牧亚峰 向楠 曾明星 谭张奎 陈继东 左新河 赵勇

[摘要] 中醫药治疗甲状腺疾病具有独特的优势，尤其是在缩短起效时间、迅速缓解症状、增强西药疗效、减少西药毒副作用等方面，但目前研究缺乏创新及中医药特色。系统生物学是以整体性研究为特点的大科学，与中医学整体观念的特点不谋而合。本文通过阐述甲状腺疾病的基因组学、转录组学、蛋白质组学及代谢组学的中医药研究现状，从组学技术角度提出甲状腺疾病研究的设想和展望。系统生物学平台的组学技术可以互相整合并应用于中医药研究中，能够进一步拓宽甲状腺疾病的中医药研究思路。

[关键词] 系统生物学;中医药;甲状腺疾病;组学技术

[中图分类号] R2          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2020）05（c）-0041-04

Research and application of traditional Chinese medicine for thyroid diseases based on systems biology omics technology

MU Yafeng1   XIANG Nan2，3，4   ZENG Mingxing5   TAN Zhangkui1   CHEN Jidong2，3，4   ZUO Xinhe2，3，4   ZHAO Yong3，4

1.Clinical College of Traditional Chinese Medicine， Hubei University of Chinese Medicine， Hubei Province， Wuhan   430061， China; 2.the First Clinical College， Hubei University of Chinese Medicine， Hubei Province， Wuhan   430061， China; 3.Center for Diagnosis and Treatment of Thyroid Disease， Hubei Provincial Hospital of Traditional Chinese Medical， Hubei Province， Wuhan   430074， China; 4.Chen′s Academic Schools Studio of “Ying Disease”， Hubei Province， Wuhan   430061， China; 5.School of Basic Medicine， Hubei University of Chinese Medicine， Hubei Province， Wuhan   430065， China

[Abstract] Traditional Chinese medicine has unique advantages in treating thyroid diseases， especially in shortening the onset time， rapidly relieving symptoms， enhancing the efficacy of Western medicine， and reducing the toxic and side effects of Western medicine. However， the current research lacks innovation and characteristics of traditional Chinese medicine. Systems biology is a large science characterized by holistic research， which is similar to wholism concept of traditional Chinese medicine. This paper expounds the current situation of traditional Chinese medicine research on genomics， transcriptomics， proteomics and metabolomics of thyroid diseases， and puts forward the assumption and prospect of thyroid disease research from the perspective of omics technology. The omics technology based on the systems biology platform can be integrated with each other and applied to the research of traditional Chinese medicine， which can further broaden the research thought of traditional Chinese medicine for thyroid diseases.

[Key words] Systems biology; Traditional Chinese medicine; Thyroid diseases; Omics technology

系统生物学旨在从分子途径、调节网络、细胞、组织、器官和整个生物体水平上研究结构和功能不同的分子及其相互作用[1]。通过发现功能如何在动态相互作用中产生，系统生物学解决了分子和生理学之间缺失的联系[2]。目前包括基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学、表型组学、微生物组学等组学技术被广泛用于系统生物学研究，高通量组学构成了系统生物学的组学技术平台。中医学以整体观念和辨证论治为基本特点，认为人体是一个有机的整体，构成人体的各组成部分在结构上不可分割，在功能上相互协调、互为补充，在病理上相互影响。中医理论的整体观是多维度、多层次的，并具有丰富的内涵。系统生物学整体观与中医药理论整体观在研究医学问题上都具有关注人体综合性生命功能的整体视角[3]，它们都是从动态变化中分析及认识客观规律，具有相似之处。因此，系统生物学有望成为研究中医理论的一种有效、科学的方法。

甲状腺疾病是最常见的内分泌疾病之一，占人群的20%～50%，主要包括甲状腺功能异常（甲状腺功能亢进症、甲状腺功能减退症）、甲状腺肿瘤（甲状腺结节、甲状腺癌）和甲状腺炎症（自身免疫性甲状腺炎、亚急性甲状腺炎）等[4]。据中国健康教育中心公布的最新数据，我国有超过2亿甲状腺疾病患者[5]。中医药治疗本病有一定优势，其作用温和而持久，具有综合治疗作用[6]。目前，甲状腺疾病中医药研究缺乏系统深入及中医药特色与创新，需要一些新方法、新技术来满足临床治疗与实验研究。在中医理论指导下，运用系统生物学研究甲状腺疾病，可以拓宽研究思路。本文试从组学技术方面探讨甲状腺疾病中医药研究现状。

1 基因组学与甲状腺疾病

基因组学（genomics）是对生物体整个基因组进行研究的科学，结构基因组学行使全基因组测序，而功能基因组学旨在确定所有基因的功能[7]。近年来，关于自身免疫性甲状腺疾病（autoimmune thyroid disease，AITD）的基因易感性研究取得较大进展。国内外学者运用基因检测方法分析并发现PTPN22、NLRP1、MBL2、CTLA-4、HLA、CYP27B1、STAT4等基因与AITD的发病密切相关[8]。其中，HLA基因是目前已知最为复杂的，又是第一个被发现与AITD发病相关的基因，如携带HLA-DR3等位基因的人群发生AITD的概率较普通人群增加3～4倍。目前研究多集中在基因与AITD相关性上，而对于基因功能在AITD发病机制中的研究较少。

