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大數據與人工智能時代的中醫藥

甘孜日報    2022年10月26日

◎王美華

中醫藥治病的原理是什么?怎么用現代科學手段進行驗證?為了“說清楚、講明白”中醫藥的科學原理,清華大學北京市中醫藥交叉研究所所長李梢教授潛心研究20余年,深入探索中醫藥復雜系統的奧秘,首次提出符合中醫藥整體特色的“生物網絡、網絡靶標”理論,開辟了中醫藥網絡藥理學方向。

做一名探路者可能比做醫生更有意義

“學醫過程中經常有人問我,什么是上火、清熱?中醫藥治病的道理究竟是什么?中醫強調‘治未病’,為什么腫瘤等病發現時就已經到晚期了?中醫能否更好地治???”李梢說,在求學過程中,這些問題一直縈繞在他的腦海,但是回答這些問題并不容易。

幾千年來,中醫通過望聞問切、中藥方劑等手段診治疾病,以整體觀念和辨證論治為指導,但是患者體內具體究竟發生了什么,中醫未能給出符合現代科學的闡釋。李梢指出,現代醫學生命科學經常采用的是還原論,即在局部研究得很深入,但對于患者整體規律的理解還不夠。將一個整體拆成一個個零件相對容易,而將一個個零件重新組合成一個整體,尤其是組合成人體這么復雜的生物系統,則要困難得多。因此,探究中醫治病的原理,難以直接套用現成的方法。

“怎樣找到新方法?這是個艱巨的任務,探索很可能失敗,但總得有人去嘗試,因為中醫藥需要進行現代化轉型發展?!崩钌艺f,“對我來說,做一名探路者可能比做醫生更有意義?!?/span>

正是抱著這種想法,1999年,在北京中醫藥大學讀博士二年級時,李梢提出了中醫藥和生物分子網絡相關的假說——中醫藥不是和單個生物分子有關,而是和生物分子相互作用的網絡、網絡的動態變化有關,這個網絡有可能表征中醫藥的整體。當時恰逢人類基因組計劃、生物信息學興起,自動化系“三論一智”(“三論”指信息論、系統論、控制論,“一智”指人工智能)的學科特點和中醫藥整體觀、系統觀的思維很契合。

在清華大學生物信息學專家李衍達院士的支持下,2001年,李梢進入清華大學自動化系,開始了“生物信息學與中醫藥現代化”的大跨度交叉學科研究,開啟了一段20多年中醫藥現代化探索之旅。

取宏觀之象、比微觀之類,力求守正創新

中醫藥、自動化的學科跨度很大,如何既守住中醫藥的底蘊,又把握住信息科學的原理,實現守正創新?

李梢介紹,打開中醫藥的運作機制謎題面臨三道難關:如果不深入到機體內部,說不清傳統的中醫理論和現代基因、蛋白、細胞等微觀因素存在的關系,那就難以揭示中醫藥的科學內涵;如果只采用目前醫學常用的單因素還原分析方法,則容易丟掉中醫寶貴的整體特色,難以“守正”;傳統中醫藥積累了豐富的經驗,但在微觀層次的數據積累較為薄弱,如何從微觀和系統角度闡釋中醫藥的“整體”特色,這對信息科學也提出了挑戰。

面對這些難題,李梢熬白了頭。經過反復思考,他提出了一個大膽的想法——能不能把中醫的整體思維用于微觀的生物層次,相當于在人體“黑箱”里建立一個導航系統,進而全面計算出中西醫藥與生物分子的關聯,用于支撐中醫藥的創新發展?

經過多年的探索,李梢和他的團隊建立了中西醫藥分子網絡導航系統——UNIQ系統(基于網絡靶標的藥物網絡藥理學智能和定量分析方法與系統)?!癠NIQ系統借鑒了中醫整體觀的‘取象比類’思想,這種思想在《黃帝內經》中就有廣泛運用?!崩钌医榻B,通過“取宏觀之象、比微觀之類”,從全局上看,人類表型網絡(人類疾病,包括中醫證候的臨床表現)、生物分子網絡(生物體內部的基因、蛋白之間)、中西藥物網絡之間存在著一種“宏微觀模塊化關聯”關系。例如,臨床表型越相似,相關的基因和基因產物在網絡上越聚集?;谶@一規律,李梢帶領團隊研制了中西醫表型、生物分子網絡、中西藥物的“關系推斷”算法,實現同時期國際最高精度的致病基因、藥物靶標預測,通過計算,系統解析了疾病機制和藥物作用的關聯,在生物分子網絡上實現了疾病和藥物內在關系的定位和導航。

“目前,我們已經把中西醫表型—細胞—分子—中西藥物之間的關系都進行了全局性的預測,算法還在不斷發展完善?!崩钌艺f,這些算法的研制,既使得中醫藥思維能在微觀層次發現規律,又使得現代醫學生命科學積累的大數據能為中醫藥所用,從一個全新的角度闡釋中醫藥科學原理,為大數據和人工智能時代中醫藥的傳承發展提供了新支撐。

胃癌“治未病”系統發現胃癌“極早期”

UNIQ系統建立后取得了哪些新發現?

