系統(tǒng)醫(yī)學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)的區(qū)別

周東浩

編者按

科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和醫(yī)學(xué)思維模式的創(chuàng)新，促使人們對疾病的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律有了更加深入的認(rèn)識。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)是一種新的醫(yī)學(xué)思維模式，它將無數(shù)看似紛繁復(fù)雜的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)、資源和信息加以整合，并予以充分拓展和合理應(yīng)用。近年來，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)得到了迅猛的發(fā)展，如美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）制定了通向醫(yī)學(xué)生物學(xué)未來的NIH研究路線圖（NIH roadmap），強(qiáng)調(diào)未來的主要目標(biāo)是進(jìn)行復(fù)雜生命系統(tǒng)的“大科學(xué)”系統(tǒng)研究。本報在此刊登周東浩的文章，以讓讀者進(jìn)一步了解系統(tǒng)醫(yī)學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)。

隨著還原論的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)從器官、細(xì)胞、基因乃至分子一步步解析研究的深入，20世紀(jì)的生物學(xué)也經(jīng)歷了從宏觀到微觀的不斷發(fā)展過程。然而人們在為醫(yī)學(xué)科技飛速發(fā)展取得的成就不斷感到歡欣鼓舞的同時，面對海量的研究數(shù)據(jù)以及現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的實際困境，迷惑和疑問也與日俱增——人們曾經(jīng)寄予厚望的基因研究并沒有能夠真正解開疾病的奧秘，分析和還原的研究思路正在受到越來越多的質(zhì)疑。此時，系統(tǒng)生物學(xué)作為對現(xiàn)代還原的一個“反動”誕生了，很快受到了各國科學(xué)家的重視，成為目前西醫(yī)的一個前沿學(xué)科。

本文通過討論系統(tǒng)生物學(xué)和筆者所倡導(dǎo)的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)的區(qū)別，以求對系統(tǒng)醫(yī)學(xué)的概念和方法、內(nèi)容能有更加確切了解。

“從下到上”的系統(tǒng)生物學(xué)和“從上到下”的系統(tǒng)醫(yī)學(xué)

系統(tǒng)醫(yī)學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)雖然都是以系統(tǒng)命名的，都以系統(tǒng)論的原則方法為指導(dǎo)，但兩者卻也存在著明顯的區(qū)別，根據(jù)系統(tǒng)生物學(xué)創(chuàng)始人胡德的定義，系統(tǒng)生物學(xué)是研究一個生物系統(tǒng)中所有組成成分（基因、mRNA、蛋白質(zhì)等）的構(gòu)成，以及在特定條件下這些組分間的相互關(guān)系的學(xué)科。也就是說，系統(tǒng)生物學(xué)不同于以往的還原生物學(xué)——僅關(guān)心個別的基因和蛋白質(zhì)，它更加關(guān)注的是基因和基因之間、基因和蛋白質(zhì)之間以及蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)之間等要素之間的相互關(guān)系，試圖從相互關(guān)系著手，通過計算機(jī)仿真，建立起從分子到細(xì)胞、器官，進(jìn)而到生物體水平的堅實知識結(jié)構(gòu)，從而理解生物系統(tǒng)的整體性質(zhì)，也就是說，系統(tǒng)生物學(xué)與以前還原醫(yī)學(xué)過分重視要素的實體中心論不同，它更重視關(guān)系，強(qiáng)調(diào)研究要素和要素之間的關(guān)系——系統(tǒng)的聯(lián)系性原理是它建構(gòu)的哲學(xué)基礎(chǔ)，但它走的是從部分到整體、從下向上的認(rèn)識道路。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)與此恰巧相反，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)把注意的中心放在系統(tǒng)的整體水平，以“人的健康和疾病”作為全部思考的立足點和觀察的著眼點，注意研究系統(tǒng)存在于整體水平而不是組成這個系統(tǒng)的諸要素水平的屬性、功能、行為及其變化規(guī)律，從“系統(tǒng)”這個層次出發(fā)，向下考察整體變化時部分是如何變化的，分析要素（器官、細(xì)胞、分子等）是否正常，要素之間、要素和整體之間的關(guān)系是否正常，向上考察系統(tǒng)和環(huán)境的關(guān)系是否正常，全面衡量和評價這些因素在影響系統(tǒng)整體變化中所起的作用和地位，從中找出系統(tǒng)整體變化的原因和影響因素，并判斷這些原因和影響因素哪些是可以改變的，哪些是不能改變的或者難以改變的，哪些是主要的、根本性的，哪些是次要的、輔助性的，從而選擇合適的治療方案。從系統(tǒng)和要素的關(guān)系上來說，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)是走的從上向下、從整體來認(rèn)識部分的研究道路。（注：所謂的系統(tǒng)整體依所研究的系統(tǒng)不同而有不同的含義，并不都是指的人的整體水平上，但從大多數(shù)意義上說，還是指的“人”這個系統(tǒng)的整體）。

