具有极强的复杂性,近年来各种组学的发展使得传统生物学家已经获得了大量的数据,如何利用这些实验数据进一步阐明疾病、健康等生命本质,已成为当前研究者共同努力的目标,系统生物学为此提供了一种新的思维方式和研究方法。本文着重从中医体质学的角度出发,探讨系统生物学与中医体质学说的关系。[关键词]生物学体质学说中医[中图分类号]QR2[文献标识码]A[文章编号]16721977(2006)06057504RelationshipbetweensystembiologyandtraditionalChineseconstitutionalmedicineWeiRongZHANG1,JingLI2(1.ExperimentTeachingCenter,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China2.ResearchCenterofComplexSystem,ShanghaiUniversityofTraditionalChineseMedicine,Shanghai201203,China)ABSTRACTLifesystemandmedicinearebothcomplexsystems.Recently,traditionalbiologistshaveacquiredtremendousdatafromhighspeeddevelopmentofallkindsofspeciesgroup.However,howtousethesedatatointerpretthemechanismsofdiseasesandhealthhasbecometheresearchtargetofcurrentinvestigators.Theboomsofsystembiologyprovidenewthoughtandresearchmethodstotacklethisproblem.ThispaperemphasizestherelationshipbetweensystembiologyandtraditionalChineseconstitutionalmedicine.KEYWORDSbiologyphysicalconstitutiontheorytraditionalChinesemedicineZhongXiYiJieHeXueBao/JChinIntegrMed,2006,4(6)575578www.jcimjournal.com系统生物学被称为21世纪的生物学。系统生物学是在细胞、组织、器官和生物体整体水平研究结构和功能各异的各种分子及其相互作用,并通过计算生物学来定量描述和预测生物功能、表型和行为[1,2]。与分子生物学一次只研究一个基因不同,系统生物学通过综合研究细胞中所有基因和蛋白质来解释生命的奥秘。正是基因组学、蛋白质组学、代谢组学等新型学科的发展,孕育了系统生物学[3]。而系统生物学的诞生又进一步提高了后基因组时代的生命科学研究能力,从而更好地揭示疾病发生和治疗机制。系统生物学将在基因组序列的基础上完成由生命密码到生命过程的研究,这是一个逐步整合的过程,由生物体内各种分子的鉴别及其相互作用的研究到途径、网络、模块,最终完成整个生命活动的路线图[4]。中医体质学说是以中医理论为主导,研究人类各种体质与体质类型的生理病理特点,并以此分析疾病的状况、病变性质及发展趋向,从而指导疾病的预防和治疗的一门学科[5]。而体质病理学是研究人类体质的本质及其在疾病过程中所起作用与规律的科学。本文结合目前中医体质学说的研究现状与系统575中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6生物学的现状、特点,谈谈系统生物学与中医体质学说的关系。1中医体质学说研究现状1.1中医体质学说的实验研究张伟荣等[6]对自然状态下的纯种Wistar雄性大鼠进行了体质筛选,证明了自然群体中的Wistar大鼠存在着常体、寒体、热体。然后对上述三种体质进行了生化研究。实验结果表明,自然状态下的寒体大鼠在腺苷酸激酶活性及肝细胞能荷、肝脏Na+K+ATP酶活性方面比热体大鼠低,血清三碘甲状腺原氨酸、甲状腺素、孕酮、睾酮的含量也比热体大鼠低。常体大鼠的上述指标居中。说明热体大鼠的能量生成和利用、甲状腺素水平和性激素水平均高于寒体。丁镛发等[7]观察了上述三种体质分型的大鼠脾淋巴细胞的体外增殖能力及外周淋巴细胞DNA损伤后的复制合成能力。结果表明,此两项实验指标在热体大鼠组比寒体大鼠组具有更高的水平,而常体大鼠居中。这些实验说明了各型体质具有代谢上的差异。