系统生物学概念精选(九篇)

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第1篇：系统生物学概念范文

证候是中医学科的关键科学问题，NSFC和973计划的支持重点，有重要进展仍期待突破。笔者整理自己近年的研究如下。

1 证候的模型观

复杂性科学和系统生物学把人体生命活动当作一个复杂系统，用数学模型来研究它，用它们的观点看，证候就是一种数学模型。

2 证候模型的层次属性和学科属性

人体这个复杂系统有分子、细胞、器官、系统、整体等等多个层次，模型也就有了相对应的分子模型、器官模型、整体模型……等不同层次的模型，而证候是整体这个层次的模型。

与病理解剖模型不同，证候模型属于病理生理模型。笔者认为，藏象学为生理学，则证侯学为病理生理学，证候模型为病理生理模型，则藏象模型为生理模型，研究从生理模型开始，易于知常达变。

3 证候模型的原型

模型是对现实事物的抽象，被抽象的现实事物就是模型的原型。内环境是人体内物质、能量和信息交换的场所，是人整体层次的功能活动的体现。证候模型是整体层次的功能模型，那么内环境就是证候模型的原型。从技术实现考虑，血液可以大体映射或代表内环境。

找到了证候模型的原型，就把原来的证候概念模型充实为基于生物学和生理学数据的模型，也实现了证本质研究的若干目标。

4 证候、藏象模型与top-down建模及血液成分模块划分

系统生物学通常bottom-up建模的次序是分子->通路->网络->模块->整体模型。而中医藏象模型是top-down建模，次序是整体模型->模块->网络->通路->分子。这样的top-down建模中，模块化分就是首要的问题了。

把一整天划分为五个时间段，对应于五行藏象的肝、心、脾、肺、肾，这五个藏象随时间推移依次达到功能最旺盛。

血液是藏象整体的原型，那五行藏象就是把血液成分划分为五个模块，根据的是藏气法时，五行旺相休囚理论。

血液成分的种类数以千计，它们在血液中的具体含量随时间呈节律性波动，根据各成分含量波动曲线的峰值所处时间段的不同，就可以把这数以千计的血液成分划分为五类，每一类是一个功能模块，五类即五个功能模块。

5 证候模型的血液指纹图谱

系统生物学建模，通常要提取某个层面的整体信息，因而采用基因指纹图谱、蛋白指纹图谱、代谢指纹图谱等各种指纹图谱方法，那证候模型的建模也应该采用指纹图谱方法提取整体层次的全部信息，具体的就是血液指纹图谱，而且血液指纹图谱大致上可以看做：血细胞指纹图谱+血浆蛋白指纹图谱+整体代谢指纹图谱，有了血液指纹图谱证候模型，还可以进一步整合症状体征、辅助检查数据、各种个人个体信息建立网络数据库与广义证候模型，实现基于此的个体化诊疗。

6 多智能体系统解读证候模型

基于智能agent 的多agent 系统的建模与仿真技术，从模拟组成系统的个体(agent)的局部微观行为着手，获得系统的宏观行为特性，因而在研究复杂系统中发挥越来越重要的作用。用于生物体系的建模研究，国际上已经开展，有研究者提出了MAS用于生物体系建模的概念框架、并有用MAS对免疫系统、线粒体代谢进行建模仿真的初步报道。以之解读和实现证候模型，是个便捷的方法。

参 考 文 献

［1］ 林宇春，赵宏杰，张学斌.略论藏象内环境自稳态学说.中国中医基础医学杂志,2008，08.

第2篇：系统生物学概念范文

一、合成生物学：新千年的科学技术

新的研究格局在世纪之交已经呈现，其中生物科学的地位日益凸显，数十年前还不敢想象的技术现在似乎可以实现。但是，新世纪面临着新挑战。世界人口日益增加，气候变化、粮食和能源需求增加、疾病传播等一系列新的问题随之出现。许多科学家和工程师认为，可以通过合成生物学这一新兴而又具有变革潜力的学科应对新世纪面临的部分挑战。

合成生物学是一门将科学和工程方法相结合进行生物学研究和操控的新兴学科。虽然合成生物学还处在“幼年期”――其核心研究内容主要局限于寻找和提炼可执行具体基因功能或生物化学功能的生物元件，并改善DNA合成和构建的方法――但目标远大。合成生物学家们希望设计并构建人工合成的生物系统，最终用于工业制造、粮食生产，并提高全球健康水平。

一般而言，合成生物学是指运用工程学原理，设计和构建新的生物元器件和系统，并重新设计现有的、天然的生物系统，用于有益目的。它源于生物学及相关领域一个世纪的研究成果，但离不开工程学、计算科学、信息技术等领域的重大突破。

合成生物学具有以下重要特点：（1）它是生物学研究的新颖方法。与传统的生命机制探索方法完全相反，合成生物学注重生产定制化的细胞、有机体和生命体。（2）应用工程学方法生产生命体。合成生物学通常应用工程学原理设计执行特定功能的简化的生物元素。（3）依赖于非等级化的科研和商业化网络。合成生物学向着横向的、全球化的研究方式发展，通过社交网络，它吸引了世界各地的年轻科学家。（4）需要响应社会关切。合成生物学是新兴的学科和技术，需要充分考虑该技术的伦理、法律和社会影响，以及人们对其生物安全、监管和知识产权问题的关切。

二、合成生物学发展战略

1.中国。中国认为合成生物学将带来技术推动的新一轮经济增长，因此努力成为该领域的国际领先者。目前，中国每年对合成生物学的研发投资达到2.6亿元，每年发表合成生物学论文400余篇，约占世界总量的10%，论文被引次数居全球第7。中国已经制订了合成生物学战略路线图，规划了技术、工业应用、医学和农业等方面的中长期目标。未来5年，将建立标准元件数据库，形成设计生物元器件的计算能力；形成化学品和生物材料的模块化设计和生产能力；对可增强植物耐旱性和耐碱性的生物元件进行验证设计。未来10年，将扩大标准元器件数据库，形成设计生物系统的计算能力；商业化生产某些化学品和生物材料；对合成固氮器件进行验证设计。未来20年，将形成生物系统设计、建模和验证一体化平台；商业化生产众多自然化合物、药品、化学品和生物燃料；临床应用生物元件和系统，用于检测、控制和治疗主要疾病；创造人工微生物。

2.英国。英国政府把合成生物学视为非常有商业前景的革命性平台，热切期望在合成生物学领域占据世界领先地位。英国政府决定成立合成生物学领导委员会，促进各领域的讨论与公私合作，由部长和资深业界人士担任联合主席。英国计划开展合成生物学投资如下：公共投资5000万英镑，其中多达650万英镑用于鼓励产业投资；英国工程与自然科学研究理事会投资600万英镑，鼓励大学探索新产品商业化；将合成生物学研发和相关的伦理、法律及社会影响研究的资助整合起来；生物技术与生物科学研究理事会支持16个机构从事5个跨国研究项目；拨款1亿英镑，用于未来3-5年对10万名患者进行全基因组测序。

3.美国。美国很早就是合成生物学领跑者。美国政府每年向合成生物学研究投入约1.4亿美元，其中美国国家科学基金会投入约7200万美元。2008年美国国家科学基金会投入1600万美元资助合成生物学工程研究中心。美国国防部力图将合成生物学提升为一种制造平台，美国能源部也围绕合成生物学启动了一些行动。不过，美国联邦政府还没有制订合成生物学投资或管理的整体规划。本届政府的《国家生物经济蓝图》虽然提到了合成生物学，但没有提出具体的行动计划。2010年，美国总统奥巴马指示总统生物伦理问题研究委员会对合成生物学进行评估，并制定伦理指南，意在使风险最小化的同时实现公共利益最大化。

三、合成生物学带来的机遇

合成生物学会带来新一轮产业发展浪潮。产业界大量投资合成生物学，认为伴随着基因组学和系统生物学的不断进步，合成生物学将通过生物制造给产品和物质开发带来革命性影响。到21世纪头十年的中叶，全球就约有3000家生物技术公司，其中基因合成公司遍及五大洲，每年生产约5万条基因。生物产品在经济上举足轻重。2010年，美国的生物经济（包括转基因作物、生物产品和工业生物技术）产值约为3000多亿美元，超过美国GDP的2% 。据市场研究公司BBC Research估计，2011年合成生物学（包括支撑技术、生物元件及其组合产品）全球市场价值为16亿美元，2016年将达到108亿美元。

企业纷纷投资颇具前景的人工改造的生物产品，包括微生物、植物橡胶、生物基丙烯酸树脂、产于生物废料的绿色化学品、维生素以及用可再生碳水化合物生产的生物柴油。美国安伦捷科技公司副总裁达琳・所罗门认为，合成生物学是产业发展的新一轮浪潮，生物制造将以可持续原料取代传统原料，从而改变所有产品的生产工艺，使全球经济更为可持续。

合成生物学的大规模应用及市场推广要耗费数十年时间，不过DNA测序、计算技术等相关技术的齐头并进会缩短这一进程。专家们预计：未来5年，将会形成数个全球性的合成生物学研究平台；未来10年，合成生物产品产值将达200亿美元，生产细胞以制造大宗化学品和精细化学品将成为常态；未来20-30年，将理性地合成多细胞组织或器官，细胞计算系统将得到广泛应用，新颖的生物制造工艺将被应用于生产非生物产品。

四、合成生物学发展面临的挑战

要充分释放合成生物学的潜力，需要克服技术、监管、知识产权等诸多挑战。

1.技术挑战。发展合成生物学在元件及应用、互操作、度量、量产成本控制、工具及软件等方面面临挑战。在元件及应用方面，开发一大批标准化、模块化、行为可预测、可广泛应用的生物元器件是近在眼前的挑战。尽管有数以千计的生物元件已编目，但可重复且可靠的生物元件并非广泛可用。在互操作方面，合成生物学发展的关键之一是开发出标准化的生物元件，像模块一样可靠地组装，视情调整。为了得到普遍认可和应用，生物器件和系统的每个元件以及数据库、度量单位和可扩充系统在不同尺度和水平上都要兼容。在度量方面，准确度量系统性能是合成生物学面临的迫切挑战，有必要形成能支持多种度量类型的基础设施，而且未来全球统一的度量单位与度量本身一样重要。在量产成本控制方面，经济合算地生产工业化学品需要工程化生产高效微生物株，然而，现在开发含有合成生物元件的可行产品仍是一项艰巨的任务。在工具和软件方面，改进数据收集工具、软件和硬件对于合成生物学发展也很重要。除了可降低合成生物元件成本的自动化工艺外，专业化计算工具（如计算机辅助设计和建模工具）的缺乏也阻碍了合成生物学的发展。

