楊 碩 崔 蒙 賈李蓉 高 博

(中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥信息研究所，北京市東城區(qū)東直門內(nèi)南小街16號，100700)

作為中醫(yī)學(xué)和信息學(xué)的一門新興交叉學(xué)科，中醫(yī)藥信息學(xué)對促進中醫(yī)學(xué)發(fā)展具有重要的歷史使命。那么，如何在短時間內(nèi)建設(shè)好自身發(fā)展，同時對本源學(xué)科起到推動作用呢?筆者從交叉學(xué)科中發(fā)展相對成熟的生物信息學(xué)、醫(yī)學(xué)信息學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)對本源學(xué)科的影響以及對中醫(yī)藥信息學(xué)的啟示進行探討。

1 生物信息學(xué)

1.1 生物信息學(xué)的定義 生物信息學(xué)是在生命科學(xué)、計算機科學(xué)和數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展而形成的一門新興的邊緣學(xué)科，它以核酸和蛋白質(zhì)為主要研究對象，以數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)為主要研究手段，對生物學(xué)實驗數(shù)據(jù)進行獲取、加工、存儲、檢索與分析，從而達到揭示數(shù)據(jù)所蘊含的生物學(xué)意義的目的。在處理信息時，同時采用了數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)的模型、模擬研究手法，因而成為生物學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機學(xué)甚至工程學(xué)等多學(xué)科之間的交叉領(lǐng)域［1－2］。

1.2 生物信息學(xué)對本源學(xué)科的影響 生物信息學(xué)的本源學(xué)科是生物學(xué)，它對生物學(xué)的促進作用是巨大的。首先，通過收集和建立生物學(xué)數(shù)據(jù)庫，為生物學(xué)構(gòu)建了一個堅實的科研信息研究平臺;其次，生物信息學(xué)研究所帶來的新型研究手段和成果，如大量生物物種基因組序列的完成和分析使生物醫(yī)學(xué)的研究方法發(fā)生了迅速的改變;第三，生物信息學(xué)研究將根據(jù)比較基因組學(xué)、功能基因組學(xué)等分支學(xué)科的研究成果，運用大規(guī)模高度復(fù)雜和智能的數(shù)學(xué)統(tǒng)計模型，從整體和系統(tǒng)的水平上對生物學(xué)的現(xiàn)象提出大量新的理論和學(xué)說。而對于這些學(xué)說和理論的驗證將推動生物學(xué)的研究，進入到系統(tǒng)生物學(xué)的新時代［3－5］。

同時，生物信息學(xué)對其他來源學(xué)科亦有很大的促進作用，如許忠能［6］認為生物信息學(xué)為醫(yī)學(xué)開辟了一條新的高效研究途經(jīng)“運用生物信息學(xué)分析醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，然后篩選與疾病相關(guān)的基因，再進行驗證”“同時利用生物信息學(xué)輔助藥物設(shè)計是藥學(xué)的一個重要進展”。事實證明，生物信息學(xué)的發(fā)展成果不僅對基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究有極大推動作用，而且對人類疾病防治、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)都有極深遠的意義。

1.3 生物信息學(xué)發(fā)展對中醫(yī)藥信息學(xué)的啟示 中醫(yī)界對生物信息學(xué)表現(xiàn)出濃厚的興趣，主要認為可借助生物信息學(xué)的技術(shù)促進中醫(yī)藥學(xué)發(fā)展。如李梢［7］認為以信息、系統(tǒng)的觀點切入探討中醫(yī)藥診療體系的科學(xué)內(nèi)涵，以生物信息學(xué)的有關(guān)理論與方法為橋梁，從多層次進行中醫(yī)藥生物信息學(xué)有關(guān)理論、模式與技術(shù)方法的構(gòu)建，中藥研發(fā)的新模式與新技術(shù)探索，將有助于深入了解中醫(yī)學(xué)整體、系統(tǒng)的診療規(guī)律;羅國安等［8］提出充分利用生物信息學(xué)技術(shù)，通過中藥指紋圖譜的信息獲取、信息處理和信息挖掘三方面內(nèi)容的研究，建立中藥組效學(xué)研究體系。近幾年國家自然基金許多中標(biāo)項目中無論是基因/蛋白質(zhì)表達譜在中醫(yī)證候研究、辨證分型和診斷中，還是在中藥作用機制及其開發(fā)中的運用都涉及生物信息學(xué)技術(shù)分析。簡而言之，目前生物信息學(xué)對中醫(yī)藥學(xué)乃至中醫(yī)藥信息學(xué)的技術(shù)支撐多處于理論探討階段。