随着全基因组关联分析研究的广泛开展，已經发现多个基因参与Graves病（Graves′disease，GD）的发生。杜娟等[9]总结出HLA相关基因、T细胞相关基因、B细胞相关基因、甲状腺激素相关基因、细胞凋亡相关基因参与了GD的发生。陈继东[10]为探讨已知GD易感基因与中医证候的关系，运用基质辅助激光解析飞行时间质谱技术对GD患者进行单核苷酸多态性检测，发现TNF基因的GG基因型和TSHR基因的CC基因型与中医肝郁火旺证有关，CTLA4基因的GG基因型和G等位基因与气阴两虚证存在关联。

现代医学运用基因组学技术预防、治疗疾病的理念与中医“治未病”“因人制宜”思想高度相似，同时也是个体化治疗乃至“精准医疗”的体现[11]。在不久的将来，我们可以研究甲状腺疾病相关基因型与临床表型、中医证型、中医治法、预后间的关联性，为制订中医个性化诊疗方案提供参考。其次，由于中医药在整体水平上调节功能基因具有明显优势[12]，这就为基于整体观、个体化治疗所制订的中药复方多靶点、多层次、多方面调节基因群带来可能。

2 转录组学与甲状腺疾病

转录组学（transcriptomics）是一门在整体水平上研究某一阶段特定组织或细胞中全部转录本的种类、结构和功能，以及转录调控规律的科学[13]。近来转录组学技术发展迅猛，相继有基因芯片技术、RNA测序技术、单分子测序技术问世，大大缩短了测序时间及成本。在对基因组进行测序后，转录组分析能够使我们在转录水平上了解基因表达所提供的关于基因结构、基因表达调控、基因产物功能以及基因组动态的信息。同时，转录组分析将进一步揭示生物过程的调控网络，并最终为疾病诊疗提供指导。

甲状腺疾病转录组学相关研究主要集中于甲状腺肿瘤的miRNA和LncRNA上。如Swierniak等[14]运用下一代深层测序技术分析三组各14例甲状腺乳头状癌组织、非癌甲状腺组织及正常人甲状腺组织的miRNA长度异质性和表达谱，发现甲状腺乳头状癌组织中有89个miRNA显著失调。刘玲等[15]应用微阵列芯片技术检测甲状腺乳头状癌手术切除的癌组织及癌旁组织中的LncRNA表达谱，并从中随机选取5条差异表达的LncRNA，应用Real-Time PCR技术验证表达谱芯片结果;基因芯片结果显示LncRNA在两种组织中的表达具有明显差异性，429个基因表达上调，1449个基因表达下调。随着转录组研究的普及和深入，miRNA、LncRNA或许可以成为甲状腺疾病诊断性或预后评估的生物学标志物，甚至是治疗靶点。目前，中医证候的转录组学研究主要集中在转录组差异表达和转录组调控网络两个方面[16]。证候研究是中医药基础研究及临床研究的重要部分，转录组作为联系基因组与蛋白组的枢纽，可以与其他组学技术协同解释甲状腺疾病证候的发生机制。

3 蛋白质组学与甲状腺疾病

蛋白质组学（proteomics）是以蛋白质组为研究对象，利用2D凝胶电泳、图像分析、质谱、氨基酸测序和生物信息学等技术，通过大规模研究蛋白质表达水平、修饰状况和相互作用等特性，从蛋白质水平上获得疾病过程、细胞过程和网络的全视图[17]。由于大多数药物靶标是蛋白质，蛋白质组学也为我们提供了识别疾病差异蛋白标记的可能性，以此帮助早期诊断或预后，并在新药分子靶点设计上具有重要价值[18]。

卢兆莲[19]在回顾性分析的基础上，通过基质辅助激光解析电离飞行时间质谱技术检测甲状腺乳头状癌、良性肿瘤和正常健康人血清中多肽，建立甲状腺乳头状癌的诊断预测模型，随后对差异血清蛋白进行分离、鉴定及功能预测分析。王艳等[20]以有效组分配伍的高、中、低剂量四逆汤分别给甲状腺功能减退症大鼠治疗，采用双向凝胶电泳技术测定血清蛋白质组学差异;结果显示与空白组比较，模型组有34个蛋白表达上调、67个蛋白表达下降，高剂量组可将上调蛋白中的14个蛋白表达下调2倍以上，下调蛋白中的7个蛋白表达上调2倍以上。

