信息组学——中西医融合的平台

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信息组学
——中西医融合的平台

作者:于建国 于建成 陈功 赵宏杰

论文摘要：

关键词：信息组学 虚拟建模 系统生物学 基因组学 蛋白组学 代谢组学 中医固有理论 中西医融合

1. 科学的本质是通过虚拟建模来认识与掌握自然规律，霍金：“……理论只不过是宇宙或其中某一部分的模型，一些联结这模型和我们所观察的量的规则。它只存在于我们的头脑中，（不管在任何意义下）不再具有任何其他的实在性。”

1.1 虚拟建模包括两个方面，一个是效率意义上的，另一个是物理意义上的。效率意义上的建模见于工程技术、气象、经济、社会等众多科学领域，最典型的就是计算机科学；物理意义上的建模见于物理、化学等科学领域。

1.2 中医属于效率意义上的建模。她把某些生理病理功能与信息组合虚拟成一个系统，以解剖器官作为命名符号（脏腑），再通过类比的方式（analog）进行建模。认为“天人合一”，生命是宇宙自组织形式的一种表达方式，故采用宇宙运行方式，从空间（经络）、时间（藏象）、全息（人体的“自相似性”），生命的物质、能量、信息、意识（精气神形），多角度全方位全交叉建模。比如，把身体中的水类比成海洋的运动，不仅引入水与电解质这个参数，还引入主要是行星运动引起的洋流、主要是月球运动引起的潮汐的参数，建立了津液、营卫等概念及其生理病理子模型。从其他学科创造的伟大科学成就来看，不难理解中医理论与技术为什么临床行之有效，因为这个模型把握的是生理病理的运动规律。

1.3 西医属于物理意义上的建模，但这种建模采用了不同于任何学科的建模方式。正像美国科学家莱诺伊·胡德所说的……（西医的基础）生物学与所有其他学科，如物理学、化学、地理学，是完全不一样的科学，因为生物学以外的学科都只能通过类比的方式（analog）进行分析。

1.3.1 西医的基础，生物学，从“发现的科学（discovery science）”，把系统的全部元素测定清楚，以便得到一个含有所有信息的数据库，即传统生物学，走到“假设驱动的科学（hypothesis-driven science）”，人为地设定某种或某些条件去干涉（perturbation）于被实验的对象，从而达到实验目的，与“发现的科学”互动和整合的系统生物学。其核心是数字化的，因此生物学可以被完全破译。从理论上说，这对生物学的把握应该超过其他任何一门学科。系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合的研究方式，无疑是最具揭示生物真实物理意义的理想研究方式。

1.3.2 系统生物学是理想的生命科学，这个理想需要循序渐进，需要漫长的历史。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化--从基因到细胞、到整个器官”的论文，很好地体现了系统生物学的整合性，同时也告诉我们，系统生物学离整合个体的各个层次、群体的各个层次、生物宇宙自组织形式还相去甚远。也就是说，循序渐进的每一个阶段的认识都是片面的局限的，基于这种认识水平的临床治疗都是不全面的甚至是完全错误的。西医的临床医学走入瓶颈的根本原因，就是这种认识论与方法论造成的。

1.4

2. 信息组学——中西医融合的平台。

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信息组学
--中西医融合的平台

作者:于建国 于建成 陈功 赵宏杰

论文摘要：信息组学，采用完全不同于系统生物学的研究方法，不是把不同层次的组学中流动着的信息整合出一个模型，而是采用类比方式的科学模型有目的地指导不同层次组学扑捉信息及信息流动调控方式。这个类比方式的科学模型，就是中医固有理论模型。什么是类比方式（analog）进行分析的科学呢？比如，把身体中的水类比成海洋的运动，不仅引入水与电解质这个参数，还引入主要是行星运动引起的洋流、主要是月球运动引起的潮汐的参数，建立了津液、营卫等概念及其生理病理子模型。通过类比的方式进行分析的科学，有一个优点就是能够做出预言。比如，信息组学能够揭示，每一味天然药物的终极的单一作用，厚朴，调节平滑肌的横波(横断向的蠕动) ；枳实，调节平滑肌的纵波（平行向的蠕动）。