2.监管问题。科学进展往往快于政策制定，同时合成生物学的界限也在不断变化，因此在早期就应关注与合成生物学治理和监管相关的问题。

3.知识产权问题。构建新的生物元件带来了一系列问题：对生物元件的权利是否应私有？如何进行生物元件登记？是否应对其申请专利？不同的知识产权和分享安排如何影响合成生物学的进步与创新？目前各国专利法规定不一。合成生物学在现有或新的知识产权体系下能否蓬勃发展是研究人员关注的一个重大问题。鉴于已经开发的合成生物元件数量巨大，并且企业对商业化产品开发有浓厚的兴趣，解决知识产权问题异常重要。

4.包容问题。合成生物学是交叉性学科，既产生于多个学科，又回馈于这些学科。持续包容对于合成生物学的持续发展十分重要。一方面，要与产业界、监管和政策制定机构交流合作，使技术推动与市场拉动相结合。另一方面，还要使更多的公众参与合成生物学对话，了解其可能存在的内在风险，讨论有关的生物安全和伦理问题。

（作者：贾 伟，中国科学技术信息研究所副研究员，主要研究方向为国外科技政策与发展战略。

刘润生，中国科学技术信息研究所助理研究员，科技参考研究室负责人，主要从事科技战略与政策研究。）

链接：

合成生物学（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出来表述基因重组技术，随着分子系统生物学的发展，2000年E. Kool在美国化学年会上重新提出来，2003年国际上定义为基于系统生物学的遗传工程和工程方法的人工生物系统研究。

“合成生物学”更早可追踪到波兰科学家Waclaw Szybalski采用“合成生物学”术语，以及目睹分子生物学进展、限制性内切酶发现等可能导致合成生物体的预测。“系统生物学”则可追踪到贝塔朗菲的“有机生物学”及定义“有机”为“整体或系统”概念，以及阐述采用开放系统论、数学模型与计算机方法研究生物学。

第3篇：系统生物学概念范文

关键词：运动营养补剂；运动营养；系统生物学；人体代谢

中图分类号：G804.32文献标识码：A文章编 号：1007-3612(2011)03-0079-04

Research Trend of the Sports Nutrition Supplements

HE Li qun， XU Qi

(Beijing Sport University， Beijing 100084， China)

Abstract: The sport nutrition supplements have wide applications. However，in China，spor ts nutritional supplements are applied mostly according to experiences and the f unctions of their compositions. Scientific demonstrations of transforming nutri tional supplements in the body are lack. It is difficult to adapt to the requir ement of sports training and bodybuilding. By analyzing and studying new materi als concerning sports nutritional supplements in China， it puts forward that th e study of sports nutritional supplements must integrate with the field of syste ms biology， that is to say， the study sports nutritional supplements from theaspects of genomics， proteomics and metabolomics. It hopes that it will be co nducive to the improvement of the scientific level and application effects of sp orts nutritional supplements.

Key words: sports nutrition supplements；sports nutrition； systems biol ogy；body metabolism

2009年在我国青岛举办的国际奥委会队医培训班（东亚国家/地区）上，伊木清［1］指 出，“运动补剂在男女运动员中广泛应用，但是这些营养品很少是可靠的研究基地提供的， 并且一些营养品可能对运动员有害”。这个提法，基本上反映了当前我国运动营养补品的研 发与应用状况，这与当前我国要从体育大国向体育强国迈进的形势很不适应，因此，有必要 对当前运动营养补剂的研究水平、使用的要求等进行调查研究和分析，提出建议，希望有助 于运动营养补剂在全民健身和竞技体育中的科学应用。

1 运动营养补剂的概念

运动营养补剂的命名目前还不统一，有称运动补剂、运动员营养补品、运动功能食品等 ，各种命名法都有一定依据，我们认为采用运动营养补剂这一命名法，保持和国家体育总局 有关文件名称一致［3］。

1.1 因运动需要增加营养补充运动时能量物质消耗比安静时增加，物质代谢加强，就要求增加营养的补充，如一个人在中等强度时，能量消耗要占总量消耗的15%～30%，我国专 业运动员能量消耗每日约为3 500～4 400 Kcal，有些项目可能达5 500 Kcal或更多。因此 ，在 增加糖类、脂类、蛋白质、水、维生素和无机盐等基本营养素的基础上，要根据运动需要补充相应的营养品，如力量性训练要求增加适应肌肉力量发展的蛋白质、氨基酸和肌酸；超长 距离跑或大运动量训练期间，要补充提高身体对负荷的适应的代谢调节和提高免疫力的营养品，如药食两用且不含兴奋剂的中药制剂及磷脂、辅酶Q等，这些运动营养补品已被经证 明可以加速恢复过程和提高运动能力，故运动员都要在每天的基本营养中合理增加营养补剂 (图1)。

1.2 运动营养补剂的命名

1.2.1 中药补剂在我国传统饮食文化、养生和中医药中，讲究药食两用、药食同源而制成的众多补剂，都是 根据中医理论及多年应用而流传下来的，存在辨证施用，会吃才有效的问题，如过去有运动 员用地黄丸、参芪煲鸡等，都属中药补剂。

1.2.2 功能性食品具有特定保健功能的食品，适用于特定人群食用，具有调节机体 功能，而不以治疗为目的。这类食品主要对象是由于当前社会的发展，生活节奏快、心理压 力大，饮食不合理等造成的亚健康状态或高血糖、高脂血症、肥胖症和高血压等人群。功能 性保健食品有严格的管理

要求和审批办法，如1996年6月1 日卫生部公布的《保健食品管理办 法》，但没有规定要不含有运动员禁用药物的声称；1997年，为了更进一步规范保健食品的 评审和卫生监督管理工作，又颁发了《保健（功能）食品通用标准（16740-1977）》中， 补充要求兴奋剂和激素需“按相应的国家、行业标准规定的方法，或权威机构认可的方法测 定”，但还存在行业规定标准和权威机构认定还不明确，功能食品研制时功能评价方法落后 ，市场上的保健食品还不规范，所以这类食品要进入运动员市场时，国家体育总局只好规定 要有由中国反兴奋剂中心的检测不含运动员禁用药物的报告，才准运动员使用，说明这类食 品还不是专门为运动员或为健康而运动的人群研制的。

1.2.3 运动营养补剂在1993年我国《运动员使用运动营养补品管理暂行办法》中明 确指出：“运动营养补品的管理范围包括对增强体质、提高运动能力、促进机体较快消除疲 劳、补充营养有明显作用，并经卫生、医药、食品部门正式批准生产的营养补剂、中成药、 药品以及凡添加中、西药成分的饮料和其他营养制品”；并且“严格禁止使用含有国际奥委 会确定的禁用药物成分的运动营养补品，以保护运动员的身体健康，提高运动技术水平”。 对运动营养补品进行管理至今仍按这原则，并且按每年世界反兴奋剂机构（简称WADA）公布 的禁用药物及成分，对不同批号的同一种营养补品，如果组成配方发生变化，须分别经过兴 奋剂检测中心的检测(图2)。

1995年5月，美国的《膳食补充品，健康与教育法案》(Dietary Supplements Health a nd Education Act)被总统批准，膳食补充品的定义为：可加到膳食中的一种产品，这些产 品可分别为维生素、矿物质、草药、植物性物质、氨基酸及其它可补充到膳食中的膳食物质 或浓缩物、代谢产物、组成物、提取物或上述物质的混合物（不包括烟草）。膳食补充品这 个定义比较宽松、灵活，例如把草药、植物性物质和代谢产物作为膳食补充品，也即是说许 多中药都可以视为膳食补充品。因此，我们没有采用膳食补充品这个名称，而用运动营养补 剂，为了说明是在膳食补充品的基础上，经过兴奋剂检测中心的检测不含任何运动员违禁药 物，专供运动员及参加运动人群用的、安全性好、符合健康要求的食品。

2 当前国内外运动营养补剂的研究现状

采用药食两用的营养补剂是中国人的传统养生文化，经过说明可用于促进健康、增强体质和 提高运动能力的研究后才成为营养补剂。目前研究的基本特点基本上可归纳为：

2.1 从成份看功效根据基本七大营养素的功能而合理应用，例如糖类食品中的淀粉、 糊精、低聚糖、蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、果糖等在运动前、中和后应如何补充，才能更有效 地被利用和提高运动能力并加速恢复，20世纪60年代提出了“糖原填充法”。现在市售的 运动营养补剂，如抗自由基类、肌酸等，基本都是以功能成份或其代谢分解成份(如蛋白质 分解为氨基酸)的功能，作为说明或声称这种运动营养补剂的功能。

2.2 从身体机能指标改善评定功效 目前我国评定某一特定运动 营养补剂功能时，大多 研究报告采用服补剂后常用的身体机能评定指标：如血红蛋白、血乳酸、血尿素、肌酸激酶 等，这些指标虽能反映身体机能改善，但对评定特定营养品功能就显得针对性不强；也有从 某一营养素成份（抗过氧化）来选定特定指标的，但都没有考虑到这一营养品摄入后在吸收 、分布、代谢动力学和排泄等过程，故这些研究成果科学性不强。

2.3 用代谢指标来评价功效 在2004年，杨则宜［4］就提出了“运动营养生物化学 是 运用营养学和生物化学的手段来研究和评估运动人体的代谢和体能状况，并提供营养学强力 和恢复手段的科学”的方向，并在他领导的实验中对大豆蛋白肽、肌酸等代谢与营养功效方 面做了大量工作。王香生等［5］近年来对血糖指数(Glycemic Index, 简称GI)和运 动员 膳食进行了研究，GI 的概念是1981年Jenkins DJA等［6］首次提出,按进食糖类食物 后2 h 机体血糖反应的大小排列食物的一种方法。GI初期用于糖尿病饮食疗法和控制肥胖的临床实 践，后发现对运动员补糖有重要意义，因为GI 可反映出各种糖类食物的消化吸收速度和食 物的加工及烹调程度、淀粉中支链淀粉与直链淀粉的比例、是否含果糖、乳糖(两者GI 较低 ) 等因素。从而将糖类食物分为高、中、低血糖指数高血糖指数食物，如以进食葡萄糖为10 0，>70者为高血糖指数(HGI)，运动饮料为95，白面包为70、米饭(低直链淀粉)为88；血 糖指在55～70的称中血糖指数，如米饭(高直链淀粉)为59；当血糖指数在