“借助于UNIQ系統,我們以中醫‘寒、熱’診療概念為切入點,構建出中醫‘寒證’‘熱證’的生物分子網絡,初步揭示了中醫寒熱證與代謝—免疫失衡相關的生物學基礎,還發現了寒熱相關疾病發生發展的機制和清熱、散寒藥物的作用機理?!崩钌艺f,通過融合宏微觀信息,UNIQ系統幫助實現了中醫藥精準研發的關鍵技術突破,以UNIQ系統為核心的系列專利技術還在30余個中藥、標志物的研發中轉化實施。尤其值得一提的是,團隊利用UNIQ系統研發了胃癌“智能早篩—極早診斷—精準早治”三位一體的中西醫精準診療系統。

中國胃癌發病率占全球的44%,長期以來胃癌早診率低于10%,成為危害人民生命健康的一個現實難題。中醫強調“治未病”,《黃帝內經》也提出“脾胃之間,寒溫不次……大聚乃起”。受中醫經典理論啟發,李梢認為在胃癌發生之前會有一個更早的、能夠預警癌變發生的階段,找出這個階段的特征、提前阻斷,有可能實現胃癌“治未病”。

利用UNIQ系統,結合大規模臨床病例的采集和檢測,李梢帶領團隊發現了胃癌“極早期”這一全新的階段,中醫上主要表現為本虛標實、寒熱失衡。從中醫典型病例中還發現寒、熱舌苔菌群等新型標志物,尤其是首次構建了胃炎癌轉化的單細胞網絡,發現了與胃早癌細胞高度接近的胃癌極早期細胞。經2700余例胃炎癌轉化序貫病例樣本驗證,發現該標志物能夠使得胃癌發生的預判提前10個月,準確率達85%。探測出的胃癌極早期細胞如果處于萌芽期,進行中藥干預就可能延緩甚至阻斷其癌變,有望為解決我國胃癌早診率低的難題提供突破口。

“中醫強調‘治未病’,所以我們把胃癌‘智能早篩—極早診斷—精準早治’三位一體系統稱為胃癌‘治未病’系統?!崩钌曳Q,圍繞胃癌“極早期”的中西醫特征,團隊還研制出了智能中醫管理系統,發現了精準預防中藥,開展了胃病中成藥機制解析,提升了胃炎癌轉化中醫藥精準診療水平;該成果還應用于胃癌高發區,支撐了國家慢性病綜合防控示范區建設。

醫學分中西,患者不分中西

在現代醫學突飛猛進的今天,中醫藥想要高質量發展,守正創新是必經之路。有人認為,中醫藥現代化實際上就是中醫藥西化。對此,李梢有不同的見解。

“中醫藥現代化并不是西化。醫學分中西,但是患者不分中西、科學技術也不分中西,攻克疾病、維護人類健康是中西醫學的共同目標。目前腫瘤等疾病高發,中醫、西醫都需要進一步發展。充分利用現代科學技術,建立符合中醫藥特色的科技創新體系,揭示中醫藥的科學原理,不斷提升中醫藥解決疾病、維護健康的能力,這是中醫藥現代化?!崩钌覐娬{,中醫藥與現代科學不是互斥的,而是能夠相得益彰、共同發展的。

在他看來,中醫藥診療思想和豐富經驗中的“整體”特色,有可能孕育著新的醫藥研究模式,突破當前單因素還原論研究模式的局限,建立以中西醫學和生物大數據為基礎、以信息與系統為特點、融合人工智能、大數據等技術的中醫藥網絡藥理學等關鍵技術,有望建設符合中醫藥整體特色的自主創新體系,為揭示中醫藥奧秘、更好地維護健康、實現中醫藥守正創新提供一種新途徑。

經過20余年的探索,在李梢看來,中醫藥科技創新不僅有望解讀出中醫藥學的奧秘,還有望促使中醫藥在疾病診療的原理上、實踐中發揮更大的作用,“中醫藥現代化需要中醫藥工作者與現代科技工作者之間打破隔閡,增進理解,共同推進。希望有更多的現代科學研究人員、青年學子能夠成為中醫藥現代化的建設者”。

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