关键词：信息组学 虚拟建模 系统生物学 基因组学 蛋白组学 代谢组学 中医固有理论 中西医融合

1. 科学的本质是通过虚拟建模来认识与掌握自然规律，霍金：“……理论只不过是宇宙或其中某一部分的模型，一些联结这模型和我们所观察的量的规则。它只存在于我们的头脑中，（不管在任何意义下）不再具有任何其他的实在性。”

1.1 虚拟建模包括两个方面，一个是效率意义上的，另一个是物理意义上的。效率意义上的建模见于工程技术、气象、经济、社会等众多科学领域，最典型的就是计算机科学；物理意义上的建模见于物理、化学等科学领域。

1.2 中医属于效率意义上的建模。她把某些生理病理功能与信息组合虚拟成一个系统，以解剖器官作为命名符号（脏腑），再通过类比的方式（analog）进行建模。认为“天人合一”，生命是宇宙自组织形式的一种表达方式，故采用宇宙运行方式，从空间（经络）、时间（藏象）、全息（人体的“自相似性”），生命的物质、能量、信息、意识（精气神形），多角度全方位全交叉建模。比如，把身体中的水类比成海洋的运动，不仅引入水与电解质这个参数，还引入主要是行星运动引起的洋流、主要是月球运动引起的潮汐的参数，建立了津液、营卫等概念及其生理病理子模型。从其他学科创造的伟大科学成就来看，不难理解中医理论与技术为什么临床行之有效，因为这个模型把握的是生理病理的运动规律。

1.3 西医属于物理意义上的建模，但这种建模采用了不同于任何学科的建模方式。正像美国科学家莱诺伊·胡德所说的……（西医的基础）生物学与所有其他学科，如物理学、化学、地理学，是完全不一样的科学，因为生物学以外的学科都只能通过类比的方式（analog）进行分析。

1.3.1 西医的基础，生物学，从“发现的科学（discovery science）”，把系统的全部元素测定清楚，以便得到一个含有所有信息的数据库，即传统生物学，走到“假设驱动的科学（hypothesis-driven science）”，人为地设定某种或某些条件去干涉（perturbation）于被实验的对象，从而达到实验目的，与“发现的科学”互动和整合的系统生物学。其核心是数字化的，因此生物学可以被完全破译。从理论上说，这对生物学的把握应该超过其他任何一门学科。系统生物学要实现从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合的研究方式，无疑是最具揭示生物真实物理意义的理想研究方式。

1.3.2 系统生物学是理想的生命科学，这个理想需要循序渐进，需要漫长的历史。《科学》周刊系统生物学专集中一篇题为“心脏的模型化--从基因到细胞、到整个器官”的论文，很好地体现了系统生物学的整合性，同时也告诉我们，系统生物学离整合个体的各个层次、群体的各个层次、生物宇宙自组织形式还相去甚远。也就是说，循序渐进的每一个阶段的认识都是片面的局限的，基于这种认识水平的临床治疗都是不全面的甚至是完全错误的。西医的临床医学走入瓶颈的根本原因，就是这种认识论与方法论造成的。

1.4 尽管，系统生物学有望破译生命与疾病的奥秘，但是，在完全破译之前医学还得临床，毕竟疗效是医学的首要目的。中西医各自构建了自己的模型，此前这两个模型不可通约，也不可能用一方的标准去衡量另一方的对与错。但是，效率意义上的建模也必然蕴含着生物的物理意义，生物的物理意义也得通过建模才能被人把握与操作，两者共同研究的基点就是生理病理信息，这就为两者融合提供了可能。

2. 信息组学--中西医融合的平台。信息组学，采用完全不同于系统生物学的研究方法，不是把不同层次的组学中流动着的信息整合出一个模型，而是采用类比方式的科学模型有目的地指导不同层次组学扑捉信息及信息流动调控方式。这个类比方式的科学模型，就是中医固有理论模型。