3 运动营养补剂的今后研究方向

在国外，运动营养品研究的历程基本上与国内相同，但从20世纪末已进入运动营养补剂 代谢动力学研究的领域，例如，对高糖膳食与脂肪膳食量合理搭配以提高耐力的研究，从20 纪60-90年代初就一直强调耐力运动员采用高糖膳食［8］，认为运动员膳食含糖类占 总能量的60%～70%才能满足体内糖原再贮备和训练的要求，但在运动员膳食中糖类一般只占 40%～60%；长期糖类食入过多会减少蛋白质和脂肪的摄入，反而影响体力和健康，Muo io.DM等(1994)对6名长跑运动员7 d训练期间膳食补充脂肪为38%时，耐力提高比食用24%脂 肪的多。这些材料说明运动员在采用某一特殊营养手段时，要从人体运动整体出发，故在本 世纪初国外的运动营养及其补品，进入了系统的生物学研究领域，值得我们注意。

2002年，第一届国际营养基因组学会议在荷兰召开，讨论从分子水平上对人类膳食营养 与基因的相互作用及其对人类健康的影响，并将致力于建立基于个体基因组织结构特征上的 膳食干预和营养保健手段，提出更个性化的营养政策，从而使营养学研究更有效地促进人类 健康和预防疾病。

2005年，美国Metaics (麦金妮斯)公司的运动营养品的开发研究采用系统生物学的营养 研究模式，这是当前先进的研究开发方向。本文将在此作一简介。

(引自Metataics，本文作了中文注解) 2009年6月11～12日，在北京，我国香山科学会议召开了“营养科学发展与国民健康”为 主题的第352次学术讨论会上提出要“发展有我国特色的营养科学，应整合全国营养科学领 域的优势力量，将现代生命科学技术与流行病学和传统营养科学相结合，采用生物化学、分 子生物学、细胞生物学以及最近涌现的基因组学、蛋白质组学、代谢组学等新兴生命科学技 术方法，在分子、细胞、动物和人群多个层面开展研究工作”，可见，运动营养学、尤其运 动营养补剂的研究都不能脱离这个方向。

3.1 营养基因组学（Nutrigenomics或Nutritional genomics） Heck.AL等在《人体运动能力的基因―营养相互作用及运动应答》一文中［9］,提出 营养素能直接或间接改变基因表达或结构对人类基因组的作用;其关系如图4所示。

3.1.1 人体运动能力的基因（Genes for human performance） 基因的活动是分子水平的 生命活动核心，这里只介绍与运动能力有关的研究成果，本世纪以来，国内外越来越多研究 成果证明基因转录水平和运动能力有关，陈吉棣系统介绍了这方面的研究成果［10］，指出 运动适应可诱导基因的差异表达，导致代谢物、酶和激素等诱导分子的信号形成，使细胞内 基因转录、翻译和调节产生运动适应性变化。如肥胖人群，近40%身体脂肪变异是遗传因素 ，儿茶酚胺可测刺激脂肪分解代谢，β2-肾上腺素受体(BAR2)是人脂肪细胞水解的受体，在 编码BAR2的基因序列中有作用的GLN27GLU多态性与肥胖有关，在妇女中GLN27纯合子个体平 均脂肪量比对照组高20 kg，大脂肪细胞高50%；但具有GLN27GLU基因型肥胖妇女进行科学的 体力活动可减体重,起到定向预防肥胖作用。常芸［11］、Heck.A.L等［9］在综述了运动对血管紧张素转换酶（ACE）、特异性肌酸激酶（CKMM）、线粒体（mtDNA）基 因、一磷酸腺苷激动蛋白激酶(AMPK)基因等表达增加，从而有助于提高运动能力。

3.1.2 运动导致基因作用改变(Exercise-induced alterations in gene action) 运 动可使身体在基因变异、转录/蛋白质转录水平上发生应答性改变。目前这方面研究日益增 多，这里只举几例：

1)1 h自行车功量计运动时，脂肪酸转运体(FAT/CD36)或肉碱棕榈酸转移酶Ⅰ(CPTⅠ) 基因表达没有增加，但连续9 d同样运动后，过氧化酶体增生激活受体γ(PPARG) 的基因表 达明显减少。说明坚持运动可改善贮存体脂的应用和抑制脂肪组织的增生。

2)一名运动员在自行车功量计上以73%±4%最大摄氧量强度运动3 h后骨骼肌的葡萄糖 转运体4（GLUT4）的基因在其后3 h内都明显升高，有利于肌糖原恢复；

3)骨骼肌的“能量敏感酶” 一磷酸腺苷激动蛋白激酶(AMPK)有两种异构型，即AMPKα1和AM PKα2，当运动员在中等强度运动时(40%～70%最大摄氧量强度)，可引起AMPKα2型基因表 达增加，而在最大冲刺速度训练时，AMPKα1型表达增加，训练适应和机能提高基因表达和 修饰存在专一性。

3.1.3 营养导致的基因作用改变 (Nutrition-induced alterations in gene action )当人只进食糖类、脂肪或蛋白质其中一种时，即会引起相应的代谢和基因调节应答，如 只食入脂肪酸则会导致αP2基因表达，从脂肪细胞刺激磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)mRN A在脂肪细胞中3T3f442A生成，导致PEPCK基因成比例增多，使甘油三酯在脂肪组织也成比例 地增加，这方面例子在肥胖机理研究中不少。

3.1.4 运动能力与基因营养的作用(Gene-Nutrition in exercise performance) Pi legard H等(2002)为证明运动能力、基因和营养作用的关系，对自行车运动者专门组织一个 研究，让运动者在2 d中每人吃入500 g糖类食物，然后让受试者一条腿在自行车上运动至力 竭，在运动前两腿的丙酮酸激酸脱氢酶4（PKD4）、已糖激酶Ⅱ(HKⅡ)和脂蛋白酯酶(LPL)的 基因转录相似，在力竭运动后，运动至力竭的低糖原腿中PKD4、HKⅡ、LPL的mRNA水平明显 升高，从而导致肌细胞中糖原增加。

上述这些例子，说明运动、营养和基因组学水平存在相互联系和影响，从这方面开展对 运动补剂的研究将大有前途。

3.2 营养蛋白质组学(nutriproteomics 或 nutritional proteomics) 20世纪90年代，人类基因组测序草图谱完成。但很快就发现，人的基因只有3～ 4万个， 但能表达的蛋白质却多达几十万个，每个细胞蛋白质多达万种。显然，基因虽是遗传信息的 源头，而功能性蛋白是基因功能的执行者，故在1994年，Wilkins.M 提出蛋白质组学的 研究概念：一个基因组、一个细胞、一个组织或一生物体所表达的全部蛋白质，探索其在生 物体中作用模式、功能机制、调节和调控以及蛋白质组群内的相互作用。也就是说蛋白质组 学的中心任务就是阐明功能基因组所表达的真正执行生命活动的全部蛋白质其表达的规律和 功能。上面论及运动和基因及营养存在相互影响的关系，故必然影响到蛋白质的表达，我国 史绍蓉等进行了一系列运动对心肌蛋白组学研究，如发现右心室肌蛋白组学在分子量为50～ 70 kDa，等电点7～9范围内10种蛋白(多为能量代谢酶)发生变化［11］。Nufer.P D ［12］认为 耐力运动主要提高线粒体中酶系统活性，糖类在运动时可调节转录因子sp1和其相关家族成 员，如葡萄糖通过增加磷酸化酶-1蛋白活性,增加乙酰COA羧化酶1（ACC）、瘦素、脂肪酸合 成酶和三磷酸腺苷柠檬酸酶等活性，可见，一个营养素的作用在运动时基因表达上会转录产 生多种由蛋白质组成的酶，且具有生物活性。当前蛋白质组学的研究技术日趋成，并广泛用 于生物科学和医药学领域［13］。可以预期，在运动中，营养、蛋白质组学的研究会 有大 的发展，尤其是蛋白质、氨基酸营养与肌肉蛋白和力量增长的关系是体能训练的重要问题。

3.3 营养代谢组学（nutritionalmetabonomics 或 nutritionalmetabolomics)代谢组学是对某一生物或细胞在一特定生理时期内所有低分子量代谢产物同时进行定性 和定量分析的一门新学科，他可用以评价体液、组织液、及组织，如尿液、血液、血浆、唾 液、脑脊液及组织的代谢物变化，从而推论出机体状态；代谢组学一词早在20世纪中叶由英 国Nicholson.J提出，2005年11月6日，我国上海系统生物医学研究中心在上海成立，经过 不 到三年研究，于2008年2月5日在PNAS网站发表，题为《共生微生物可以改变人体的代谢表型 》， 说明中药很可能是通过影响人体内共生微生物的基因组来发挥作用的。Nicholson也认 为，中草药大多数是口服的，首先与其发生互作的可能就是肠道细菌的基因组，肠道细菌对 中草药的反应如何影响中草药的药效和毒性，成为一个十分重要的问题。在运动营养中使用 中药很多，也是我国特色。因此，研究运动员在合理营养基础上补充运动营养补品后，在运 动训练或比赛期中身体内营养与各种体液或细胞代谢物间变化的规律，从而监控运动员身体 对训练的适应状态，应当更具科学性和将有更大突破。李江华等［14］通过对参加20 06年多 哈亚运会短距离游泳比赛的部分男运动员的尿液中化学组分的分析发现,决赛运动员们尿液 中甲基尼克酰胺的相对含量明显高于非决赛运动员(P

4 总 结

从20世纪末基因组学概念提出以后，以“组学”（-omics）命名的增加约有二百余种，系统 生物学(systems biology)是在这背景下诞生的，系统生物学是在细胞、组织、器官和生物 体整体水平上研究 (结构和功能各异的) 各种分子及其相互作用。并通过计算 生物学定量描述和预测生物功能、表型和行为。系统生物学中研究成果目前主要来源于基因 组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学。基因组学研究反映了什么是可以发生的，转录组 学则反映将要发生的，蛋白质组学指出的是赖以发生的，而只有代谢组学才真正反映出业已 发生的。［16］目前，国内外运动营养研究已经开始进入系统生物学之门，目前我国 已具 备这方面条件，希望能早日将系统生物学引入运动营养补品的研究领域，以引领运动营养补 品进入预测性、个性化时代，并与人体运动能力与体质健康提高的复杂系统――适应、代偿 ――提高结合起来，更好地为人类健康和运动竞技服务。

参考文献：

［1］伊木清.运动员的营养指南.国际奥委会队医培训班（东亚国家/地区）讲 义〔M〕.2009：198-214.

