现代科技的发展带来新的挑战和机遇,中医药学亟待从融合中寻求发展之路,用现代科技方法解读中医药治病的原理,推进科技创新,实现中医药事业高质量发展。
清华大学自动化系教授李梢主要从事生物信息学与中医药现代化研究,开辟了中医药网络药理学新方向,在促进胃癌极早期防治等方面取得了创造性成果,助推中医药科学化和现代化发展。2022年10月1日,李梢当选英国皇家生物学会会士,英国皇家生物学会是全球具有重大影响力的生物学组织之一,表明了对李梢相关研究的认可。
中医药守正创新需要探路者
李梢出生于传承16代的中医世家,父亲是首届国医大师李济仁。李梢接受过传统的中医教育,也接受过现代的中医教育。父亲李济仁和博士生导师王永炎都鼓励他对中医要知其然,也要知其所以然。在他的学医过程中,经常有人问他:中医治病的原理究竟是什么?这个问题一直萦绕在他脑海。
中医具有整体观念,几千年来都是通过望闻问切、中药方剂等手段来诊治疾病,而快速发展的现代医学生命科学讲究从局部去深入研究。从现代科学角度来看,中医诊疗过程在人体内好似一个“黑箱”,无法从内部观察其蕴含的机理,只能通过外部的表现进行观测。
要回答中医治病的道理,显然还需要寻找新的探索路径。在李梢看来,探索并不容易,但总得有人去尝试,中医药创新发展与未来对话,需要探路者。
1999年,在李梢博士二年级时,他提出了中医药不是和单个生物分子有关,而是和生物分子相互作用的网络、网络的动态变化有关的假说,这个网络有可能表征中医药的整体。当时恰逢人类基因组计划、生物信息学刚刚兴起,清华大学自动化系的“三论一智”(“三论”指信息论、系统论、控制论;“一智”指人工智能)的学科特点和中医药整体观、系统观的思维十分契合。在中国科学院院士李衍达的支持下,2001年,李梢进入了清华大学自动化系,开始了“生物信息学与中医药现代化”的大跨度交叉学科研究。
交叉学科可以探索,但如此大的跨度,怎样才能守住中医药的底蕴,巧妙地将现代科学融入其中,李梢面临诸多难题。讲不清中医药在机体内部如何发挥作用,中医药的科学内涵就无法被揭示;采用现代医学常用的还原分析方法,很容易丢掉中医的整体特色;缺少中医药在微观层面的数据积累,从微观和系统的角度阐释中医药的“整体”特色也是挑战。
经过反复思考,李梢提出了一个大胆的想法:把中医的整体思维用于微观的生物层面,在人体“黑箱”里建立一个“GPS(导航)系统”,全面计算出中西医药与生物分子的关联,用于支撑中医药的创新发展。
在这一阶段中,李梢熬白了头。但令人高兴的是,经过多年摸索,这一构想得以实现。李梢和他的团队建立了中西医药分子网络导航系统——UNIQ系统(基于网络靶标的药物网络药理学智能和定量分析方法与系统),践行了中医药“守正创新”。
新方法推进中医药科技创新
在人体内部建起一个导航系统,通过系统预测的这种新方法,有望更好地揭示中医药的原理。
UNIQ系统借鉴了中医整体观的“取象比类”思想,即“取宏观之象、比微观之类”。从全局来看,人类表型网络(人类疾病,包括中医证候的临床表现)、生物分子网络(生物体内部的基因、蛋白之间)、中西药物网络之间存在着一种“宏微观模块化关联”关系。例如,临床表现越相似,相关的基因和基因产物在网络上越聚集。这张由疾病、药物和生物分子织成的网络就好比由无数道路组成的地图,找到编码规律才能获取揭秘人体“黑箱”的钥匙。
李梢团队研制了中西医表型、生物分子网络、中西药物的“关系推断”算法,实现了当时国际最高精度的致病基因、药物靶标预测,在生物分子网络上实现了众多疾病和药物内在关系的定位和导航。目前,他们已经把中西医表型—细胞—分子—中西药物之间的关系都进行了全局性的预测。人体“黑箱”的“GPS系统”的探索,既使得中医药思维能在微观层次发现规律,又可以让现代医学生命科学积累的大数据为中医药所用,为阐释中医药科学原理开拓了一个新的方向,也为人工智能、大数据与中医药的交叉创新提供了范例。
UNIQ系统已经用于阐释寒热、扶正等中医核心原理的生物网络机制,实现了中医药精准研发的关键技术突破。除此之外,李梢团队还致力于利用UNIQ系统解决一些重大现实难题,胃癌极早期精准中医防治系统便是他们的成果。
李梢团队建立的胃癌“智能早筛—极早诊断—精准早治”三位一体的中西医精准诊疗系统是中医治未病思想的体现。我国胃癌发病率占全球的44%、长期以来我国早诊率低于10%。受中医治未病理论的启发,李梢团队认为在胃癌发生之前会有一个更早的、能够预警癌变发生的“极早期”阶段,找出这个阶段的特征,进行提前阻断,便有可能实现胃癌治未病。
利用UNIQ系统,结合大规模病例样本的采集和检测,李梢团队构建了胃炎癌转化的寒热证分子网络、舌苔菌群网络、胃组织单细胞网络,发现了本虚标实、寒热失衡促使胃炎癌转化的内在规律,尤其是在部分中医证候典型、病理诊断处于低级别异型增生阶段的患者胃组织上发现了一类“胃癌极早期细胞”,它与胃早癌细胞分子特征高度类似,可以表征胃癌癌变的萌芽阶段。