2.1 任何一个单一的生理活动都不是西医模型中一个系统完成的，任何一个单一病因都不会仅仅造成西医模型中一个系统的损伤，任何一个单一的病理靶点都不是单一病因单独造成的，“蝴蝶效应”涉及诸多因素。那么，通过基因组、蛋白组、转录组、代谢组获得的信息重新构建的生理病理模型，必然交叉于若干系统，这个模型复杂而庞大，不同于解剖实体系统的模型已成必然。

2.2 鲁棒性（robustness）是控制系统设计的概念，同样适应于医学模型设计。一个模型设计得是否强健、稳定、自洽关系到临床的可操作性、可重复性、有效性。西医的生理病理模型，通过临床验证其低鲁棒性是不言而谕的，那中医的生理病理模型鲁棒性如何呢？如果，两个低鲁棒性的模型兼容，那么，兼容后的模型会强健、稳定、自洽吗？中医的整体理论体系经过漫长的几千年实践总结，是由若干个不同模型组成的。不同模型中的同一概念，其内涵与外延不尽相同。在不了解这个事实的情况下，只能是“临床靠经验，理论胡乱编”，给外专业的感觉是，中医是一门实践医学，理论不过是哲学思辨。好在各家学说建立的模型，都是对《黄帝内经》、《伤寒杂病论》等经典中医固有理论模型中的某个子模型的发挥与演绎，这就使得还原回高鲁棒性模型成为可能。我们必须清醒地认识到，只有重申中医固有理论才能使得中西医融合成为可能，这也是中医赖以生存的前提。

2.3 简约、全面是建模不可或缺的要素，中医固有理论模型具备这些要素，至今还没有发现任何一门科学的理论模型把纷繁复杂的宇宙与生命及其疾病的发生、干预、转归多角度全方位全交叉建模，并简约得不能再简约，基于生理模型改变的病理模型“证”像数学公式一样严谨而便于计算操作，那么，有目的地指导不同层次组学扑捉信息及信息流动调控的类比方式的科学模型必然是中医固有理论模型。“临床症状与体征，这是古今中外相对稳定的参考系！”。不使临床实践与基础理论相互脱节，不失生命整体性系统性协同性，这种类比方式与数字化方式相结合的研究方法，在可预见的未来相当长的历史时期内，显然是最合理的最先进的研究方法。就像丘吉尔所说的一样，民主不是最好的制度，但它是我们现在能找到的最好的一种。这就是陈竺院士要表达的，既高于中医也高于西医的新医学。

2.4 沈自尹氏等的《“肾阳虚”证的下丘脑-垂体-甲状腺轴初步观察》、陈英华氏等的《肾阳虚证动物模型造模方法综述》、方肇勤氏的《辨证论治实验方法学--实验小鼠诊法与辨证》、李同宪氏的《外感染热病证态学》《伤寒论现代解读》，无论从基础还是临床都做了有益的探索，说明信息组学的研究方法是可行的。如果以高鲁棒性的中医固有理论模型为蓝本，结合各层次组学的最新进展，这种研究是会更具生命力的。

3. 通过类比的方式进行分析的科学，有一个优点就是能够做出预言。就像相对论可以预言核聚变一样，信息组学有望在如下方面取得研究突破：

3.1 信息组学能够揭示，每一味天然药物的终极的单一作用，为节约、有效利用提出规范，并提供利用的物理证据，一改单一化学成分制药规则。中药材成分复杂，但作用却是单一的。就拿厚朴来讲，不管是中医主治胸腹痞满胀痛、反胃、呕吐、宿食不消、痰饮喘咳、寒湿泻痢，还是现代药理研究兴奋或抑制离体肠管活动、在体小肠张力下降（麻醉猫）、对抗组胺致十二指肠痉挛（大鼠）、抗实验性胃溃疡（幽门结扎型、应激型）、抗菌、抗病毒、肌松作用（可能属非去极化型）、对抗甲基苯丙胺所致兴奋作用、对抗同种被动皮肤过敏反应（PCA），它的终极作用只有一个，就是调节平滑肌的横波(横断向的蠕动) ；枳实，调节平滑肌的纵波（平行向的蠕动）。