生物信息學(xué)發(fā)展給予中醫(yī)藥信息學(xué)最大的啟示就是，兩門學(xué)科交叉后所產(chǎn)生的新技術(shù)可以成為支撐本源學(xué)科發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。在某種意義上，可以說，如果沒有生物信息學(xué)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，基因組、蛋白質(zhì)組及代謝組的研究幾乎是無法開展的。上述組學(xué)的研究過程中產(chǎn)生了海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)用通用的計算機技術(shù)幾乎是無法完成其計算的，而這些數(shù)據(jù)的處理問題得不到解決，則三個組學(xué)就無法發(fā)展。因此，生物信息學(xué)的誕生，解決了阻礙組學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。

中醫(yī)藥信息學(xué)面臨的研究對象是中醫(yī)藥信息，這是一類不同于一般數(shù)據(jù)的信息，其所具有的現(xiàn)象信息、主客融合、偏重時間、必須在開放環(huán)境中獲取等特點，也是通用計算機技術(shù)所無法處理的。而中醫(yī)藥信息的獲取、轉(zhuǎn)化、處理與傳播問題已經(jīng)成為阻礙中醫(yī)學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)問題。因此，中醫(yī)藥信息學(xué)如果能夠象生物信息學(xué)一樣，解決阻礙中醫(yī)學(xué)發(fā)展的現(xiàn)象信息處理技術(shù)問題，則本身的學(xué)科價值將能夠得到充分的體現(xiàn)。

2 系統(tǒng)生物學(xué)

從古希臘和古中國的模糊整體論到15世紀(jì)近代科學(xué)興起的還原論，再到今天的系統(tǒng)論，按錢學(xué)森的說法是“系統(tǒng)論是還原論和整體論的辯證統(tǒng)一”［9］。系統(tǒng)論的優(yōu)越性在于整體涌現(xiàn)性:即若干組分按照某種方式整合成為一個系統(tǒng)就會產(chǎn)生這些組分單純相加所沒有的新成分或功能，而一旦把系統(tǒng)分解還原為各個組分，這成分或功能便不復(fù)存在。

2.1 系統(tǒng)生物學(xué)對本源學(xué)科的影響 系統(tǒng)生物學(xué)的本源學(xué)科也是生物學(xué)。系統(tǒng)生物學(xué)是基于基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等為核心的實驗技術(shù)，借助和發(fā)展多學(xué)科交叉的新技術(shù)方法，研究功能生命系統(tǒng)中所有組成成分的系統(tǒng)行為、相互聯(lián)系以及動力學(xué)特性，從整體水平分析和計算模擬復(fù)雜生命現(xiàn)象進而揭示生命系統(tǒng)控制與設(shè)計的基本規(guī)律［10］。就目前而言，由于各個學(xué)科在生物學(xué)領(lǐng)域的滲透和各種新型先進的生物學(xué)研究手段和分析思路在傳統(tǒng)生物實驗室中的應(yīng)用，系統(tǒng)生物學(xué)的概念和思路已經(jīng)在逐漸地改變傳統(tǒng)的研究思維。

