信息技術能否破譯中醫藥密碼領域交叉向疾病宣戰

　　嘉 賓：李 梢(清華大學自動化系、醫學院教授，清華信息科技國家實驗室生物信息學部副主任)

　　趙 靜(解放軍后勤工程學院教授)

　　大數據是個被炒爛的概念，但是它確實是個好東西。在信息技術的推動下，對海量數據的處理猶如一把神秘的鑰匙，解開了一個個未知謎團。對于中醫來說，它的作用機理和確切療效一直不甚明朗，這成為它走向世界的一大阻礙。現在，一些科學家致力于利用信息技術，構建適合中醫的網絡和方法，明確其作用機理和確切療效。最近由中國科協主辦、中國藥學會和《中國天然藥物》編委會承辦的中國科協第86期新觀點新學說學術沙龍在南京召開。沙龍主題為“網絡藥理學，中藥現代化的新思路新方法”，旨在突破中醫藥學之間的壁壘，將中醫藥系統研究模式方法應用于復雜的藥物系統與人體之間作用，研究建立將中醫藥理論體系與現代科學體系交叉融合的新方法與新思路。

　　在這里，信息技術是個關鍵，它不但是一種計算方法，更是一種研究思路的顛覆。是啊，醫療醫藥行業需要信息技術，正如谷歌已經向疾病宣戰，布局基因及健康領域一樣，我們還要再等嗎?

　　中藥是一個復雜機制 需要更全面的靶點系統

　　科技日報：計算機和信息技術的發展對研究醫藥科學有怎樣的促進?對于中醫來說，藥理和藥效方面并沒有西醫那么直接，比如什么樣的化學物質作用于哪些病灶。那么信息技術對于中醫來說，是否能夠更好地確定藥效等原來并不明確的問題?

　　李梢：中醫是一個整體，但是它的細節不清楚，所以用還原性的研究方式，和中醫整體特色是脫節的，而且試錯的方法耗費非常大。現在中醫藥的科學證據也不是很清楚，但是中醫藥必須以中醫理論指導為特色。在整體的中醫和局部的西醫之間難道就沒有結合點了嗎?這是科學界和我們一直在探索的問題，實際上就是在這種背景下出來了網絡的概念。

　　網絡藥理學產生的背景，一個是西醫西藥研究的單靶標、單藥物模式。另一個是現在雖然組學技術迅速發展，醫學技術迅速增長，但是現在藥物研發費用越來越高。

　　趙靜：中藥它有悠久的歷史，而且已經證實了對一些復雜的慢性疾病是有作用的，但是就像大家說的它是一個黑箱，到底它的作用機理還是不清楚。

　　我們回過頭來看一下西藥。大家都知道西藥是一個單靶點的藥，西藥治療疾病通過什么方式呢?因為和疾病相關的蛋白在疾病中上調，過分活躍，西藥進入到蛋白相應的機制里面去抑制它，使得這個疾病得到抑制。但是從中藥的觀點來看，重要的作用就是一個很復雜的機制了。首先一個中藥的復方里面有很多的植物、動物、礦物，是由很多種組分組成的。每個組分里面都有很多的小分子，這些小分子進入到人體以后，會進到不同的蛋白結構里面去，這樣它發揮作用就具有主要的治療作用。但是它可能含有毒性，還有副作用，還有次要的副作用。因此它是一個全面的、整體性的、相互配合的一個多成分多靶點的多維的藥理學系統。

　　構建疾病的中藥網絡 關注整體療效

　　科技日報：我們知道在不同的學科和應用中，網絡有著不同的概念，并且發揮著不同的作用，能否具體解釋一下在醫藥或中醫領域，有哪些元素是有用的信息，如何構成網絡并分析藥效?

　　李梢：網絡是由生物分子、基因蛋白、代謝等形成一個網絡，所以是一個復雜的構建基礎。同時網絡又是一個復雜的分析技術，我們知道這個網絡實際上有一些計算方面的技術，因為現在講的復雜系統，無論是化學系統，還是生物系統，都是一個概念。而怎么把這個概念形式化，成為一個具體的可操作可運算、可以采用數學、信息等等工具做的事情，就是一個網絡。包括現在各種各樣的網絡、互聯網等等。

　　在這個背景下興起的網絡藥理學，它主要是體現兩個轉變，一個是從單一的來研究問題，無論是疾病還是藥物干預，單一研究它，到系統地來探索疾病、控制疾病的轉變。第二是從一個還原性的研究向系統性研究，從一個描述性系統向預測性研究的轉變。網絡藥理學的思維方式與中醫整體治療的特色不謀而合，所以它為中醫藥的創新發展也提供了一定的條件。

