中医证候的系统生物学研究

2013-02-20吴小秋刘志龙

吉林中医药 2013年1期

关键词：组学高血压病生物学

吴小秋，刘志龙

(1.广东省中医院珠海医院，广州中医药大学，广东珠海 519000;2.珠海市第二人民医院，广东珠海 519000)

中医证候的系统生物学研究

吴小秋1，刘志龙2*

(1.广东省中医院珠海医院，广州中医药大学，广东珠海 519000;2.珠海市第二人民医院，广东珠海 519000)

系统生物学方法的运用为中医证候研究注入新的活力，有望揭示中医证候的本质及实现中医证候的客观化。系统生物学的研究内容主要包括功能基因组学、蛋白质组学和代谢组学的各个层面，是研究生命活动最有效和全面的方法，所以从系统生物学角度出发，探索疾病的中医证候不仅成为可能，而且也具有重要的现实意义。常见疾病如冠心病、急性脑卒中、高血压病等的中医证候系统生物学研究取得了一定的进展，为今后的研究提供了思路与方法指导。

中医证候；系统生物学；冠心病；脑卒中；高血压病；还原论；生命现象；生物本质

证候研究是近年来中医界研究的热点之一。从既往的还原分析方法到现在的系统生物学方法，均做了大量的临床工作，取得一定成绩。针对目前证候研究的热点，现从系统生物学角度对近年在该领域中的研究做以下总结。

1 中医证候的概念

在1986年“中医证候规范”研究第二次会议上提出了中医证候的概念：证候是疾病发生和演变过程中某阶段本质的反映，它以某些相关的脉症，不同程度地揭示病因、病机、病位、病性、病势等，为论治提供依据。[1]2004年结题的科技部基础性工作项目“中医药基本名词规范化研究”课题组给出的证的概念为：证是对疾病中一定阶段的病位、病性、病势及机体抗病能力的强弱等本质的概括。[2]虽然表述各异，所述内容基本一致，即证候反应疾病的本质。

2 系统生物学的概念

系统生物学是一门研究生物系统中所有组成单元(DNA、RNA、蛋白质、代谢物小分子等)的构成以及在特定条件下，如遗传的、环境的因素变化时，分析这些组分间相互作用和调控的学科。[3]和以往分子生物学研究单个基因或者蛋白质不同，系统生物学研究的是生物单元在所有水平上复杂的相互作用，重点考查这些生物单元整合一起的方式，即分散的生物单元如何形成了系统整体的功能和机制。在对生物系统有了整体把握的基础上，系统生物学可以比较全面地解析生命运动的全过程，利用系统的思维方式、复杂性科学的理论以及整体性研究的手段来揭示生命现象的一些基本原理和本质规律。[4-6]

系统生物学的主要特点有:1)整合：指系统内不同构成要素(基因、蛋白质、生物小分子等)的整合，从基因到细胞、到组织、到个体的各个层次的整合；2)信息:生命系统的信息流向是DNA→mRNA→蛋白质→蛋白质相互作用网络→细胞→组织/器官→个体,系统生物学的重要任务就是要尽可能地获得每个层次的信息并将它们进行整合；3)干涉：系统生物学一方面要了解系统的结构组成，另一方面要揭示系统的行为方式。也就是说，系统生物学研究的并非是一种静态的结构，而是要在人为控制的状态下，揭示出特定的生命系统在不同的条件下和不同的时间段具有什么样的动力学特征。[6-7]

3 中医证候与系统生物学的关系

中医证候是一个复杂生命现象的外在表现，这些生命现象包括生理、病理、生化、基因、蛋白、代谢等多方面。在既往研究中，侧重于运用还原论的思维方法研究中医证候，这与中医证候的本质不十分吻合。而系统生物学研究方法的引入，为中医证候本质研究开辟了新的思路。从中医证候与系统生物学的概念来看，两者有着共同之处，均是揭示生命现象的本质。只是,中医证候属于抽象概念[8]，但如何把这抽象的概念用现代医学所证实显得尤为重要；而系统生物学正是研究所有组成单元(DNA、RNA、蛋白质、代谢物小分子等)的构成及其相互作用的学科,这与中医学整体观念的特点不谋而合。[6,9-10]因此，利用系统生物学研究证候的生物学基础是可行的，系统生物学无疑给中医证候学客观化和现代化的要求提供了理论上的可能。[11]