近年來發(fā)展很快的人體系統(tǒng)生物學(xué)是在Lee Hood領(lǐng)導(dǎo)的美國系統(tǒng)生物學(xué)研究所、Jeremy Nicholson領(lǐng)導(dǎo)的英國帝國理工的生物分子醫(yī)學(xué)系、Ian van der Greef領(lǐng)導(dǎo)的荷蘭TNO醫(yī)學(xué)系統(tǒng)生物學(xué)實驗室以及陳竺領(lǐng)導(dǎo)的上海系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心等機構(gòu)的探索和推動下正在蓬勃興起的一個新的學(xué)科方向。上海系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究中心副主任，上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長趙立平教授，闡述了他們的研究成果。在人體中，人的細胞數(shù)量僅占細胞總量的10%，而共生微生物的細胞所占比例高達90%。共生細菌大部分生活在腸道里，有大約1.5kg。這些細菌在生長活動中產(chǎn)生的代謝物可以進入人的血液，影響人的健康。有益菌可以產(chǎn)生消炎、鎮(zhèn)痛、抗氧化的物質(zhì)，還可以合成維生素、氨基酸、丁酸鹽等營養(yǎng)成分，對人體有滋養(yǎng)和保護作用。有害菌則可以產(chǎn)生神經(jīng)毒素、致癌物質(zhì)和游離抗原，進入血液后能夠引起兒童自閉癥、老年癡呆、肥胖癥、糖尿病、冠心病，甚至癌癥等各種慢性病。因此，結(jié)構(gòu)失調(diào)的腸道菌群可能是誘發(fā)慢性病的重要因素，這個觀點叫“慢性病的腸源性學(xué)說”。由于很多腸道菌是不能分離培養(yǎng)的，很難獲得它們的參考基因組。趙立平教授提出，依托“系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)科技創(chuàng)新平臺”建立的“功能元基因組”技術(shù)為解決這個問題提供了途徑。他們與帝國理工醫(yī)學(xué)院等單位合作，建立了通過測定尿液代謝物的組成變化和腸道菌群結(jié)構(gòu)變化的關(guān)系，來判斷哪一種細菌可能影響人體的哪一部分代謝的方法，就有可能將具有重要功能的細菌鑒定出來。然后再設(shè)法通過單細胞分離和全基因組擴增獲得其參考基因組序列。整個過程不需要分離培養(yǎng)細菌，可以突破培養(yǎng)技術(shù)的瓶頸，獲得更多重要細菌的參考基因組序列［11］。目前，趙教授的研究團隊，通過測定腸道菌群的變化，來判斷人體慢性疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。這個例子也從一個側(cè)面說明系統(tǒng)生物學(xué)的技術(shù)和思維對本源學(xué)科生物學(xué)、醫(yī)學(xué)的潛在的巨大推動力。

2.2 系統(tǒng)生物學(xué)的研究思路與技術(shù)對中醫(yī)藥信息學(xué)發(fā)展的啟示 系統(tǒng)生物學(xué)和中醫(yī)學(xué)的思維模式具有一定的共性:系統(tǒng)生物學(xué)從系統(tǒng)的角度認識生命過程并尋找其中規(guī)律，中醫(yī)學(xué)是從整體角度認識生命并治療疾病，而中醫(yī)藥信息學(xué)則是從系統(tǒng)論角度研究動態(tài)的、整體的中醫(yī)藥信息和生命信息。

系統(tǒng)生物學(xué)對中醫(yī)藥信息學(xué)的促進作用體現(xiàn)在研究思維和技術(shù)方面:1)以先進的技術(shù)模擬整體數(shù)據(jù)模型，避免孤立、靜止的研究方法。如可模擬某一證的代謝組數(shù)據(jù)模型，由于代謝組學(xué)是對機體代謝事件的全面跟蹤和評價，避免從前在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的“病”下才能研究中醫(yī)的“證”的機械規(guī)范以及孤立的、靜止的研究所造成的種種誤區(qū)。結(jié)合系統(tǒng)生物學(xué)中的蛋白組學(xué)、基因組學(xué)的研究成果，甚至可以對中醫(yī)某些概念的理解有重大突破［12］。2)控制中藥的質(zhì)量。用系統(tǒng)生物中現(xiàn)代代謝組學(xué)研究方法通過對中藥復(fù)方混合物中組分的類型、含量和狀態(tài)的分析，可以定量地對其進行評價，有可能解決無法測量中藥復(fù)方中多種成分的聯(lián)合藥效的難題［13］。總而言之，借助同樣思維模式的系統(tǒng)生物學(xué)的技術(shù)，可以幫助中醫(yī)藥信息學(xué)建立一個整體的、動態(tài)的、具有防治疾病功能的信息體系。

人體系統(tǒng)生物學(xué)對中醫(yī)藥信息學(xué)發(fā)展的重要啟示是，傳統(tǒng)的系統(tǒng)生物學(xué)強調(diào)整體所有組成部分及其所有關(guān)聯(lián)關(guān)系的研究，這就使得在目前科學(xué)發(fā)展的水平上，系統(tǒng)生物學(xué)的研究必然會非常緩慢。而人體系統(tǒng)生物學(xué)是從整體代謝物的角度去研究人體及其共生的腸道菌群的變化，從而把握疾病的變化，這就使系統(tǒng)生物學(xué)在目前科學(xué)發(fā)展的水平獲得了快速發(fā)展的途徑。從目前科學(xué)發(fā)展的水平，去尋找能夠解決問題的角度和方法學(xué)是中醫(yī)藥信息學(xué)應(yīng)該從人體系統(tǒng)生物學(xué)發(fā)展獲得的啟示。

3 醫(yī)學(xué)信息學(xué)