［2］郑建仙，主编.功能性食品(第二卷)［M］.北京：中国轻工业出版社，1999：1-49 .

［3］中华人民共和国体育运动委员会关于《运动员使用运动营养补品管理暂行办法》的通知〔C〕.1993-5-10.

［4］杨则宜.运动营养生物化学研究进展［J］.中国运动医学杂志，2009，23(2):158-1 63.

［5］王香生，陈亚军.血糖指数及其在运动营养实践中的应用［J］.中国运动医学杂 志，2004，23(4)：291-296.

［6］Jenkins DJA，Wolever TMS，Taylor RH. et al. Glycemic index of food-A phy sical basis for carbohydrate exchange［J］.Am J.Clin Nutr,1981，34:362-366.

［7］Wong SHS. Morris J G. Influence of pre-exercise carbohydrate meals on a21-km run［J］.Med Sci Sports Exerc，2003，35(5) :S298.

［8］Clarkson P.M.Nutrition for improved sport performance：current issues onergoenic aids［J］.Sport Med，1996，21(6).393-401.

［9］Heck.A.L,Cristins.S.B,Margart.E.A,et,al；Gene-Nutrition interaction in hum an performance and exercise response［J］.Nurtrition,2004，20：598-602.

［10］陈吉棣.有氧运动、基因表达和慢性性病［J］.中国运动医学杂志,2002，21(1). 61-65.

［11］王娟，史绍蓉，袁爱国，等.运动心脏重塑中大鼠心室肌的差异蛋白质组学研究［J ］.中国运动医学杂志，2009，28(3)：269-273.

［12］Nufer.P D,Contractle activity and skeletal muscle gene expression. In. Hargreaves M et al［J］.Biochemistry of exercise Human Kineties，1999：291-3 00.

［13］特怀曼.R•M著，王恒梁等译.蛋白质组学原理［M］.化学工业出版社，2007.

［14］李江华，刘承宜，徐晓阳，等.2006年多哈亚运会短距离游泳男运动员代谢组学研 究［J］.体育科学,2008(2)：42-46.

第4篇：系统生物学概念范文

关键词：生物学；核心概念；建构

中图分类号：G633.91 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）37-0211-02

一、引言

生物学是研究生命与生命活动规律的科学，生命科学中的“规律、原理和方法”都是借助于有关生物学概念得以表述的。所谓的概念是人脑对现实对象和现象的一般特征及本质特征的反映。因此，在生物学教学中让学生准确、深刻地理解并掌握概念，不仅是学好生物学的前提，也是发展学生智力和逻辑思维能力的必要条件。生物教师有必要重视概念教学，运用有效的策略帮助学生正确理解和运用概念，进而运用生物学原理、规律解决生产和生活实践中的有关生物学问题。

二、核心概念教学的学情背景

初中生物学是孩子真正意义上接触到系统生物学知识的学科。虽然学生在生物学上的生活感性经验丰富，但其透过现象看本质和分析问题的能力是有限的。对于刚升入初中的学生来说，能够对生物学产生兴趣，形成系统的生物学知识，为将来高中的学习打下坚实的基础，核心概念的教学显得尤为重要。从思维特点上看，学生的抽象思维开始占优势，但仍然是偏重于经验型的。因此，教材内容的选择既要充分考虑学生已有的知识和经验，注意与有关课程的衔接，又要难易适度，避免给学生造成过重的学习负担。从学习动机上看，学习兴趣是积极探究某种事物或从事某种活动的意识倾向。它是构成中学生学习积极性的最重要的心理因素，是推动人们认知活动的内部机制。所以教学中面临的首要任务是激发他们浓厚的科技活动兴趣，使他们真正喜爱这些活动，又要在学习活动中有效地提高他们的兴趣水平，培养他们形成科学志向（科学态度和科学精神）。关于核心概念的教学，首先还是要以吸引学生的兴趣为原则着手教学。从实施过程上看，教师都要反复思考这样的问题：通过这个教学单元，教师最终希望学生知道什么、理解什么和能够做什么？教师要怎样才能实现教学目标？教师要不断地根据基本问题设计教学活动、学习活动和评价活动，使学生参与基本问题讨论和过程学习。当然，这些活动和过程要有助于学生达到基本理解，最终完成知识建构，形成核心概念。

三、初中生物核心概念教学的课堂实施途径

初中生物学中在核心概念不会太难，但在每个单元中均有所涉及。例如，七年级的“生态系统”、“食物链与食物网”、“DNA”，还有八年级涉及的“先天”、“社会行为”，看起来似乎浅显易懂，但是对于初中生来说，概念的建构是需要讲究方法才能符合中学生的思维习惯的。教学可以直接给出概念，也可以让学生总结出概念。两种方法各有优势。不过初中学生的概念教学，必须符合渐进性原则，要符合初中生的年龄特征和研究能力的水平。遵循由浅入深、由简到繁、由近及远，由具体到抽象的规律进行教学。针对人教版初中生物七年级下册的《神经调节的基本方式——反射》的教学目标，关于“反射”的概念就是本课的围绕核心概念，以往是通过模型、比喻或模拟法可以让抽象问题更易理解和直观化。不过根据现有的学生的认知水平上，我们尝试了以下几种方法以达到教学目标。

（一）实践体验

“体验教学”就是从学生已有的生活经验出发，通过学生的亲身经历感受知识奥秘的一种学习方式，主要是通过观摩或直接使教学活动情景再现，使学生进入教学内容所描述的环境中进行学习、体验和感悟，从而得到知识经验的一种学习方法。

学生的思维是广阔的活跃的，尤其是在课外或生活中，他们较于成年人还多了一份好奇心，任何事物都很容易引起他们的兴趣甚至触动他们的心灵，他们总有着自己独特的感受和理解。生物学的很多概念都是与学生生活经验有关，能够在课堂上有目的地体验生活中他们因不熟悉而没有了解其奥秘的科学，不仅提高了学习兴趣也加深了对知识的深刻了解。而且这利用了场景再现，符合中学生的情景记忆规律。例如，笔者在讲解新课之前让学生配合教师完成一个小游戏：两名学生被蒙住眼睛，在没有被告知的情况下，伸手碰到热杯子，其他学生观察受试学生做出的反应。引导学生举出生活中类似的例子，说明人们会对外界的刺激产生相应的反应。导出“反射”这个名词，让学生再举一反三，并指导学生在课堂上合作完成膝跳反射。通过体验膝跳反射，真实感受人体简单反射的存在，激发学习热情。这时，教师对活动细节的指导，是保证活动顺利地开展的有效做法，学生对活动的说明与分析，不仅提高表达交流的能力，也培养观察分析问题能力。此时，学生对于“反射”的体验初步形成。

在学习“反射”这个概念以后，通过组织体验游戏，又一次点燃了课堂，引发学生应用本节概念解决问题的热情。这些都是通过体验形式达到学习掌握，并能够应用概念的效果。

（二）结合生活经验，教师点拨，总结共性，得出概念

以往的教学中，教师经常发愁：讲过的概念，虽然老师经常反复提到，但仍有同学不能掌握。那是因为，学生对这个概念的理解还仅仅停留在字面上的理解。不然发现，如果这个概念是他们自己总结而来的，他们不仅会有深刻的印象，而且也会体验学习的成就感与快乐，激发并维持学习兴趣。例如：在本节教学中，当学生通过膝跳反射等活动已经体验这种有规律的“反射”时，有必要利用类比的方式，举一反三地让学生发现生活中类似的例子，通过这些现象总结他们的共性，得出正确的，科学的表述方式，达到概念的形成。这种方式，也将科学与生活现象以一种严谨的形式紧密地结合起来。

学生的思维是发散的，需要让发散思维和严谨的逻辑推理找到一个结合点。要在时间与空间限制的课堂教学上发现这种联系，需要教师的问题的精密设置，步步为营，引导学生学会发掘相同的例子，并大胆推测总结众多例子的表象。因此，这种方法可以表述为通过具体生物学现象，利用实例和学生的经验引导学生进行观察、比较、辨别，对生物现象的共同属性、本质特征进行归纳概括，使学生形成正确概念。“反射”在教材中的定义是：人体通过神经系统，对外界或内部的各种刺激所发生的有规律的反应。本节课的具体方法是教师精心设疑，引导出学生对反射概念的总结归纳，同时，通过课本阅读，教师引导对核心概念中“外部”和“内部”刺激的理解，利用概念分析膝跳反射的刺激和有规律的反应分别是什么，并用习题进行反馈，达到对“反射”概念的掌握与应用。

（三）多形式的应用反馈

课堂的反馈学习不仅可以检验课堂的学习效果，还可以让概念的学习得到应用，达到“了解—学习—应用”的目的，教师在课堂上也能及时了解学生的掌握情况，及时补充相关的知识点。这种方式可以是多样化的，比如可以通过在了解概念的前提下，引导学生逆向思维地举出相关的例子，可以通过对相关问题的习题分析，使同一概念以不同形式对学生产生多次新刺激，帮助学生在课堂上尽可能地认识、理解并掌握应用这些概念，从而使学习过程变得轻松快乐、扎实高效。

例如，课堂上，在学生已经知道“反射”的概念的前提下，引导学生举出类似的例子，并尝试思考这些反射都是人生下来就具有的吗？教师利用图片情景补充例子，并引导知道反射分为简单反射和复杂反射。第一次反馈是以“吃到酸梅会分泌唾液”和教材中“望梅止渴的典故”为例，进一步理解简单反射和复杂反射，达到第一次反馈。在课堂上展示杨梅的图片，全班体验复杂反射，请学生表达感受，享受学习的乐趣。第二次反馈是利用习题：尝试区分简单反射和复杂反射。要学会判断这两个概念，首先学生要先判断是不是反射的行为，再根据简单反射和复杂反射的区分原则去判断。所以这样的习题，就是对核心概念的理解与延伸应用。