系統(tǒng)生物學(xué)研究各個要素怎么通過相互作用體現(xiàn)整體性，這要求我們對每一種相互作用都有比較深切的了解，差之毫厘，就可能謬以千里。雖然系統(tǒng)生物學(xué)企圖通過理論建模來彌補這一點，但依然存在著難以克服的深刻困難，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)則聰明地避開了這一點，直接研究系統(tǒng)的整體層次有什么樣的變化規(guī)律，從整體出發(fā)去探討各個部分的變化。這并不要求研究者對每一種相互作用都掌握，只需要注意把握對整體變化最有意義的那一部分，事實上大部分相互作用反而是可以忽略的，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)明智地把相互作用研究的重點放在了系統(tǒng)的整體變化及其調(diào)控上，省略了相互作用的細(xì)節(jié)，這就大大簡化了研究過程，也降低了研究難度。

研究方法的不同

系統(tǒng)生物學(xué)由于采取了從下向上的研究道路，即使在所要研究的系統(tǒng)各部分聯(lián)系已經(jīng)基本清楚的情況下，海量數(shù)據(jù)的處理也是個難題。對此，系統(tǒng)生物學(xué)采取了理論假設(shè)和計算機(jī)仿真的方法，但由于生物系統(tǒng)的極端復(fù)雜性，這種方法實行起來存在著極大的困難，對研究條件要求也相當(dāng)高。據(jù)預(yù)測，系統(tǒng)生物學(xué)研究對計算機(jī)的要求高達(dá)1000萬億次浮點運算速度。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)的方法不是這樣，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究的方法主要是系統(tǒng)辨識，實踐驗證，講究動態(tài)分析，穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)，整體最佳。所謂系統(tǒng)辨識，就是對所研究的系統(tǒng)進(jìn)行全面和動態(tài)的觀察和分析，并根據(jù)已有的醫(yī)學(xué)知識進(jìn)行推理，從而對系統(tǒng)的狀態(tài)和發(fā)展形成假設(shè)和判斷的過程。這些判斷如果經(jīng)得起反復(fù)實踐（其中包括實驗）的驗證，就上升為理論，理論再進(jìn)一步指導(dǎo)實踐。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)的知識就這樣滾雪球似地逐步積累起來，所以說系統(tǒng)醫(yī)學(xué)是和臨床實踐緊密聯(lián)系的一門學(xué)科，相對系統(tǒng)生物學(xué)和還原醫(yī)學(xué)對研究條件的高要求而言，它對研究基本條件的要求很低，研究者可以根據(jù)自己的研究條件來確定研究的內(nèi)容，沒有太多條件的可以研究人體系統(tǒng)的整體層次變化的規(guī)律，有很好設(shè)備的可以研究細(xì)胞或者分子層次系統(tǒng)變化的規(guī)律。但研究要具有系統(tǒng)論的頭腦，研究所揭示的應(yīng)該是紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象背后切實存在的聯(lián)系，這樣的研究才有價值。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)仔細(xì)而縝密的臨床觀察，全面而認(rèn)真的資料收集，系統(tǒng)論指導(dǎo)下的合理推理，大膽假設(shè)，小心求證，并不是說這種觀察就只局限于整體水平上，而是包括可能與系統(tǒng)變化有關(guān)的各個層次的有價值的東西。例如血常規(guī)的變化也應(yīng)該是觀察的一部分，只是它所反映的是血中細(xì)胞的變化而已。

系統(tǒng)醫(yī)學(xué)雖然更重視系統(tǒng)觀察，但也注意實驗研究方法的合理應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)論指導(dǎo)下進(jìn)行實驗設(shè)計。因為符合事實的好的實驗設(shè)計能使我們少走不少彎路，但反對過分的和不切實際的實驗研究，尤其是要對現(xiàn)在還原醫(yī)學(xué)的動物實驗抱一種謹(jǐn)慎的態(tài)度。從系統(tǒng)論的原理上講，人和動物有本質(zhì)的差別，動物實驗的結(jié)果不能等同于人本身這個系統(tǒng)的情形，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)認(rèn)為：系統(tǒng)辨識遠(yuǎn)比動物實驗要重要得多，動物實驗只是在某些情況下是有益的，并且對動物實驗的結(jié)果也應(yīng)該審慎地對待并進(jìn)行更進(jìn)一步的鑒別、評價，以判斷是否和人這個系統(tǒng)的真正情形相符。