3.1 醫(yī)學(xué)信息學(xué)的定義 關(guān)于醫(yī)學(xué)信息學(xué)的定義有多種說法，這里采用這樣一種定義:醫(yī)學(xué)信息學(xué)是運用信息、計算機、認知科學(xué)等的理論、技術(shù)和方法，研究醫(yī)學(xué)信息的性質(zhì)和運動規(guī)律，進行醫(yī)學(xué)信息的采集、加工、存儲、傳輸、分析、利用以至于醫(yī)學(xué)知識的表述，為臨床決策提供支持的學(xué)科［14］。

3.2 醫(yī)學(xué)信息學(xué)對本源學(xué)科的影響 與中醫(yī)藥信息學(xué)非常相似，醫(yī)學(xué)信息學(xué)是醫(yī)學(xué)和信息學(xué)的新興交叉學(xué)科，在國外有近40年的發(fā)展歷史，國內(nèi)起步稍晚，但對醫(yī)學(xué)的積極影響已初見端倪。筆者認為其促進作用有兩方面，一是醫(yī)學(xué)信息學(xué)在一般信息學(xué)的指導(dǎo)下，研究醫(yī)學(xué)信息的產(chǎn)生、提取、檢測、變換、傳遞、存儲、處理和識別，建立數(shù)據(jù)庫，提供信息研究平臺，并利用計算機工具和技術(shù)對醫(yī)學(xué)信息的概念、屬性、關(guān)系進行探討，加深了基礎(chǔ)的醫(yī)學(xué)理論研究和哲學(xué)深層意義的探討，主導(dǎo)了科研發(fā)展方向;二是在控制論和系統(tǒng)論的指導(dǎo)和工程設(shè)備和技術(shù)的幫助下，研制各種信息化、智能化的診療設(shè)備和成熟的醫(yī)院信息系統(tǒng)，提供臨床決策支持，大幅度地提高了臨床療效。

3.3 從醫(yī)學(xué)信息學(xué)的現(xiàn)狀思考中醫(yī)藥信息學(xué)的學(xué)科發(fā)展 不言而喻，這兩門學(xué)科的研究目的具有高度相似性——應(yīng)用計算機技術(shù)來處理生命科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。鑒于醫(yī)學(xué)信息學(xué)的發(fā)展已領(lǐng)先一段，其學(xué)科規(guī)劃和發(fā)展之路對中醫(yī)藥信息學(xué)就具有較大的借鑒意義。

國內(nèi)醫(yī)學(xué)信息學(xué)的研究范圍主要有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究:包括理論研究(醫(yī)學(xué)信息的概念和性質(zhì))、應(yīng)用基礎(chǔ)研究(醫(yī)學(xué)信息的的產(chǎn)生、提取、檢測、變換、傳遞、存儲、處理和識別，以及控制原理和方法)、應(yīng)用研究(研制醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng))。在這方面，中醫(yī)藥信息學(xué)并無二致。醫(yī)學(xué)信息學(xué)研究最新進展大致可以分為5方面:電子化病歷、醫(yī)療信息系統(tǒng)、醫(yī)療決策系統(tǒng)、影像信息學(xué)技術(shù)、遠程醫(yī)療。這方面中醫(yī)藥信息學(xué)起步較晚，仍需投入大量人力和資金，但可以考慮采用醫(yī)學(xué)信息學(xué)的先進技術(shù)。除了以上一致的研究方向外，鑒于中醫(yī)大量信息是定性而非定量的特點，筆者認為中醫(yī)藥信息學(xué)還需致力于:1)中醫(yī)藥信息學(xué)理論與方法學(xué)研究，鑒于中醫(yī)藥信息的特點，必須加強理論與方法學(xué)的研究，才能使中醫(yī)藥信息的獲取、轉(zhuǎn)化、處理與傳播實現(xiàn)跨越式發(fā)展。2)具有中醫(yī)特色的文獻數(shù)據(jù)挖掘(中醫(yī)具有3000多年理論的厚重沉淀)，尤其是隱形知識的挖掘。3)具有中醫(yī)特色的知識表達和語義網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)分析;四、中醫(yī)證候模型建立和中藥復(fù)方組合成分的分析鑒定。