（四）图表归纳

概念教学应该达到的应用水平是在新的情境中使用抽象的概念、原理，进行总结和推广，建立不同情景下的合理联系等。当然我们不可否认概念教学还必须把握系统性原则，如果说思考的一般目的是为了“了解事态”，那么系统性的逻辑思维就是为了更快更好地“了解事态”。以问题串推进学生回顾本节学习，师生共同总结板书，提炼本节知识体系。课堂总结对一堂课来说至关重要，师生共同总节，也有利于提高学生对本课主要学习内容的再认识。

四、核心概念教学的原则

在这种核心概念教学的课堂实施中，教师遵循了学科知识内在的逻辑系统和学生的认识发展、知识积累和能力发展的规律，并且把握了以下几个原则。

1.兴趣性原则：激发学生的学习动机，为学习做最好的铺垫与指引。

2.创造性原则：学生的创造性包括许多方面，思维的独创性为其核心。思维的独创性，是人的一种宝贵的高品位素质，是指个体经过独立思考，独特和新颖地解决问题过程中表现出来的能力品质，它充分反映了人的主观能动性。举一反三就是一种实施性比较高的方式。

3.个性化原则：从心理学的观点看，“个性”和“人格”是两个具有同样含义的概念，都是对一个人的各种心理特征的综合，也即一个人的基本的精神面貌。优良的个性品质是促进能力发展和取得工作成就的重要条件，有个性才能有创造性。现代教育的价值观认为，教育就是要充实青少年的个性，发展学生健康个性，尊重学生的个性差异，使其获得健全和谐的发展。并且不同阶段，不同年龄的学生，其能力发展的差异程度也不同，教师应当学会面对差异的学生，实施有差异的教育，实现有差异的发展。课堂的学生体验，表达交流，不仅可以实现学生的表达欲望，发挥主观能动性，激发发散思维，还可以及时了解学生对知识的掌握情况。

五、结语

以上就是笔者在生物学核心概念教学中的一些体会和探索，基于学生的现实基础，对教师提出了较高的要求：教师不仅要在课前做好充分的准备，还要能够在课堂上根据学生的不同观点，不同见解做出灵活快捷的反应，以多种形式达到核心概念的建构。而如何准确定位教师在教学课中的角色，让教师变成真正意义上的参与者、引导者、合作者，如何处理好学生主动实践与教师有效指导的关系，将是我们要进一步探讨的问题。

参考文献：

第5篇：系统生物学概念范文

1 四气

四气又名“四性”，是指中药“寒、热、温、凉”四种不同的药性，是从药物作用于机体产生的反应。四性理论是一个较为复杂的理论体系，目前“中药药性理论的科学性”成为了中药研究热点。

按照现代药理研究，可以重新定义“四性”的概念，即是具有纠正机体寒证或热证内在活性的一类中药。具体表现在：寒凉药可抑制中枢神经系统、交感神经和内分泌系统的兴奋性，并能降低基础代谢率；反之，温热药则具有兴奋中枢神经、交感神经和内分泌系统，能提高基础代谢率。欧阳兵[1]提出的 “组群中药四性组合性效谱”假说。他认为四性属性相同、功效相近的中药理论上应当具有基本相同的、能客观反映其药性寒热本质的“性效谱”。“性效谱”即可作为界定某一新中药四性属性的科学依据。

近期的相关研究显示，中药的四气属性与其化学成分有关。并总结出如下规律：温热药多含有生物碱类、挥发油；寒凉药多含有蒽苷、皂苷等苷类成分及薄荷脑。此外，中药中锌、铜含量高者其药性多寒凉，反之则药性多温热。由此可见，中药所含化学成分及含量多是中药药性的决定因素之一。

2 五味

药物具有辛、酸、甘、苦、咸五种不同的味道，五味不仅是味道，也是对中药的功效的概括和总结，现代研究表明，五味与其有效成分和药理作用也存在着联系。

金勇[2]选用60味涵盖所有性味归经的常用中药，按常规法煎成药液，给小鼠服用，结果发现“五味”作用之间表现为各种药性影响各器官组织的性质（兴奋或抑制）及其强弱的不同，“五味”的作用主要影响间脑、大脑、小脑、脊髓、肺脏、肾脏、胰腺、头颅骨等器官组织，对其他器官组织的影响较小。实验说明“五味”的作用可能指的是中药对神经、内分泌免疫网络。查青林[3] 从古代本草文献中选取五味分类确定的治疗咳嗽中药，提取文献中MeSH 词数据并用关联规则分析、因子分析进一步处理，发现不同五味分类中药 MeSH 词关联网络特征。结果发现中药五味分类在代谢方面有其自身生物学特征的调整作用。

3 归经

郭顺根等[4]应用放射性自显影技术研究了川芎活性成分之一的川芎嗪在小白鼠体内细胞、组织、器官的定位分布。表明川芎的活性成分川芎嗪的体内分布与川芎归经密切相关。许福泉[5]通过对膀胱经中药功效、活性、化学成分等进行整理统计，发现黄酮类成分与其主要功效相吻合，提示具有相同结构类型的抑（抗）菌黄酮成分是中药归膀胱经的重要归经物质基础，与膀胱经“属膀胱，络肾，与心脑有联系”的中医认识相吻合。

4 升降沉浮

升降沉浮理论是药物对机体有向上、向下、向外、向内四种不同作用的趋向。是疾病所表现出来的趋向性。升降沉浮属性是与药物的气味、质地密切相关。

现代中药学理论对药物双向性进行了一定的解释，在近几年的研究发现，这一现象是客观存在的。例如，对川芎的药学研究中证实“川芎中所含的川芎嗪，阿魏酸对血管平滑肌有解痉作用及抗血栓形成作用，同时川芎嗪能增加脑血流量，显著降低脑血管阻力，抑制子宫平滑肌的作用”[6]。周刚[7]采用分析试错法、直观法、归纳法、演绎法、直感类比法等试探法在中药的升降浮沉理论形成过程中所发挥的指导性作用。可见，在试探法指导下形成的具有明显的古代思辨哲学色彩的中药升降浮沉传统理论，是中药学的特色和优势之一。

中药药性理论是现代中药基础理论研究的热点，在药物试验的基础上，还有很多信息学及数据挖掘技术对此理论的研究。周福生[8]采用基于药性位势模型与功效知识元网格的模型化表征方法，探索中药性理论与功效之间的内在关联规律，从而用现代科学理论解释中药的药性理论。沈志冲[9]通过对临床中药按照四气、五味、归经以及功效 4 个层面的逐层分类，进行科学的分析与解释。旨在将中医药理论融为一体，形成一个科学的理论知识，更加科学的指导临床应用。王耘[10]将中医药的基本理论与思想同系统生物学的技术手段相结合，并建立的数学模型，研究中药药性的系统学意义，建立以中药药性理论为基础的中药药效评价方法。雷钧涛[11]介绍了一种用基于光谱指纹图谱单体的定量构效关系研究类比说明基于光谱指纹图谱的中药性味研究。中药指纹图谱具有特征性，重现性和可操作性。其目标是实现指纹图谱特征和药性相关性研究。包括开展指纹图谱特征分别和药性、药效的研究以及三者之间相关性研究。

随着现代科学技术的发展，会有更多更科学的方法研究传统的中药理论，为此证明中药理论的科学性和客观性。并不断充实和完善相关理论基础，才能更好的指导临床实践。

参 考 文 献

[1] 欧阳兵，王振国，王鹏，等.“组群中药四性组合性效谱”假说及其论证.山东中医杂志，2006：25（3）：154-156.

[2] 金勇，俞仲毅，王博，等. 中药“五味”作用的形态学基础研究.上海中医药大学学报， 2009， 23（3）：67-71.

[3] 查青林，余俊英，余飞，等.基于代谢相关MeSH 词文本挖掘分析治疗咳嗽中药五味分类的生物学特征.中国中医基础医学杂志，2010，16 （7）：616-618.

[4] 郭顺根，牛建昭，贲长恩，等.3 h-川芎嗪在动物体内分布的放射自显影研究.中国医药学报，1989，4（3）：17-21.

[5] 许福泉，管华诗，冯媛媛，等.基于化学成分的中药归经研究.亚太传统医药，2012，8（5）：197-199.

[6] 罗集鹏.生药学.北京：中国医药科技出版社，1998：106.

[7] 周刚，徐刚，龚千峰，等.浅探中药升降浮沉传统理论的形成方法-试探法.第一军医大学分校学报，2001，24（1） ：15.

[8] 周福生.中药药性理论模型化表征方法研究思.世界科学技术，2009，11（2）：229-234.

[9] 沈志冲.药性理论的临床中药分类体系建设.中国医药科学，2011，1（24）：100-109.