4 常见疾病的中医证候系统生物学研究

针对数年前中医证候研究的瓶颈，近年来系统生物学概念的指出及在医学领域研究中的应用，为中医证候的研究找到了新的方法，也为中医客观化提供了新的思路。

系统生物学的研究内容主要包括功能基因组学、蛋白质组学和代谢组学的各个层面，是研究生命活动最有效和全面的方法，所以从系统生物学角度出发，探索疾病的中医证候不仅成为可能，也具有重要的现实意义。[12]

4.1 冠心病的系统生物学研究冠心病属中医胸痹、心痛范畴，主要证候类型有气虚痰瘀、血瘀等。在冠心病的中医证候研究中，运用系统生物学技术研究冠心病的各个证候取得了初步的成绩。如在冠心病心气虚证的研究中发现，RyR2基因表达变化情况可进一步揭示冠心病心气虚证的证候实质，RyR2功能失调可导致心功能下降。与中医学心主血脉，心气是推动血液运行的基本动力，心气亏虚导致心功能减退相吻合。[13]

在痰浊内阻及心气虚弱型冠心病患者的蛋白质组学研究中发现，载脂蛋白H、补体成分C3、血红素结合蛋白、载脂蛋白E等12种差异表达蛋白均在痰浊内阻证患者体内高表达，而在这12种差异表达蛋白中，载脂蛋白E、载脂蛋白H表达水平具有明显差异，且与脂代谢均有比较重要的关系，这为临床辨证痰浊内阻及心气虚弱型冠心病提供了微观依据[14]。在冠心病心气虚弱证/心肾阴虚证的血清蛋白质组学研究中发现的差异蛋白有凝血酶原、载脂蛋白A1、载脂蛋白E、载脂蛋白H、活化T细胞核因子5亚型b等，且这些差异蛋白与不同证候的形成有关，有望作为证候实质的标志性蛋白。[15]

在冠心病血瘀证的代谢组学研究中，采用磁共振和模式识别技术对磁共振氢谱进行分析。结果发现，血瘀证患者尿液中脯氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、组氨酸、马尿酸等物质的含量升高。柠檬酸、肌酸酐、牛磺酸等物质的含量下降，与健康人在代谢组学方面存在差异，表明尿液样品中柠檬酸、脯氨酸、异亮氨酸、牛磺酸等代谢物的改变构成了冠心病不稳定性心绞痛血瘀证患者的代谢组学特征。[16]而在冠心病辨证为痰阻心脉、气阴两虚、气虚血瘀及气滞血瘀4型的代谢组学研究中发现，通过运用代谢组学技术可能明显对以上证型进行辨别、区分，是辨证的客观化探讨。[17-18]

4.2 急性脑卒中的系统生物学研究急性脑卒中归属于缺血性中风范畴，主要由气血逆乱引起，常与风、火、痰、瘀、虚等相关。本病的系统生物学研究也对其常见证候类型作出了初步的探讨。如在对缺血性中风血瘀证的基因表达方面发现,AT1R基因1166AC、eNOS基因298AspAsp基因型是缺血性中风病血瘀证发生的危险因素，为缺血性中风血瘀证提供了微观辨证基础。[19]

在缺血性中风蛋白质组学的实验研究方面发现，脑缺血6h后和缺血24h后有不同的差异蛋白。脑缺血6h后，缺血模型和缺血对照之间有31个蛋白差异点，其中5个蛋白表达上调，26个蛋白表达下调，质谱鉴定出的6种蛋白质有14-3-3ζ转录本、B型肌酸激酶、异柠檬酸脱氢酶α亚基、蛋白酶体β亚基、丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酯酶2A催化亚基β转录本、α微管蛋白；脑缺血24h后,缺血模型和缺血对照之间有18个蛋白差异点，其中5个蛋白表达量上升，13个蛋白表达量下降，质谱鉴定出的6种蛋白有14-3-3ζ转录本、B型肌酸激酶、磷酸蛋白质磷酸酯酶1、ATP合成酶β链、α烯醇化酶和α微管蛋白；2个缺血时间点有3个差异表达蛋白为相同的蛋白质,即14-3-3ζ转录本、B型肌酸激酶和α微管蛋白。[20]