二者最大的不同之處在于研究內(nèi)容。由于二者的研究對象分別是西醫(yī)和中醫(yī)，這兩大醫(yī)學(xué)體系分別孕育于東西方不同的哲學(xué)思想和文化母體，不同的思維模式導(dǎo)致兩種醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展方向?qū)⒛限@北轍?；谶€原論的西方醫(yī)學(xué)傾向微觀化，無論生理病理，或是診斷治療均可量化研究;而中醫(yī)傾向宏觀化，在注重整體觀的同時強調(diào)個性化診療。因此中醫(yī)藥信息學(xué)更注重對信息進行多層次、多維度的關(guān)聯(lián)整合，例如在研究疾病時，除了醫(yī)學(xué)信息學(xué)注重的多病因、多癥狀、患者個體差異等多因素的多層次整合之外，還會考慮臟腑上功能相關(guān)，病理相互影響，從而獲得整體的、動態(tài)的綜合結(jié)果。

在學(xué)科教育上，美國許多大學(xué)將醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程分為5個部分即應(yīng)用于醫(yī)學(xué)信息本身的計算機科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、決策科學(xué)、社會科學(xué)、公共政策。而國內(nèi)則集中在計算機技術(shù)、醫(yī)院信息系統(tǒng)、醫(yī)院決策支持系統(tǒng)、遠程醫(yī)療等［15］。相較而言，國內(nèi)醫(yī)學(xué)信息學(xué)專業(yè)的計算機研究水平和課程設(shè)置遜于國外。而目前中醫(yī)藥信息學(xué)學(xué)科人員的計算機水平也較弱，可以考慮增加課程設(shè)置或引進專業(yè)人才。

醫(yī)學(xué)信息學(xué)發(fā)展給予中醫(yī)藥信息學(xué)的重要啟示之一，是在加強應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上，必須重視學(xué)科的理論與方法學(xué)建設(shè)，由于醫(yī)學(xué)信息學(xué)在其發(fā)展過程中，重視其應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，相對忽視基礎(chǔ)研究，因此對學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響。中醫(yī)藥信息學(xué)由于其信息特征的特殊性，如果不加強理論與方法學(xué)研究，其發(fā)展將會比醫(yī)學(xué)信息學(xué)緩慢。因此，從中醫(yī)藥信息學(xué)學(xué)科建設(shè)的初始階段，就必須把理論體系和方法論體系的建設(shè)擺在重要地位。重要啟示之二，是其學(xué)科框架的構(gòu)成。目前，醫(yī)學(xué)信息學(xué)分為理論研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究及應(yīng)用研究的框架及其二級結(jié)構(gòu)對中醫(yī)藥信息學(xué)的發(fā)展有很大的啟示。重要啟示之三，是醫(yī)學(xué)信息學(xué)在其應(yīng)用研究領(lǐng)域朝向醫(yī)藥衛(wèi)生發(fā)展的大方向，這促進了其學(xué)科與實踐的緊密結(jié)合，從而發(fā)揮了更大的作用，這是值得中醫(yī)藥信息學(xué)借鑒的。

總之，中醫(yī)藥信息學(xué)在發(fā)展道路上可借鑒醫(yī)學(xué)信息學(xué)的前期經(jīng)驗和優(yōu)秀研究成果，但必須注重發(fā)展自身特色，整體觀和辨證論治不僅是中醫(yī)學(xué)的靈魂，更是中醫(yī)藥信息學(xué)的立身之本，是區(qū)別與醫(yī)學(xué)信息學(xué)的最大特色。

4 結(jié)語

21世紀(jì)人類對重大疾病的預(yù)防和控制將會出現(xiàn)新的模式，逐漸產(chǎn)生講究科學(xué)、注重人文、強調(diào)3P醫(yī)學(xué)，即建立預(yù)測(Predictive)、預(yù)防(Preventive)以及個體化(Personalized)的醫(yī)學(xué)模式［16］。無論是中醫(yī)學(xué)抑或是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)，發(fā)展任務(wù)是要加深對生命基本規(guī)律的認識，并促進復(fù)雜性疾病的研究向功能、系統(tǒng)的方向發(fā)展。從這種意義上來說，作為中醫(yī)學(xué)的二級學(xué)科，中醫(yī)藥信息學(xué)不僅需要多維度立體展示中醫(yī)藥知識點中的復(fù)雜關(guān)系，對中醫(yī)藥研究起到信息支撐輔助的作用;更重要的是在研究復(fù)雜關(guān)系的關(guān)聯(lián)過程中，通過揭示有關(guān)規(guī)律，對中醫(yī)學(xué)乃至生命科學(xué)有所啟示和發(fā)展，這才是中醫(yī)藥信息學(xué)學(xué)科發(fā)展的目標(biāo)所在。

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