第6篇：系统生物学概念范文

2009年，卫生部立项“十二五”八年制规划教材《生物信息学》的编写工作，并将生物信息学列为八年制医学生的必修课。这是中国现代医学教育的一件大事，一方面体现国家对高等医学人才全面发展、提高理工科理论水平的重视程度；另一方面也表明生物信息学理论已经深入到生物医学科研和实际应用层面，理论生物医学研究已经被国内院校所接受，成为生物医学学科群的重要组成部分[1]。

生物信息学是一门新兴的交叉学科，有非常明显的理工科特性，即在有良好的生物医学背景下，注重数学思维和计算机操作能力，这对于我们目前以医学专业学习为主的高等医学教育产生一定的挑战。如何在有限的学时基础上，完成生物信息学教学任务的同时，让学生初步掌握科研、临床中应用生物信息学的能力，形成理工科处理医学问题的思维，是目前在八年制学生中开展生物信息学教学迫切需要研讨的问题。笔者作为主讲教师于哈尔滨医科大学完成了两轮八年制生物信息学教学任务，通过教学过程、课后调研及考试分析，总结了八年制学生对学习生物信息学的一些认识和学习期间遇到的问题，在这里共同探讨，以便于推进医学院校生物信息学的教学工作，培养更高理论和实践层次的医学人才。

一、授课对象

课程面向临床医学八年制学生93人、基础医学八年制（基地班）学生60人，学生入学录取分数高于生源地重本线50分以上。开课时两个专业的学生均处于大学三年级，已经学完高数、计算机基础等理工基础课，分子生物、细胞生物等生物学基础课，以及组胚、生理等医学基础课，开课学期同时学习遗传、免疫、病理和药理学课程；部分学生参加PBL教学，已经完成呼吸、消化、循环系统的知识学习。

二、教材和课程内容选择

面向两个轨道分别开展《医学信息分析方法》（36学时）和《生物信息学概论》（56学时）两门课程。两个轨道均以人民卫生出版社规划教材《生物信息学》2010年第一版为主讲教材[2]，结合临床医学和基础医学的学科特点，采取教师自主选择内容的方式讲授。

在临床专业中以疾病理论和分析方法为中心，专题式讲解疾病分析相关资源、研究策略和常用软件工具。36学时的《医学信息分析方法》讲授疾病数据资源和系统理论、遗传多态与疾病定位、转录调控信息学与复杂疾病分析、miRNA表达与疾病分类、疾病状态表观遗传改变，及测序技术与疾病研究进展等6个专题。每个专题包括4学时理论课程和2学时上机实践。理论课程强调分子生物学基础、实验设计思想和分析理念，实践课程以疾病为中心，由教师指引，学生自主完成一个小规模的实验设计、数据下载到结果分析的全程化信息学实践。

在基础专业中强调生物医学研究数据资源、计算生物医学方法和实验设计手段，系统讲解生物信息学在生物医学研究中的理论和实践技术。讲授内容涉及序列数据资源与分析方法、分子进化、基因表达与调控、蛋白质组学信息学、网络系统生物学、遗传和表观遗传计算分析、疾病的计算系统生物学等较全面的生物信息学方法和理论，要求学生能够在生物医学研究中贯穿理工科分析思维，不仅能熟练运用相应的网络资源和软件工具，还能对生物信息学方法理论有一定了解，熟悉不同方法的扩展性应用。理论和实践课基本按照2比1分配，实践课程根据内容需要选取生物学或医学问题进行全程模拟实验。

三、考试形式和分析

现阶段，两个八年制专业的生物信息学教学以必修考查课形式进行，采取开卷考试、实验报告和标书设计三种考核方式，以便于了解学生对本门课程的学习和对生物信息学研究思想的领悟情况。

开卷考试试题均为主观题，其中理论基础题考查概念、重要的研究思路和经典的研究方法；案例分析题要求学生能够在学过的或书本上的知识基础上，联系生物医学知识进行案例分析，选取相应的方法解决特定的问题；思维拓展题给定学生主题词，由学生进行以生物信息学方法为工具的课题流程设计。考试结果表明学生能够通过学习了解基本的生物信息学方法，并具备初步运用新方法解决实际问题的能力，但考试也反映出，大学三年级学生还具有一定的科研思维局限性，不能够完全把握课题设计过程的创新性和可靠性原则。

实践能力考查主要通过实验报告进行，实验报告要写明研究问题名称、实验数据、处理方法、处理结果和结果分析讨论。通过实验报告的提交，学生基本能够就相应的问题自主选择数据、进行一般性软件分析，并能够对实验结果进行知识面内的讨论和思考，得出符合问题要求的结论。

标书设计作为课后实践，要求学生就自己感兴趣的研究方向进行课题设计。设计内容可以为生物信息学方法研究，也可以以生物信息学为工具进行生物医学问题的探讨和分析。大多数学生能够通过文献查阅、原先具备的生物医学知识总结，发现有意义的生物医学问题，设计内容具有现实意义和一定创新性的，部分课题还有较好的可行性。很多标书设计也暴露出在三年级开展生物信息学时，学生的临床医学知识还比较欠缺，有时候不能很好的发现具有医学意义或应用价值的课题，也比较难于理解生物信息学在实际应用中的价值。

四、学生反馈和教学心得

通过课堂互动、课程临近结束时进行的问卷调查，笔者进一步了解了学生在生物信息学学习过程中的一些困惑，及一些意见和建议。主要问题如下：

1、课程理论性强，计算强度大

学生们普遍反映生物信息学与他们学习的其他课程不一样，生物医学课程偏向于文科性质，主要靠记忆，而生物信息学理科特性很强，需要深入理解分析。另外学生的数理知识有限，感到有些算法比较难，根本听不懂。

2、课程内容多，课时少

许多学生通过学习对生物信息学产生了浓厚的兴趣，真切感受到生物信息学对于他们未来的学习、科研和临床工作将有很大帮助，但是课时太少，不能够在现有课时下理解全部理论。

3、实践课时少，计算机能力薄弱

绝大多数学生都认为生物信息学需要通过理论结合实践的方法来学习才能更好的掌握。现有的实践课程只能完成基本的教学任务，对于众多的研究工具和研究方法只有感性认识。另外大家在实践中也感觉到自身的计算机知识很有限，在高通量数据处理面前力不从心，影响对问题的分析能力。

4、课程开课偏早，背景知识不全

很多学生反映三年级时，八年制学生还没有进行统计学、临床各学科的培养，知识背景不足，很难理解生物信息学中重要的算法公式，也很难对医学问题进行更为深入的思考。

学生们的反馈基本上反映出他们在学习生物信息学时所遇到的困难。笔者所在教研室教师（包括多名规划教材的参编者）共同进行了深入探讨，认为应当根据学生意愿向学校申请①增加理论课课时，分别由24和36增加为28和44学时；②增加实践课课时，分别由12和20增加20和28学时；③适当降低理论难度，减少不必要的数学理论推导，提请学校为八年制学生增设概率统计和计算机编程课程。

生物信息学的理工科特性决定了生物信息学课程在医学教育中开展的难度。虽然医学院校学生课业重、训练强度大，但是现代生物医学发展趋势告诉我们，生物信息学必然在未来的生物医学研究中处于关键地位[3]。不断改进教学手段、加强教学过程的趣味性，更为全面的贯彻以疾病和问题为中心的教学理念，培养理工医结合的现代化医学人才是生物信息教学工作者共同的努力方向，这些理念在不久的将来也会随着教学实践的不断深入而在新版《生物信息学》出版时得到进一步体现。

参考文献

[1] Wei Liping and Yu Jun; Bioinformatics in China: A Personal Perspective [J]; Plos Computational Biology， 2008， 4(4): e1000020.

第7篇：系统生物学概念范文

入选技术集中在可以改善人们生活、推动行业变革和维护地球生态等领域。在各项技术被广泛使用之前，论坛也提供了一个辩论平台，讨论技术可能会为人类、社会、经济和环境方面带来的风险和担忧。

韩国前沿科技研究所特聘教授Sang Yup Lee在会上表示，今年选中的新兴技术与往年相比，生物科学类要更突出，且除了考量不同技术对人类的好处外，也更顾及其对环境的影响。

另一个考量的标准，是该技术从实验室推向市场的可行度。“我们希望这些变革性的技术能够加快速度成为现实，这也是第四次工业革命的概念之一：跨越学术界与商业应用之间的障碍，让行业或普通人很快获得这些技术。”Sang Yup Lee说。

世界经济论坛的技术先锋成员，1QBit公司的CEO和联合创始人Andrew Fursman在接受界面新闻记者专访时则表示，在公布的十大新兴技术中，他最看好“开放的人工智能生态系统”的商业化应用：“由于人工智能具备的用户友好性，人们在使用过程中更加自然、便捷，就像人与人交流一样，而无需专业的知识技能学习。”

他同时指出，虽然新兴技术越来越多元，但对于越来越开放的中国科技界和投资界来说，技术的交流与发展将更加顺畅，“过往只有外国资本进入中国的科技产业，如今反向的操作越来越多，中国资本非常活跃，不同国家与地区之间的技术融合也更加容易”。

多元化的突破性技术不久便可以解决世界上最为紧迫的挑战。这些前沿科技包括可以为整个村庄提供电力的电池，具有“社会意识”的人工智能，和新一代太阳能电池板等。以下是十大上榜技术：

1.纳米传感器和纳米级别物联网

纳米传感器能够进入人体循环系统，或被植入到建筑材料中。2020年，物联网预计将拥有300亿个连接设备。一旦连接，纳米级别物联网将会对未来的医药，建筑、农业和药物制造产生巨大的影响。

2.下一代电池

匹配供求关系是可再生能源使用的最大障碍之一，但近期在使用钠、铝和锌电池进行能源存储的新进步，使构建小型电网并为整个村庄的提供清洁又可靠的能源成为可能。

3.区块链技术

此前，记录比特币的分布式电子交易账本，已经使区块链技术广泛使用。仅2015年一年，风险投资企业对区块链行业投资金额就突破十亿美元，其从根本上改变市场及政府工作方式的经济和社会影响才逐渐显现。

4.二维材料

虽然不是仅有的一种，但石墨烯或许是最闻名的单原子层材料。大幅降低的生产成本，得益于2D材料的广泛应用，包括空气净化器、净水器、新一代的可穿戴设备和电池等。

5.无人驾驶汽车

虽然无人驾驶车目前在世界上大部分国家尚未完全合法化，但其在挽救生命、节能减排、促进经济发展、改善老年人生活质量等方面的潜在优势，使得与其相关的重要技术先驱已经开始飞速发展。

6.器官芯片

只有一个记忆卡大小的人体器官微缩模型，可以使研究人员用前所未有的方式见证生物机制和行为，为医学研究和药物制造带来彻底的变革。

7.钙钛矿型太阳能电池

这种新的光伏材料对目前的硅太阳能电池进行了三处改进，使其更容易生产、几乎能在任何地方使用，并且迄今为止不断提高发电效率。

8.开放的人工智能生态系统

自然语言处理和社会认知算法的共同提升，再加上前所未有的丰富数据，很快就会让智能数字助理服务一个人生活的方方面面，例如管理财务和健康状况，甚至帮他挑选要穿的衣服。

9.光遗传学

使用光和色去记录神经元在大脑中的活动并不陌生，但近期研究发现，光还可以深入大脑，用于更好的治疗脑部疾病。

第8篇：系统生物学概念范文

关键词：信息中医学；信息中药学；中药基础理论；现代化；药理学；方法学；生理病理模型

中图分类号：R2-03

文献标识码：A 　文章编号：1673-7717(2007)12-2595-02

中医现代化的关键在于中医基础理论现代化，中药现代化的关键也在于中药基础理论现代化。中药学是中医理论在药学上的具体应用和体现，所以中药基础理论现代化的关键也在于中医基础理论现代化。中医基础理论现代化是中药现代化开发研究的基本前提。近年来，笔者提出并阐述了信息中医学的概念、理论和方法，实现了中医基础理论现代化研究的突破，以此为基础创建信息中药学，将实现中药基础理论现代化研究的突破。