而在缺血性中风代谢组学的实验研究中发现，缺血性中风模型大鼠血浆中的丙酮酸、牛磺酸、羟脯氨酸的含量明显升高，而乳酸、甘油酸、氨基丙二酸、果糖、色氨酸和亮氨酸显著下降，提示血浆中这9种内源性物质为脑缺血的潜在生物标志物，且通过药物干预后这9种代谢产物可不同程度的改善。[21]

4.3 高血压病的系统生物学研究高血压病常与中医的眩晕病相对应，发病机制常与风、火、痰、虚、瘀相关。在高血压的基因组学研究中，唐靖一等[22]将高血压病患者辨证分型为肝火亢盛型、阴虚阳亢型、痰湿壅盛型、阴阳两虚型,分析不同中医证型与COX-2基因表达的相关性。结果发现，COX-765G/C基因在实验组与正常对照组的分布存在差异；COX-1195G/A基因多态性与高血压肝火亢盛证、阴虚阳亢证的发生有相关性,与虚证(阴虚阳亢+阴阳两虚)比较，实证(肝火亢盛+痰湿壅盛)GG、CG+CC基因型频率明显增高。提示COX-1195G/A基因变异可能是高血压肝火亢盛证、阴虚阳亢证发生过程的重要遗传因素，-765G/C位点GG、CG+CC基因频率可能与高血压病虚实辨证相关。而董吕武等[23]则发现，高血压患者ACE基因DD型在阴虚阳亢组与正常对照组之间显著差异,提示原发性高血压阴虚阳亢型可能与ACE基因DD型有关联。

在高血压病的蛋白质组学研究中发现，高血压病肝胆湿热证与对照组之间共检测出有显著差异的蛋白质峰182个,高血压病肝胆湿热证与高血压病非肝胆湿热组之间共检测出有显著差异的蛋白质峰132个,提示差异表达的蛋白质是高血压病肝胆湿热证的物质基础。[24]而其在对高血压病痰湿壅盛证患者血清蛋白质组学的研究中发现，高血压病痰湿壅盛证(痰湿壅盛)与对照组之间共检测出有显著差异的蛋白质峰102个,以质荷比为9334.958(表达增高)、9280.191(表达降低)、8030.794(表达增高)和2941.551(表达增高)4个蛋白峰组成的诊断模型能很好地将痰湿壅盛区分出来。提示筛选出的差异蛋白质是该证型患者血清蛋白标记物中区别于正常人和非此证型的高血压患者的共性特异蛋白，此研究为中医辨证提供了一种更加客观准确的辨证手段。[25]

在高血压病的代谢组学研究方面发现，高血压病肝阳上亢证患者的尿液代谢物与正常组比较，患者组机体相关代谢发生显著变化，主要代谢物包括氨基酸、游离脂肪酸、神经鞘氨醇等。此研究从微观领域寻找小分子代谢标记物，有利于深入发现中医证候的生物学本质[26]。

在临床其他疾病如糖尿病、阳痿、慢性肾炎患者中典型肾阳虚证病例的转录组学的特征研究中发现332条共同差异表达基因,且肾阳虚与免疫系统、氨基酸分解和合成、脂类代谢、生殖、能量代谢及肿瘤相关的基因有密切联系且促使其代谢功能降低[27]。另外，在慢性乙型病毒性肝炎中医虚证的蛋白质组学研究[28]、肾虚痰瘀型2型糖尿病患者血清代谢组学研究[29]等研究中均作了大量的工作。但是中医证候复杂，证候类型多样，且存在异病同证、同病异证，因此如何运用系统生物学研究各个疾病的各个证候类型以及不同疾病相同证候类型、或相同疾病不同证候类型的组学研究及对比分析显得任重道远。