周志东等[8]利用寒体和热体的筛选方法对大鼠进行寒热体能量代谢和神经内分泌调节的研究,结果显示热体组氧化与磷酸化之比高于对照组及寒体组,呼吸控制率亦有相似变化氧化磷酸化效率三者无明显变化,热体组线粒体四态呼吸速度明显低于寒体组和对照组。热体组游离三碘甲状腺原氨酸、游离甲状腺素、睾酮明显高于寒体组,孕酮变化不大5'脱氧核糖腺核苷、去甲肾上腺素低于寒体组Na+K+ATP酶活性明显高于对照组和寒体组。这些研究结果对寒热体理论做了有益的补充。周永生等[9]得出不同品系、同品系不同微生物等级的实验大鼠间在中医体质学方面存在一定的差异的结论,并发现雌激素对大鼠中医体质有一定的影响[10]。栾杰男[11]也曾用中医体质理论研究亚健康状态的证型。苏庆民等[12]研究发现,肥胖人痰湿体质的总胆固醇、甘油三酯、极低密度脂蛋白、血糖及胰岛素水平显著高于非痰湿体质,高密度脂蛋白及红细胞Na+K+ATP酶活性等显著低于非痰湿体质,初步揭示了痰湿体质在脂类代谢、糖代谢及能量代谢上的特征,并观察到肥胖人痰湿体质血液流变性及微循环有异常变化。李东涛等[13]认为血虚体质多见于婴幼儿、老年人及女性,以心、脾、肝、肾等脏腑功能失调为内在病理基础,容易与气虚、津亏、阴虚兼夹。除上述研究外,在体质的基础研究方面,张伟荣等[14]论证了从基因水平进一步开展体质病理学和体质食疗学的研究是开展证候基因组学探索性研究的一个很好的切入点。而王琦[15]则认为,体质是由先天遗传和后天获得所形成的形态结构、机能活动方面固有的、相对稳定的个体特性。也就是说,体质的形成首先具备了先天的遗传基础,这就使得从基因角度研究体质成为探讨体质本质不可或缺的一环。倪红梅等[16]进行的用基因芯片筛选体质的特征基因和王琦等[17]的肥胖人痰湿体质研究均在中医体质学说领域中进行了系统生物学研究。这些都是为解决中医整体观和微观之间的和谐统一而做出的不懈努力。1.2中医体质分型标准化、规范化人类体质是人群及人群中的个体,在遗传的基础上,在环境的影响下,在生长、发育和衰老的过程中形成的机能、结构与代谢上的特殊状态,这种特殊状态往往决定着他的生理反应的特异性,及其对某种致病因子的易感性和所产生病变类型的倾向性。匡调元[18]根据中医理论及临床实践经验提出的体质分型包括正常质、晦涩质、腻滞质、燥热质、迟冷质、倦质,简称六分法。另外还有几种别的分类方法,分类方法可谓不一而足。所以,如何对人体体质现象作出客观的分类,建立标准化、规范化的体质分型,是现代体质研究中一个比较重要的问题。1.3体质的调整体质类型与疾病关系的研究,揭示出了疾病发生与发展的内在规律。而体质可调性观点的证实,说明体质的稳定性是相对的,具有可变性。这为从改善体质入手,恢复患病个体的体质病理状态提供了可能性,同时也是使用中医药改善体质的基础。我们曾开展食物对体质形成和调整病理性体质的研究。结果表明食物寒热不同对体质的形成具有明显的影响[19]。同时也发现不同性味的食物对于相应体质的调整作用是明显的[20]。这些研究结果论证了各型体质必然具有代谢上的差异的观点,同时也论证了后天饮食因素对体质的影响作用。中医药对多种常见病及重大疾病确有可靠的治疗作用,如优势病种中的哮喘、肝病、肾病、风湿免疫性疾病等。其许多的治疗机制可以追溯到中医体质学说,如上海中医药大学肝病研究所扶正化瘀方中扶正思想的运用正是建立在调整体质、增强自身抗病能力的基础上[21]。2各种组学技术平台2.1基因组基因组是指一种微生物(包括细菌和病毒)或其他生物体细胞中的总DNA或RNA(是指逆转录病毒),包括核DNA、细胞器DNA(动植物线粒体DNA和植物叶绿体DNA)和染色体外遗传675中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6成分(如细菌的质粒DNA)。2.2转录组转录组是一个活细胞所能转录出来的所有mRNA。研究转录组的一个重要方法就是利用DNA芯片技术检测有机体基因组中基因的表达。从基因组DNA转录的基因总和,即转录组,是研究细胞表型和功能的一个重要手段。和基因组水平不同,转录组是高度动态的,当细胞受到侵犯时,甚至当细胞处于正常的生理活动如复制、分裂时,基因的转录情况也会变化很大。为了了解基因的功能,知道基因何时何地以及何种程度的表达,对于理解基因编码的蛋白质的活动和生理作用是至关重要的。在对人类健康和治疗的研究中,从这些转录组水平获得的知识有助于人们了解疾病的前因后果,了解药物及候选药物如何在细胞和组织间工作以及基因产物如何发挥治疗效果。2.3蛋白质组蛋白质组是某种生物所能表达的所有蛋白质,包括一种细胞乃至一种生物所表达的全部蛋白质,它们都是由RNA从基因那里转录、剪辑信息后选择性拼接和修饰产生。