蛋白质组学研究主要集中在中药方剂作用机理、中医证候生物学基础、中药药理组分及中医理论的现代化阐释等方面[21-22]。甲状腺疾病研究可在证候生物学基础、中药方剂作用机制方面有所突破。其一，蛋白质组学整体性、复杂性、动态性、阶段性、稳定性的特点与中医证候的整体观、恒动观、辨证论治思维模式不谋而合，因此在揭示疾病证候本质方面具有巨大优势[22]。如在临床症状明显、证候分型较多且不统一的甲状腺疾病中，运用蛋白质组学技术检测不同证候的蛋白质组表达差异及功能，结合生物信息学、统计学分析，能够建立疾病-证型相关蛋白质表达图谱及数据库。其二，甲状腺疾病有疗效的经方、经验方，采用蛋白质组学技术对方剂中的中药组分及组分复合物进行研究，从明确的差异蛋白靶标中筛选出有效的中药组分，这将为甲状腺疾病的中医药治疗带来巨大突破。

4 代谢组学与甲状腺疾病

代谢组学（metabolomics）是一种能够定量检测生命系统受病理生理刺激或遗传修饰后动态代谢反应变化的组学技术，是关于生物体内源性代谢物质的整体及其变化规律的科学[23]。它可以在包括细胞器、细胞、组织、器官、生物流体或生物体的所有水平上起作用。代谢组学运用核磁共振、色谱、质谱等技术检测生物样品中代谢组分的种类、含量及其变化，获得代谢谱，并利用多变量数据分析方法对多维复雜数据进行信息挖掘，找到目的代谢物相关的代谢途径和变化规律，最终阐释机体对相应刺激的反应机制。

甲状腺是体内极重要的内分泌代谢器官，在人体能量及物质代谢方面起重要作用。甲状腺激素影响着体内糖、脂质、蛋白质、骨矿物质、碘、维生素等物质的代谢，当其代谢紊乱可影响甲状腺疾病的发生、进展及转归。Tian等[24]采用核磁共振氢谱联合模式识别技术分析来自甲状腺病变患者及其相邻健康甲状腺组织的甲状腺组织及其提取物的代谢组分，证明病变组织与健康组织可区分，并基于代谢特征也可将恶性肿瘤与良性肿瘤区分;此外，还发现了甲状腺病变伴随着能量代谢改变、蛋白质周转促进、核苷酸生物合成等多种代谢途径的紊乱。阿布都沙拉木·阿布力等[25]运用核磁共振氢谱技术检测健康者和甲状腺乳头状癌患者血浆样品，发现根据代谢产物的差异可分辨两组血浆中的差异性代谢物，为本病的诊断提供可靠的代谢依据。以上研究提示代谢组学可用于恶性甲状腺结节的术前诊断。贾雨婷等[26]运用质谱仪结合模式识别技术分析甲状腺切除诱导甲状腺功能减退症模型假手术组、模型组及四逆汤组治疗后的血清代谢物差异，鉴定出涉及三羧酸循环、苯丙氨酸代谢、鞘脂代谢和磷脂代谢的9种生物标志物，并有数据证明四逆汤对甲状腺功能减退症有改善治疗作用。

代谢组学的中医药研究涉及到中医理论、证候本质、辨证论治、疾病疗效、中药活性成分、中药安全性及质量控制等诸多方面[27]。通过检测甲状腺疾病不同证候类型的血液、尿液、唾液等代谢产物，找到区分不同证型的差异代谢产物，为病证诊断提供参考依据。还可从整体观角度探讨代谢调控水平上的整体药效，为评估甲状腺疾病中药复方疗效、明确中药复方有效组分提供新的研究方向。

5 系统生物学与甲状腺疾病

系统生物学的任务是从生物系统的不同层面全面收集信息，并将所收集到的数据整合成预测模型，对生命活动进行模拟，最终找到生命活动的规律。其工作方式是基于多个层级组织上而运行的，能够处理复杂网络及网络中存在的关键节点。它从整体观出发，运用系统论研究生物系统。而中医药理论也是一个复杂的巨系统，其最具特色的就是“整体观”“动态观”“辨证观”，与系统生物学有诸多相似之处。

中医药治疗甲状腺疾病具有一定优势，体现在能缩短起效时间、迅速缓解症状、增强西药疗效、减少西药毒副作用等方面。近些年有关甲状腺疾病的研究不少，但存在着辨证分型不统一、研究方法单一、疗效评价方法简单等问题。这就迫切需要我们从多层次、多角度研究甲状腺疾病，深入阐释中医药防治甲状腺疾病的作用机制，开发出疗效稳定的中药复方，甚至是突破性的中药单体。由于系统生物学与中医药理论的特点类似，系统生物学组学技术能够很好地应用于中医药研究，影响药物的发现并改善药物开发的决策[28]，为探索中医证候、中草药的复杂性提供良好的途径，满足中医药在甲状腺疾病上多维度的系统研究。

6 小结与展望

甲状腺疾病作为一类复杂性疾病，单一的研究方法并不能很好地阐明中医药多层次、多靶点、多角度的防治疾病的机制。基于系统生物学平台的基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学等技术可以互相整合而用于甲状腺疾病的研究中，特别是在揭示疾病中医证候的生物学本质、中药复方或单体的作用机制、疗效评价等方面具有一定优势。或许在将来，这种“自上而下”式的系统生物学研究方法能够为甲状腺疾病，乃至其他疾病带来中医药理论研究的创新性突破。

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（收稿日期：2019-11-07  本文编辑：顾家毓）