5 小结

近年来，中医证候研究处于瓶颈期，且经过数年的研究尚未取得根本性的突破。而系统生物学方法的引入为中医证候研究注入新的活力。生物机体是一个整体化和网络化的复杂体系，在基因-蛋白-代谢终产物这样一个生物信息传递链中，机体需通过不断调整复杂的代谢网络来维持自身与外界的互动平衡。基因和蛋白质的变化告诉我们生命体可能会发生什么，而代谢物质和代谢表型所反映的是已经发生了什么，直接体现生物体系生理和生化功能状态。[11]而中医学正是研究整个生物体的外在反应。系统生物学方法的应用与中医学证候研究不谋而合。通过系统生物学对生物本质的探讨和理解，人们对生物的认识也经历了由现象到本质、由表及里的过程。[30]但是就目前研究现状提示，系统生物学在中医证候中的研究尚属起步阶段，尚未全面开展，且系统生物学研究对技术力量、方法、设备等均要求很高，限制了其全面应用。另外，因研究尚刚开始，病例数较少，且代谢产物多种多样，较难筛选到真正意义的代谢产物。而目前组学研究的结果真正应用于临床较少，尚在初始探讨中。

虽有目前研究中的问题，但系统生物学研究方法正广泛应用于中医证候研究，且系统生物学中代谢组学技术的应用更为受人关注。采用代谢组学相关技术与方法进行中医证候研究，有望在中医药领域取得突破性进展。[31]因此，在加强各技术力量、提供技术平台的同时，扩大临床研究的样本量及临床对比分析，必要时进行随机双盲对照实验，结合中医基础理论，充分运用系统生物学技术广泛深入地开展证候研究，对揭示中医证候本质具有十分重要的意义。

[1]邓中炎.关于证候概念的探讨[J].广西中医药,1992,15(5):35-37.

[2]中医药学名词审订委员会.中医药学名词[M].北京:科学出版社,2005:81.

[3]Egel-hoferM.后基因组科学对系统生物学的促进[J].DrugDiscoveryToday,2004,9(23):1000-1002.

[4]陈竺.系统生物学——21世纪医学和生物学发展的核心驱动力[J].上海:第53期东方科技论坛,2004.

[5]WestonAD,HoodL.Systemsbiology,proteomics,andthefutureofhealthcare:towardpredictive,preventative,andpersonalizedmedicine[J].JProteomeRes,2004(32):179-196.

[6]胡志峰,肖诚,何燕,等.系统生物学将会促进中医药学的发展[J].上海中医药杂志,2007,41(2):124.

[7]李晓红,梁媛,李晶晶,等.系统生物学与中医证本质研究[J].中国中医基础医学杂志,2011,17(2):211-212.

[8]邱鸿钟.中医证本质的现象学分析[J].中医研究,2010,23(7):1-3.

[9]刘浩,屈凌波,相秉仁.系统生物学与中医药现代化[J].长春中医药大学学报,2009,25(3):450-451.

[10]宋挺.系统生物学在中药研究中的应用[J].合肥师范学院学报,2011,29(6):86-88.

[11]谢世平,左刚.运用系统生物学研究中医证候的思考[J].世界中医药,2011,6(5):369-372.

[12]姚魁武,王阶.运用系统生物学促进中医证候学研究[J].辽宁中医杂志,2009,36(10):1684-1686.

[13]马月香,左广民.RyR2基因表达与冠心病心气虚证发病相关性的理论探讨[J].中医药信息,2012,29(2):4-5.

[14]崔佩佩,朱明丹,姜民,等.痰浊内阻及心气虚弱型冠心病患者的比较蛋白质组学研究[J].中医杂志,2011,52(增刊):75-77.

[15]袁宏伟,杜武勋,朱明丹,等.冠心病心气虚弱证/心肾阴虚证血清蛋白质组学特征研究[J].时珍国医国药,2012,23(4):1014-1016.

[16]王娟,李中峰,赵慧辉,等.冠心病不稳定心绞痛血瘀证患者尿液代谢组学特征的研究[J].北京中医药大学学报,2012,35(4):284-288.

[17]朱萱萱,王广基.冠心病中医辨证分型的代谢组学研究[J].中华中医药学刊,2009,27(6):1267-1269.