1.信息中医学在中药现代化研究中的应用

信息中医学是以信息方法为主要方法，主要研究人的生命整体层次信息的内容及其运动规律，扩展人类处理生命信息的智力功能的医学。 　根据中医形气神理论，结合现代生理学，信息中医学把气血理论中气血的有形部分，诠释为生理学意义上血液和组织液。

信息中医学认为气血(血液组织液)是人的生命整体层次信息的天然载体，为研究和应用提供了足够的信息丰度；直接从气血获取生命信息将减少信息失真；在日、年等完整的生命节律时段内，通过连续提取人血液指纹图谱信息，以中医藏象理论为框架，构建动态的人整体层次的生命信息模型体系即血液指纹图谱藏象信息模型体系，来实现中医学的理论表达，并在此基础上以信息技术实现中医学的研究与实际应用。藏象信息模型充分的体现了信息中医学的内涵，克服了既往四诊提取信息方法信息量不足而且稳定性差、客观记录不便的缺点，充分证明了中医数学模型体系的科学性和有效性，实现了对传统中医最充分的继承和创新。

信息中医学及藏象信息模型体系不仅充分的实现了对传统中医的继承和创新，而且从人生命信息的整体层次充分整合了生理学、病理学、药理学等医学和生物学的研究成果，实现了对系统生物学研究的升华。

信息中医学及藏象信息模型体系应用到中药现代化研究中，将解决以下几个问题。

1.1实现中药基础理论客观化　药性理论是中药研究和应用的基础，这里所说的“药性”是指与疗效有关的药物的性质与性能的统称，它包括四气、五味、升降沉浮、性味归经等。以信息中医学和藏象信息模型体系为平台，根据每一味药物在藏象信息模型体系中生理和病理状态下的不同反应，可以实现对药性客观的定性与定量。

同理也可实现用药禁忌、品种鉴定等理论客观化和实现复方理论和研究方法客观化，即实现中药基础理论的客观化。

1.2创造了适合中医药研究的生理病理模型　藏象信息模型体系的建立，创造了适合中医药研究的生理和病理模型(病理模型即中医“证”动物模型)，实现了以中医的方式进行中药药理学研究的突破，提供了实验和临床的药效学及药代学研究平台。

1.3实现了中医学对实验动物属性的划分　西医药普遍利用实验动物做临床前的药学研究，并通过临床研究来验证临床前研究的有效性。能否通过对既往临床研究药学研究与临床前研究药学研究的数据进行分析，并建立一个公式，直接根据临床前研究药学研究的数据对临床研究药学研究进行准确的预测?

信息中医学及藏象信息模型体系可以实现这一理想。中医理论有对动物划分五行属性的内容，血液指纹图谱藏象信息模型体系在人和不同实验动物上一定有区别，而且是可以客观化定性定量的区别，这样就可以建立一个公式，直接根据临床前研究药学研究的数据对临床研究药学研究进行准确的预测。 　藏象信息模型体系数学实验的开展也将支持这一目标的实现。

1.4创新中药药理学研究方法　近年来，国内相继有证治药动学、时辰药动学、血清药理学、药动学一药效学(PK-PD)模型、胃肠药动学、中药指纹图谱药动学、药效-药动-时间三维模型等中药药理学新方法的提出和应用。

指纹图谱方法是处理海量信息的适宜方法，中药化学和中药药理学研究的对象是拥有海量信息的复杂系统和开放式复杂巨系统。因此，信息中医学认为无论中药化学还是中药药理学，指纹图谱方法都是目前为止最适宜的方法。

综合以上内容和方法，信息中医学提出指纹图谱-证象-药效-药动学研究方法，其中指纹图谱包括中药指纹图谱和血液指纹图谱，证象包括血液指纹图谱藏象信息模型体系，其中也包含着时间因素。指纹图谱-证象-药效-药动学研究方法。从分子水平上和药物整体信息层次与人生命信息的整体层次上对药和证进行客观的定性与定量的研究，中药复方是中医临床治疗最主要的特点之一，研究中药复方作用的物质基础和作用规律是实现中药现代化的关键，本方法实现了这一研究的方法突破。

2.创建信息中药学

2.1信患中药学的概念　传统中药学是以中医学为理论基础的中药学，信息中药学是以信息中医学为理论基础的中药学，根据信息中医学为理论，信息中药学解决了中药基础理论客观化的问题，更解决和发展了中药应用理论，大大有利于指导临床用药及开发新产品。 　信息中药学还将解决更多的药学问题，以下试举两例。

2.2扩展了传统中药学的范围　岳凤先教授曾经多次撰文倡导西药中药化研究，信息中药学的提出和新的中药药理学研究方法的创建为这一倡议提供了技术保证，因此，信息中药学的理论和方法实际上实现了对西药体系的包容。

另外，现代医药学中经常应用的生物制剂和微生物制剂、酶制剂、免疫用品和组织学组织工程学制剂等等，也因为以上原因，由信息中药学的理论和方法实际上实现了其的中药化。

2.3对中药学进行了的重新分类　根据信息中药学的概念，中药学将以药物的信息属性为标准对传统中药和对被包容进来的西药体系进行重新分类。

3.创建信息中药学的意义

第9篇：系统生物学概念范文

关键词：代谢组学；中医证候；应用

中图分类号：R2-03 文献标识码：A 文章编号：1673-7717(2012)01-0149-03

Review on Application of Metabonomics in Research of Syndrome and Symptom of TCM

HONG Jing, LI Fufeng,WANG Yiqin

(Syndrome Laboratory of Traditional Chinese Medicine,Shanghai University of TCM,Shanghai 201203,China)

Abstract:Metabonomics is a new developing omics after genomics, transcriptomics and proteomics. Metabonomics which becomes one of the effective approaches for modern observations on Traditional Chinese Medicine (TCM) is widely applied for studying syndrome and symptom of TCM. This review summarized the applications of metabonomics for studying syndrome and symptom of TCM in last ten years.

Key words:Metabonomics; Syndrome and symptom of TCM; Application

代谢组学是一门对生物体内所有代谢物进行定量分析，并寻找代谢物与生理病理变化的相对关系，揭示机体生命活动代谢本质的科学，其研究对象大都是相对分子质量1000以内的小分子物质。中医证候是通过中医四诊获取的基本信息，概括人体在病程中某一时间段的病理状态。因此，通过祖国医学对人体所处证候的分类研究，用代谢组学方法对生理病理信息进行分析，认识人体的状态特征，从更深层次沟通中西医两种医学体系，是实现中医学证候现代化的有效途径之一。现将代谢组学在中医证候本质研究中的应用概况论述如下。

1 代谢组学

1.1概况

国际“代谢组学之父”、英国帝国理工大学Jeremy K.Nicholson教授基于长期对生物体液的研究，于1999年提出了代谢组学的概念：定量测量生物系统对病生理刺激和基因修改所做的与时间相关的多参数代谢应答[1]。从健康到病理改变，从体质到证候，人体的代谢产物会随之发生动态变化。所以，利用代谢组学研究人体代谢物组，可以用于疾病的诊断和中医证候的判断。

1.2研究方法

代谢组学的研究一般包括代谢组数据的采集、数据预处理、多变量数据分析、标记物识别和途径分析等步骤。生物样品(如尿液、血液和培养液等)采集后进行生物反应灭活、预处理。运用核磁共振、质谱或色谱等检测其中代谢物的种类、含量、状态及其变化，得到代谢谱或代谢指纹，再使用多变量数据分析方法对获得的多维复杂数据进行降维和信息挖掘，并研究相关代谢物变化涉及的代谢途径和变化规律，以阐述生物体对相应刺激的响应机制、发现生物标记物[2]。

1.2.1生物样本采集 血浆或血清、尿液、粪便提取物、舌苔液、唾液，以及生物组织样品等各种生物体液，都是代谢组学的生物样本。王全军等[3]研究Z24染毒大鼠血浆的代谢表型改变，及其与组织病理、血液生化指标的相关性，探讨代谢组学在药物毒性早期筛选中的应用。雷荣辉等[4]运用代谢组学检测纳米铜染毒大鼠的血清代谢成分变化，结合常规血液生化和组织病理学检查，寻找损害早期的代谢标记物，揭示血液代谢表型变化与纳米铜靶器官损害间的关系。王勇等[5]研究三聚氰胺对儿童尿液代谢的影响，阐明代谢组学能应用于三聚氰胺导致的代谢异常研究，以及三聚氰胺导致肾损伤的无创检测。

1.2.2测定方法 完成生物样本采集后，需要对代谢产物进行测定。纵观诸多文献，色谱、质谱（MS）、核磁共振谱（NMR）、红外光谱、电化学检测等都被广泛应用于代谢组学的研究中。其中，色谱-质谱联用、NMR成为最主要的测定方法。黄强等[6]概括了色谱-质谱联用技术在代谢组学中的广泛应用，分别介绍了气相色谱-质谱联用(GC-MS)、液相色谱-质谱联用(LC-MS)、毛细管电泳-质谱联(CE-MS)，以及基于色谱-质谱联用技术的代谢组学数据处理。危阳洋等[7]基于核磁共振(NMR)代谢组学方法，研究甲亢患者和健康人群的血清和尿液特征代谢物。

1.2.3多变量数据分析方法 基于代谢组学得到的海量信息，主成分分析（PCA）、偏最小二乘法-判别分析(PLS-DA)、非线性映射（NLM）、聚类分析（HCA）、人工神经元网络(ANN)等模式识别技术成为数据分析的主要应用手段。其中，PCA和PLS-DA是代谢组学研究中常用的分析方法。