　　趙靜：想要了解中藥的作用機制，我們提出了一個基于網絡的中藥藥理學的研究路線。首先，我們有一個知道它對某種疾病確實有療效的一個中藥方劑，這個方劑在分子上的機制到底是怎么樣的?我們從兩條線來分析。第一是去了解中藥的一些主要的活性成分，可以通過查詢一些中藥的文獻、數據庫。第二是我們要去研究這個疾病，中藥對這個疾病有效，我們就要去構建這個疾病的相應的網絡。通過什么方式構建網絡呢?比如查詢一些數據庫，或者是西藥藥靶的數據庫，去找到和疾病相關的蛋白，然后我們構建疾病的網絡。

　　這兩條路線合起來，我們就會找到這個中藥的這些活性的化合物作用在這個疾病的哪些靶點上，就可以把蛋白在網絡的作用機理下進行研究。我們第一步是認識中藥復方的活性，第二步是靶點網絡，第三步是活性的調節，第四是在這些基礎下研究作用機理。

　　構建預測模型 大數據時代需要研究方式創新

　　科技日報：網絡的概念在中醫的研究中怎么應用?與西醫相比是否更加復雜?

　　李梢：網絡藥理學在中醫藥中怎么應用呢?我舉兩個簡單的例子，一個是中醫辨證論治，它的生物基礎、生物標志是什么?它具有現代藥理的活性成分和作用原理是什么?如何真正的體現中藥的特色?當然還有一些關鍵的問題。這些數據需要很大的一個網絡，還需要檢驗的算法的準確性，來證明你這個網是準確的。

　　我們通過一系列探索，表明網絡藥理學是分子水平和系統層次研究中醫藥的一種新途徑，把整體為特點的中醫藥和以系統為導向的當今醫藥研究有

　　效地銜接起來，從經驗層面走向機制層面。

　　趙靜：事實上，我們現在也建立了很多中藥的數據庫，從這些數據庫里面，我們可以查到藥物組分的主要活性成分。這幾年國內的科學家也通過各種實驗技術得到了復方里面起作用的主要成分，并且都是得到確認的。這是我們的第一步。

　　第二步我們就要找到這個中藥所醫治的疾病的候選靶點。我們都知道復雜疾病并不是一個基因或者一個蛋白發生異常，而是一群。這些基因或者蛋白，它們之間往往都存在復雜的相互作用，從而構成一個和這個疾病相關的網絡。

　　我們這個研究思路的第三步，就是找到的這些活性成分的化合物，我們要去識別它，它到底作用在哪些和疾病相關的靶點上呢?可以從實驗的層面上做蛋白組學的實驗，或者基因芯片的實驗。在信息的層面上我們可以做相似性的比對，比如說這個化合物我們不知道它的靶點是什么，但是我們可以對它進行結構比對，在這個數據庫里面找到和它結構非常相似的化合物。

　　科技日報：在海量的數據中，如何獲取有用的信息?這對于中醫研究來說，是否對數據分析提出了更高的要求?

　　李梢：我們已經進入大數據時代。舉個例子，今年諾貝爾獎獲得者有兩個就是做計算的，這說明研究復雜的數據一定是研究思路的轉變。現在科學研究的方法，除了理論方法、實驗方法之外，還有就是計算方法。我們感覺計算方法并不僅僅是產生數據以后一點點分析數據。更主要的是從大數據的背景下，怎么從這一大堆里面，有真的有假的，找到真正有用的東西。

　　不同的檢測方法，不同的測試方法，出來的結果可能都不一樣，但實際上它們都是一個復雜的生物系統。由于現在觀測手段的限制，就需要通過計算去建立模型。這對信息科學也是一個挑戰，你必須有新的點子，出新的計算的方法，把“大象”模型給拼起來。就好像我們只有一點信息，通過計算拼起一個大象以后，首先能夠解釋以往的數據，同時如何驗證拼出來的到底是一個貓還是大象?這就需要有驗證的手段，沒有驗證是不行的。怎么驗證呢?第一是算法的問題，有一系列的衡量標準。第二個是用實驗方法去驗證，現在本身的實驗方法也是具有挑戰性的。所以這不僅僅是某個實驗室來進行數據分析，重要的是在大數據時代研究思維的轉變和研究方式的創新。

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