研究層次的不同

系統(tǒng)生物學(xué)雖然號稱要通過研究相互作用闡明分子、細(xì)胞、器官乃至整體各層次的性質(zhì)，但由于研究方法的限制，目前系統(tǒng)生物學(xué)只能選擇一些比較簡單的系統(tǒng)研究，研究層次比較集中在基因、蛋白質(zhì)這些比較低的層次。即使僅僅在這一層次，它也遭遇了巨大的難以克服的困難，人系統(tǒng)整體性能的闡明對它來說還是遙不可及的未來。系統(tǒng)醫(yī)學(xué)直接研究人的整體層次的變化，研究人整體層次和其他諸層次變化的關(guān)系，同時由于是以醫(yī)學(xué)為目的，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)又著重探討人的疾病和健康的變化規(guī)律，研究祛除疾病和維護(hù)健康的方法，更側(cè)重于醫(yī)學(xué)這一方面的內(nèi)容，這和系統(tǒng)生物學(xué)也不大相同。在系統(tǒng)整體層次系統(tǒng)辨識具有更高的價值，但在微觀領(lǐng)域，在系統(tǒng)辨識受到很大限制的地方，系統(tǒng)生物學(xué)的方法可能更加可行。

理論來源的不同

從理論來源來說，系統(tǒng)生物學(xué)更多的繼承了分子生物學(xué)和基因研究的成果，功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等可以說是它的前身。同時系統(tǒng)生物學(xué)還借鑒了計算機(jī)科學(xué)和系統(tǒng)論研究的一些知識，從而確立了從部分的相互關(guān)系探討整體性質(zhì)的方向，研究的重點從分析走向了整合，從實體走向了關(guān)系。從方法論上說，系統(tǒng)是對還原的一個反動，但從理論淵源上說，系統(tǒng)生物學(xué)則是現(xiàn)代西方還原醫(yī)學(xué)的一個必然的發(fā)展。

系統(tǒng)醫(yī)學(xué)則不同，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)雖然也注意吸收現(xiàn)代西醫(yī)的一些合理的營養(yǎng)，但它更多是接受了中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的哺育，它是對中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿P棄后取得的，它的理論體系、研究方法等等將更多地打上中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的烙?。?/p>

總之，無論是從研究方向、研究方法、研究層次還是理論淵源上，系統(tǒng)生物學(xué)和系統(tǒng)醫(yī)學(xué)都有著巨大的不同，兩者理論和實踐的裂痕是明白可見的，未來兩者應(yīng)該會走向融合，但目前不會。從研究的可行性上說，系統(tǒng)醫(yī)學(xué)的成功要比系統(tǒng)生物學(xué)容易得多，系統(tǒng)生物學(xué)希望從部分的相互關(guān)系入手涌現(xiàn)整體性質(zhì)的研究思路，在筆者看來存在巨大的方法陷阱，也許會在一定的范圍內(nèi)取得成功，在更高的層次上卻會陷入不可解決的矛盾。

有專家斷言：未來的21世紀(jì)，將是“系統(tǒng)”的世紀(jì)！同樣，21世紀(jì)的生命科學(xué)也將迎來系統(tǒng)的春天，系統(tǒng)生物學(xué)作為西醫(yī)的一枝后起之秀，雖然它的問世只有短短幾年時間，但它已經(jīng)在世界各地發(fā)了芽，正在受到越來越多的人的重視。相對來說系統(tǒng)醫(yī)學(xué)更是新的，它只是一顆剛剛栽上的種子，但同時它又是最古老的，幾千年傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的積淀為它的發(fā)展奠定了豐厚的基礎(chǔ)。它的傳播和接受會有一個過程，這中間會有曲折和爭鳴，甚至?xí)械雇耍斑M(jìn)的突破力量是任誰也無法阻止的，它終將會成為醫(yī)學(xué)未來的主流，它的誕生和發(fā)展的過程就是中醫(yī)鳳凰涅■的過程，中醫(yī)將在此過程中獲得新生，并最終迎來瑰麗的中西醫(yī)學(xué)統(tǒng)一的明天！