3.2 信息组学能够揭示，为什么不同科不同属不同种不同成分而同名的药材，具有相同的作用。如，天南星科植物石菖蒲、水菖蒲，毛茛科植物节菖蒲，同具有豁痰开窍的作用机理；信息组学能够揭示，为什么十个中医生开出十个处方，治疗同一个患者同一个病会同样有效。如，越婢加术汤证的肾炎浮肿，用鸡鸣散、木通散加减亦可；信息组学能够在不同地区国家找到不同科不同属不同种不同成分却有相同作用机理的天然药物，既可极大地挖掘天然药物的利用潜能，又可防止生物入侵带来生态失衡。

3.3 信息组学能够揭示，为什么方药、针灸、推拿等治疗手段会取得同样的疗效，有望制造出模拟信息治疗仪；信息组学能够揭示，人体的“自相似性”即全息现象的机理，制造出较为精密的脉诊仪、经络诊断仪、更为准确的理化诊断指标等等；信息组学能够揭示，为什么生物节律具有生克乘侮关系的时间机制，为癌症等诸多疑难病寻找到合理的治疗途径，解决干细胞移植不确定性，甚至替代这种疗法；信息组学能够揭示，为什么诸如野骆驼与家骆驼仅仅习性的改变就造成基因变异的机理，为中医治疗心理疾病、精神疾病机理的阐释，及为更合理的治疗寻找到途径；信息组学能够揭示，经络的实质，宇宙自组织形式是如何刻录在生物体的，并可以返观内视。

3.4 信息组学能够揭示，阴阳，这个中医固有理论模型中最为基础的概念的机理。马建平氏的《状态科学》中的状态波理论，不仅可以为航天医学奠定坚实的理论基础，而且可以揭示出生物个体熵增、群体熵减的机理，可望研究出测定进化速度（即“阳”）的技术方法，那么，中医理论现代化的最大障碍就被扫除了，因为中医固有理论整个模型都是基于和围绕阴阳展开的。这样人类还将能够预测物种的自然灭亡或突变，当然包括人类的自然灭亡或向更高生命突变的时间。

3.5 信息组学无须使用基因刀技术将能够选择性对特定的生物种群的基因进行调控，甚至选择性剿灭，这就是基因武器。但愿用于和平目的，毕竟科学是为了人类更好地生存，而不是为了自己的毁灭，任何对生物进化进程有可能干扰的行为都应该避免，尤其是医学的非自然干扰。

3.6 毕竟医学的首要目的是人民的健康，首先追求的就是先进的诊疗技术。由于中医固有理论模型是公式化的，那么，就能够实现智能化。智能诊疗系统技术的实现，前提是把中医固有理论模型这个“公式”揭示出来，这也是信息组学应该首先开展的课题。

主要参考文献：
所有参考文献均搜索自互联网各个数据库，在此不列刊址。除论文中列举的著作、论文外，还有
《系统生物医学让中西医找到“共同语言”》科学时报
《系统生物学和中医学结合将推动医学的发展》中国医药报
《生物与医学中的复杂性问题》中国科技信息
吴家睿《系统生物学面面观》
《生命科学迈入“大科学”时代》生物谷
《系统生物学对未来生物学的冲击》生物谷
《系统生物学的前沿--SYSTEMOSCOPE》生物谷
《中药研究的新模式--美拉德反应》生物谷
《用系统生物学配伍西药:中药现代化新战略》生物谷
Chaolin Zhang etc.《科学家发现人类基因组进化“指纹”》
《利用新方法得以揭示疾病基因网络》Nature
《中国人基因测序，仅走到门边》第一财经日报
《以色列科学家提出新生物物理模型》科技部
张有和《人类疾病观念的偏差与临床医学的误区》
张有和《状态应对医学-应对万千的中医学体系》
赵宏杰《中医系统生物学研究几个关键问题》
赵宏杰《中医学与信息科学--跨越式大联合》
赵宏杰《创建信息中药学及其意义》
于建国 于建成《破解“五运六气”（太阳黑子）千古之谜----气候医学，未来医学与生命科学的前沿》
于建成 于建国 陈功《经络实质验证模型设计》
陈功 于建成《中医固有理论框架》