2 代谢组学在中医证候本质研究中的应用

中医证候是一个复杂的生命现象。近年来孕育而生的代谢组学，能整体反映生物体功能水平，还能精细测量代谢产物。融入当前系统生物学的学术内涵对于中医证候的本质研究将是必然的趋势。后基因组时代的到来，分子生物学作为现代生命科学的前沿学科，为中医证候的本质研究提供了新的研究思路和技术平台。运用代谢组学这一现代最新技术探讨中医证候的本质内涵，为从微观解读中医证候的本质提供了可能，更为中医证候现代研究开辟崭新的研究领域。因此，查阅了近10年来的相关文献，总结了以下代谢组学在中医证候本质研究中的应用概况。

2.1肾阳虚证

董飞侠等[8]选择慢性肾病Ⅲ期患者60例(肾阳虚者、非肾阳虚者各30例)和体检健康志愿者30例，运用尿液代谢组学指纹谱方法进行研究。结果观察到慢性肾病Ⅲ期与正常样本代谢模式差异非常显著，建立的预测能力也很强。25个差异代谢物排序后，经过标准品鉴定差异性物质的关键代谢成分分别是丙氨酸、胺基丙二酸二乙酯等物质，并且明确变化方向和代谢途径，能很好区分肾阳虚证与非肾阳虚证的差异性。杨丽萍等[9]采用代谢组学研究发现肾阳虚模型动物的代谢网络明显偏离正常组动物，而用温阳中药干预后，模型动物的代谢谱回归至正常范围，呈现网络修复的结果。

2.2虚寒证

徐斌等[10]观察大鼠灌胃给予龙胆水煎剂(RGD)后其尿液代谢谱变化及其与龙胆寒性作用的相关性。测定大鼠尿样的核磁共振氢谱([1H]NMR)数据表明，RGD组与对照组在主成分分析得分图中呈聚类型分布，两组间未见重叠。RGD组尿样中葡萄糖、氨基酸等明显增加，牛磺酸、氮氧三甲胺等明显减少。长时间给予较大剂量RGD可使大鼠出现虚寒证体征，给药后尿液[1H]NMR谱变化与龙胆寒性作用相关。

2.3寒证与热证

汪江山等[11]采用基于超高效液相色谱-时间飞行质谱(UPLC-Q-TOF)的血浆代谢组学方法，分析类风湿性关节炎(RA)的疾病分型。结果可明显区分RA的不同病程(稳定期与活动期)和中医特定证候(寒证与热证)等疾病亚型。因此，代谢组学在阐明传统中医理论，促进中医与现代医学的交流上有着广泛的应用前景。

2.4血热证

刘卫红等[12]采用核磁共振谱仪技术，分析53例银屑病血热证治疗前后及31例健康志愿者血浆代谢产物谱的差异。结果显示银屑病血热证患者与健康对照组能被明显区分，银屑病血热证治疗前后也能较好分开。凉血解毒汤能调节银屑病血热证患者的糖脂类代谢，使其代谢网络呈现向正常状态修复的趋势。所以，代谢组学方法能较全面反映生物体的生理病理及代谢状态，并可应用于药效评价研究。

2.5 肝火亢盛证、痰湿雍盛证及阴虚阳亢证

陆益红等[13]探讨原发性高血压辨证分型与基于GC/MS血清代谢组学的关系。应用GC/MS测定健康人及原发性高血压病人血清内源性代谢物，分析他们的代谢谱后表明健康人与高血压病人血清代谢谱有明显差异，上述三种证型的高血压可被清晰区分，高血压的发展过程也可显示。可见，基于GC/MS和模式识别的代谢组学技术在揭示传统中医理论本质上有着广泛的应用前景，不失为探寻证候物质基础的较适宜手段。

2.6肝郁脾虚证

等[14]探讨慢性束缚应激大鼠（肝郁脾虚模型）的血浆代谢表型改变。经过对慢性束缚应激大鼠血浆1HNMR谱的分析，表明各组大鼠血浆1HNMR代谢谱之间存在差异，而且可能从代谢组学分析中找出特异的标志性代谢产物，阐释中医肝郁脾虚证候的生物学本质，探讨代谢组学在中医证候学研究中的应用。因此，代谢组学分析是一种有良好发展前景的中医证候学研究方法。

2.7痰瘀证

刘卫红等[15]探讨痰瘀证候的动态演变、时相特点和由痰致瘀在代谢方面的变化。分析高脂血症模型大鼠血浆1HNMR谱，显示各组大鼠代谢谱各不相同。随着造模时间的延长，不同时点模型组大鼠的代谢谱亦各不相同，表明高脂血症前期以脂质代谢紊乱为特点，随着病程进展，参与血液凝固过程的乙酰糖蛋白出现，说明凝血机制出现异常，同时酮体及乳酸的升高说明脂质代谢紊乱进一步加重。所以，可能从代谢组学分析中找出痰瘀演变过程特异的标志性代谢产物，以阐释中医痰瘀证候的生物学本质。

2.8痰阻心脉证、气阴两虚证

王广基等[16]基于GC-TOF/MS代谢组学方法，对痰阻心脉和气阴两虚型冠心病患者血浆中小分子化合物进行全面检测，以探索血浆内源性化合物的差异。结果表明代谢组学方法可区别这两证型冠心病，还可以与健康组明显区分。而且，这两证型间多个内源性代谢物的含量存在明显差异，并与能量、氨基酸和核苷酸代谢异常相关。可见，代谢组学的整体数据和标志物信息均显示出痰阻心脉和气阴两虚型冠心病的差异，提示代谢组学所研究的体内小分子化合物可能正是中医分型的物质基础。

2.9气虚血瘀证

李林等[17]利用核磁共振氢谱方法研究气虚血瘀证大鼠对比于正常大鼠尿液的组成变化，发现病变大鼠尿液中甲酸、肌氨酸酐、α-酮戊二酸、柠檬酸等成分含量发生了变化，为进一步提示气虚血瘀证的产生机制和病症治疗提供了证据。此外，用GC-MS方法研究慢性心肌缺血属于气虚血瘀证的小型猪血浆样本发现[18]，脂质代谢物如甘油、醋酸等，肌醇，氨基酸和脯氨酸的代谢水平明显提高，而葡萄糖、氨基酸和脂质代谢物的含量大幅下降。可见，这个代谢模式可用于临床诊断和治疗慢性心肌缺血，也可为中医气虚血瘀证的研究提供新思路。

2.10湿证

本课题组中医湿证的代谢研究，如：慢性肾衰中医湿证的尿液代谢组学研究、慢性胃炎中医湿证的舌苔液代谢组学研究等都是采用了色谱-质谱联用方法进行了研究，并得出了相应的代谢产物。

基于以上各种代谢组学方法对于中医证候的本质研究，总结其优缺点如下。核磁共振谱（NMR）和色谱-质谱联用是中医证候本质研究的两种常用方法。核磁共振谱方法，很适合研究代谢产物中的复杂成分，核磁共振氢谱([1H]NMR谱)最为常用。NMR法极具实用性，对生物样品的预处理快速又简便；可检测整体动物或人体特定器官细胞内的代谢物组而无损伤性。但其缺点是灵敏度较低。色谱-质谱联用，如GC-MS、超高效液相色谱-时间飞行质谱(UPLC-Q-TOF)、GC-TOF/MS等都被应用于中医证候的本质研究。对生物样本内复杂代谢物中的多种成分进行定性和定量分析，无偏性、高效快速、灵敏度高。不过，每种色谱-质谱联用技术都有其不足之处。GC-MS预处理过程较繁琐，衍生化方法复杂，GC分离效率不高；LC-MS缺少谱图数据库，难以鉴定化合物的结构；GC-TOF/MS的数据处理甚为复杂，不易灵活运用。

3 目前存在的问题

代谢组学在中医证候本质研究中的应用广泛，并取得了一定的研究成果。目前，基于代谢组学技术在中医证候本质研究方面依然存在一些不足之处。①中医证候本质的代谢组学研究平台尚不完备。由于代谢组学研究的仪器设备成本较大，研究单位难以有足够的资金加以引进来研究。②中医证候的临床研究病例数偏少，代谢组学结果难以与临床病证相衔接，不能很好进行数据分析。③代谢组学研究中医证候本质的背景资料积累很少，难以建立数学模型。要进行有意义的中医证候代谢组学研究，必须有大量正常生理状态的研究基础作为背景资料，从而运用生物信息学技术解决数学建模。④代谢组学研究的影响因素很多，各项中医证候临床质量控制标准(如饮食、年龄等)不均衡，不能保证研究结果的可重复性。⑤各种组学数据的不对接，得出的结果会有片面性，不能全面说明中医证候的本质。

4 未来展望和思考

运用代谢组学研究中医证候的本质，有着无限发展的空间。完善代谢组学的研究平台；临床研究中要进一步扩大样本量，以加大说服力；注重代谢组学背景资料的积累，为数学建模做铺垫；尽量控制中医临床数据采集的影响因素；综合分析基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学等系统生物学的共同数据，加强多学科交叉融合，降低研究成本……强调中医基础理论的支撑作用，完善代谢组学的研究技术，避免理论研究与临床实践脱节，提高中医证候研究的可操作性和数据分析的针对性。

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。结合中医基础理论和临床实践，充分借助现代技术，采用现代语言阐释中医独特的思维方式和治疗方法，这是实现中医证候本质研究的必由之路。相信随着人力和物力的不断投入，以及应用范围的不断扩大，基于代谢组学的中医证候本质研究必将在未来实现质的飞跃。

代谢组学实质上是采用系统生物学思路进行研究代谢小分子组的一种高通量分析方法，通过比较不同条件下的小分子代谢谱的异同，在医学上用于诊断、毒理和药理研究，并且通过对小分子代谢谱的全面定性、定量分析[19]，可有效找到生物标志物或生物标志模式。运用代谢组学进行中医证候的本质研究，为中医证候客观化研究提供了新的思路和线索，更为中医药的现代化和国际化开辟新的方向。随着当代生物科学技术的飞速发展，中医证候本质的现代化研究正面临借鉴新观念和新技术，寻找合适的切入点，来促进自身发展的机遇。代谢组学将为中医药现代化研究提供一种非常有用的技术手段。

总之，代谢组学是一门前沿性科学，研究方法多种多样。中医证候的本质研究，有无限的挖掘空间。基于代谢组学来研究中医的诸多证候本质，已初步显现出了明显的优势。虽然目前还存在一些地方需要改进，但随着现代科学技术的不断进步，代谢组学势必将对中医药的现代化研究起到推波助澜的作用，对推进未来中医药现代化的进程具有重要的现实意义。

参考文献

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