而RNA转录或RNA剪辑的选择性拼接和转录后的修饰能够产生比基因编码数目多得多的蛋白质,从而成为该种生物巨大的蛋白质组。蛋白质组的研究不仅能为生命活动规律提供物质基础,也能为多种疾病机制的阐明及攻克提供理论根据和解决途径。通过对正常个体及病理个体间的蛋白质组比较分析,可以找到某些疾病特异性的蛋白质分子,它们可成为新药设计的分子靶点,或为疾病的早期诊断提供分子标志。2.4代谢组代谢组学技术是最近几年迅速发展起来的专门研究生物体内源性小分子代谢产物表达谱的方法。代谢组由组织细胞代谢组和系统整体代谢组组成。其中组织细胞代谢组是指某个时间点上一个细胞所有代谢物的集合,尤其指在不同代谢过程中充当底物和产物的小分子物质,如脂质、糖、氨基酸等,可以揭示取样时该细胞的生理状态。人体中有上万亿个不同类型的细胞,它们具有潜在不同的组织细胞代谢组。基因和蛋白质只是为细胞发生的活动做准备,活动中大部分实际上是发生在代谢物上,像信号转导、能量转移、细胞间通信都受代谢物调控。3系统生物学3.1概念及相关原理人类基因组计划把生物学由分子生物学时代推向系统生物学时代,生物学由分解转向整合,由叙述科学转变为定量预测科学。根据LeroyHood的定义,系统生物学是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,如遗传的、环境的因素变化时,分析这些组分间相互关系的学科。同时,通过整合各组成成分的信息,以图画或数学方法建立能描述系统结构和行为的模型。这里所说的系统可以是分子、信号通路、细胞、器官、个体、人群甚至是整个生态系统[22]。系统生物学不同于以还原论为核心的生物学,生物学仅着手于个别的基因和蛋白质,而系统生物学同时研究许多水平上,如基因、蛋白质、代谢物、信息通路以及信息网络等复杂的相互作用,从而理解他们如何共同发挥作用,它是一门以整体为研究对象的学科。3.2研究方法和技术平台在人类基因组第一张草图公布后,生命科学由此宣布进入了后基因组时代。这个时代的第一个标志就是功能基因组学,功能基因组学是研究基因组功能和作用的一门新的学科。生物功能是由蛋白质来体现的,而蛋白质的表达要经过转录这一中间环节,因此有必要研究转录组。转录组是一个活细胞所能转录出来的所有mRNA,它不仅能揭示基因组序列中哪些序列能够表达,而且还能揭示在何时何处表达,以及转录活跃程度。由于转录组只研究mRNA,mRNA所编码的蛋白质还要经过一系列翻译后修饰,而且就是存在某种mRNA,其相应的蛋白质也不一定被翻译出来,而且翻译后的蛋白质丰度也不一定与RNA丰度成线性关系。3.3特点与目的20世纪50年代,由于DNA双螺旋结构的发现,生物学由宏观生物学进入微观生物学20世纪末,基因组和蛋白质组等的发展,又使生物学进入了整体水平上研究,导致21世纪初出现了系统生物学。系统生物学对在各种组学技术平台上得到的大量信息进行整合、数字化,并加以干涉,研究各种组学的相互作用计算生物学则进行信息分析,发现规律,模拟、进而虚拟系统和预测。干涉是系统生物学中最重要的研究手段,主要分为从上到下,或从下到上两种从上到下,即由外至里,主要指在系统中增加新的元素,观察系统变化。例如,在系统中增加一个新的分子(阻断剂)以阻断某一反应通路。而从下到上,即由内到外,主要是改变系统内部结构的某些特征,从而改变整个系统,如利用基因敲除改变细胞的信号转导通路。系统生物学的目的是在整体水平上研究生命现象,将生物学由叙述发现科学转成定量和能预测的科学,应用于疾病的预警、新药的发现、代谢网络的775中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6完整,药物的药理和毒理研究,以及个性化医疗等。4从系统生物学角度探讨中医体质学说的研究国内的许多专家已经分别撰文介绍系统生物学的概念、研究方法、进展、研究的流派、国内外相关机构等[23],同时也有医学界的专家从医学角度论述了系统生物学和医学的关系[3,24]。沈自尹[25]论述了系统生物学与证的研究李梢等[26]也论述了医学研究中系统论与还原论的关联关系钱伯文[27]对中医药防治肿瘤从基因层面作了探讨,将中医中药治疗肿瘤与基因治疗肿瘤的思路联系起来。预言二者在系统生物学的基础上进行整合,将为医学的发展带来革命性的变化。还有刘赟等[28]关于肿瘤系统生物学与中医药学的学术思想探讨。本文则是从系统生物学的角度谈论中医体质学。在研究思路上,中医体质学强调体质的整体性和系统性,故难以用单一指标或某几项指标来反映中医体质全貌。中医体质学认为不同体质反映的是不同的生物学特性,而不同的生物学特性究其本质是由不同体质所具有的不同系统生物学特性所决定的。所以我们可以利用系统生物学所具有的整体研究思路来开展中医体质学的研究,这样就能更全面和准确地反映中医体质学的本质特征。在方法学上,我们可以借用系统生物学的各项技术手段,从微观入手,对各种数据进行分析和整合,从中找出规律性特性,从整体水平上研究中医体质。中医体质学的特点是整体、宏观的,其思路恰好与系统生物学的思路相吻合,所以用系统生物学的原理及方法来进行中医体质学的研究将是一个很好的方向,必将促进中医体质学研究的深入。[参考文献]1杨胜利.21世纪的生物学系统生物学.生命科学仪器,2004,2(2)56.2沈树泉,管又飞.系统生物学从生物分子到机体反应过程.生理科学进展,2004,35(3)281288.3陈竺.系统生物学21世纪医学和生物学发展的核心驱动力.世界科学,2005,28(3)26.4张其鹏,卢铭,孙冬泳,等.医学中的系统生物学.中华医学杂志,2005,85(19)13631366.5匡调元.那人却在灯火阑珊处从创立中医体质病理学到人体新系的设想.上海中医药大学学报,1999,13(3)810.6张伟荣,薛惠娟,赵伟康,等.寒体和热体的实验研究(Ⅰ).中西医结合杂志,1991,11(8)477479.7丁镛发,钱汝红,匡调元,等.寒体和热体的实验研究(Ⅱ).中西医结合杂志,1991,11(9)550552.8周志东,王学敏,缪明勇,等.寒体、热体大鼠肝线粒体能量代谢的研究.上海中医药大学学报,2000,14(2)3437.9周永生,陈小野,贺争鸣,等.10种雌性大鼠的中医体质学初步研究.中国中医基础医学杂志,2000,6(12)4447.10陈小野,蒋小丽,邹世洁,等.雌激素对大鼠中医体质影响的研究.现代中西医结合杂志,2005,14(18)23832385.11栾杰男.运用中医体质理论研究亚健康状态的证型.中医药学报,2004,32(2)34.12苏庆民,王琦.肥胖人痰湿型体质血脂、血糖、胰岛素及红细胞Na+K+ATP酶活性的检测及特征.中国中医基础医学杂志,1995,1(2)3941.13李东涛,宋本胜,田代华.论血虚体质的特征.中国中医基础医学杂志,2002,8(2)1618.14张伟荣,张庆彝.略论体质病理学的基因研究.中国中医基础医学杂志,2002,8(2)2324.15王琦.中医体质学说研究现状与展望.中国中医基础医学杂志,2002,8(2)615.16倪红梅,吴艳萍,何裕民.用基因芯片技术研究青少年肾阳虚体质差异表达基因.上海中医药杂志,2004,38(6)35.17王琦,龚海洋,高京宏.肥胖人痰湿体质基因表达谱的分析.见王米渠.国际生物信息与中医药论丛.新加坡新加坡医药卫生出版社,2004.119.18匡调元.人体体质学理论,应用和发展.上海上海中医学院出版社,1991.19张伟荣,薛惠娟.食物对体质形成影响的生化研究.中医杂志,1992,33(7)4950.20张伟荣,薛惠娟,匡调元,等.食物调整病理性体质的生化研究.中国中医基础医学杂志,1996,2(1)3536.21刘平,吴定中,刘成海,等.扶正化瘀中药复方促进CCl4大鼠肝纤维化逆转的配伍机理研究.上海中医药大学学报,2002,16(1)3741.22WestonAD,HoodL.Systemsbiology,proteomics,andthefutureofhealthcaretowardpredictive,preventative,andpersonalizedmedicine.JProteomeRes,2004,3(2)179196.23吴家睿.横看成岭纵成峰简论系统生物学的学派.科学(上海),2006,58(1)4445.24刘志红,黎磊石.系统生物学推动肾脏病临床研究的新动力.肾脏病与透析肾移植杂志,2005,14(1)13.25沈自尹.系统生物学和中医证的研究.中国中西医结合杂志,2005,25(3)255258.26李梢,王永炎.医学研究中系统论与还原论的关联关系.北京中医药大学学报,2005,28(5)15.27钱伯文.中医药防治肿瘤从基因层面探讨.上海中医药杂志,2005,39(6)34.28刘赟,杨宇飞,吕有勇,等.浅析肿瘤系统生物学与中医药学的关系.医学研究通讯,2005,34(5)6365.[收稿日期]20060614875中西医结合学报2006年11月第4卷第6期JournalofChineseIntegrativeMedicine,November2006,Vol.4,No.6
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