第四节 系统医学
一、概述
系统医学起源于20世纪90年代我国的中西医学比较研究，中医的系统理论、医学计算机建模和分子医学的生物技术研究，中医的系统理论和分子医学的技术整合交叉形成了系统医学概念和模型。神经内分泌、免疫系统调控与代谢器官系统稳态模型，构成系统医学理论基础；组学芯片技术、生物计算技术和转基因生物技术等综合构成系统医学技术基础。
在20世纪80—90年代，中国科学哲学界与医学界进行了中西科学、中西医学与中西哲学的系列探讨，同期大量系统科学、新老三论、人工智能、周易哲学与科学史、科学哲学、科学社会学等著作翻译出版。因国际行为医学、社会—心理—生物医学模式、综合治疗理念，以及采用现代生物技术研究中医药在国际上的发展，1992年4月，中国自然辩证法学会与《医学与哲学》杂志社在广州召开了首届全国中西医学比较研讨会，大会上曾邦哲（曾杰）提出了系统医药学的概念与人体经络系统机能模型；阐述了神经、内分泌、免疫与血管系统的机能活动与经络系统，以及奇经八脉与奇恒之腑的关联；论述了人体五脏六腑的阴阳五行模型是生命活动的物质、能量代谢系统稳态模型，以及神经、内分泌与免疫细胞系统和基因、蛋白质、脂类等分子系统的双向调控生命活动与发育的过程。在1994年的《结构论—泛进化论》中，曾邦哲阐述了生物是结构整合、调适稳态与建构分层的信息控制系统，进入了细胞发生动力学的系统生物学研究领域；在1995年发表的《医药科学从实证到综合发展》中，他简述了中西医学汇通系统医药学的医学发展史，从子午流注到时间生物学，从神经、内分泌与基因、蛋白质双向调控到细胞分子系统的信号传导、基因调控的RNA机制等。
早在1968年召开的国际系统理论与生物学会议上，提出了系统论方法研究生物学。1989年，美国召开了生物化学系统理论与计算机模型研究的国际会议（至2009年上海会议为第11届国际分子系统生物学会议），形成了计算系统生物学研究体系。1992年第4季度，日本T.Kamada提出了系统生物医学的概念。
1993年，德国W.Zieglgansberger和T.R.Tolle发表了精神疾病的系统生物学研究；1994年，曾邦哲从转基因动物模型的基因稳定性问题、复杂基因系统调控等，探讨并提出系统遗传学的概念与原理，以及系统生物工程开发生物资源；2005年，法国F.Cambien与L.Tiret论述了动脉硬化研究的系统遗传学方法。
系统科学应用于生物医学，有如系统科学与计算机、自动化及通信技术之间的理论研究向应用开发的迅速实施，也将导致系统生物技术带来基础与临床医学之间的距离缩短。随着基因组计划的发展，生物信息学与高通量生物技术发展，促进了系统医药学进入了个性化医疗与转化医学迅速发展时期。21世纪伊始，美国、中国相继建立了系统医学、系统生物医学与转化医学等研究机构。系统医学采用系统科学理论、计算机模型、高通量生物技术、基因组技术、微流控芯片、合成生物学等原理与方法，研究生物分子、细胞、器官等层次的生物系统功能、病理与药物开发，并应用于临床医学诊断、治疗与康复医学等。
二、系统医学的三大层次
系统医学就是利用与人有关的所有生物、理化、社会、心理等知识及系统理论的思考方法认识医学，维护机体健康和缓解、治愈疾病的科学，环境与基因、功能与系统的辩证关系是其最深刻的关系。从本质上说，人的环境与人体是决定性的层次，它们都是各自独立和相互依靠的系统，都有一定的自我调节能力，都是一个复杂的混沌系统，任何一点的微动都可能给双方带来巨大的变化，使环境与人构成的系统进入另一个状态。
人的环境与人体系统、微环境与细胞系统、蛋白质与基因系统这三个系统是作为一个整体产生的，并在相互作用下共同发展，构成自身和环境的最深刻动态关系，也基于此，构成了系统医学的层次。
（一）人的环境与人体系统
人的环境与人体系统的关系是一个很深奥和复杂的问题，从“上帝造人”开始，人类已经开始了对它的思考，直到达尔文提出了“物竞天择，适者生存”的生物进化论，才有一个相对科学的答案。而人对环境的影响随着人类活动能力增强而日益明显，“人定胜天”成为20世纪的主流，而新的关系仍在思索中。
1.大多流行病是人体与人的环境系统紊乱的表现 随着人类活动的能力和范围增大，人类环境本身稳定的、具有一定自我调节能力的系统已经达到某种应激状态。与环境有关的疾病也越来越多，如过敏原与感染性疾病、营养不良等，甚至出现非典型肺炎即严重急性呼吸综合征（severe acute respiratory syndrome,SARS）等全球性流行病。随着人类的活动，自然环境在全球这个系统层面出现了紊乱。人也越来越远离原来的自然环境，生活在自己创造的社会环境，人的生存、生活方式发生质变，不良的生活习惯如吸烟、酗酒、过度劳累等社会化行为越来越多，各种慢性病流行、心理疾病增多。工业化特征在人的环境与人体这个系统层面显得很强，正如人的技术有多大能力改变环境，也意味着人的技术也有多大能力对人体造成损害。如各种职业病、重大交通厂矿事故、化学品毒品污染、药品滥用等已经成为对人体和环境这个系统影响最大的因素之一。
2.人的环境与人体系统的调控 随着流行病学、预防学、职业病学、心理学等的发展，社会行为在环境中的决定作用已被广为认知。良好的社会行为具有保证健康、治疗疾病的作用，相反，不良的社会行为破坏社会整体的健康、促进疾病的产生。医学治疗也要改变原有的模式，医生在处理患者的疾病时，除了考虑疾病本身，更要考虑疾病也是人的环境与人体这个大系统矛盾的产物，在治疗上要充分地重视治疗一个环境中的人，应建立以人为中心、社会因素参与及综合医学、行为科学、人文科学为一体的医疗服务模式。
（二）微环境与细胞系统
微环境与细胞系统是受精卵种植于母体时就产生的一个系统，母胎界面微环境提供受精卵增殖、分化的基质、细胞因子及其他细胞，同时受精卵增殖的细胞产生激素刺激母胎界面微环境的细胞增生(如蜕膜基质细胞及子宫内膜上皮细胞)、血管增殖等，乃至胎盘这个巨大的微环境生成。微环境与细胞从生命的开始就互相作用构成一个系统。
1.内环境 是人体所有细胞外基础的环境，含有所有细胞所共同需要的营养物质，也是所有细胞物质、能量、信息沟通的基本渠道。内环境的物质最终进入微环境内成为微环境的一部分。维持内环境稳态是人体整体调节的结果，具有两个方面的含义：对内已经不再是各种生理功能的叠加，而是遵循整体最优的原则，按照个体特有的规律形成的一个统一协调的功能组合；对外无论是感受哪一种性质的刺激(凡是能够达到这一方式改变阈值的)，都以整体性变化的形式做出程度和范围不同的应答。其中神经—内分泌—免疫系统起了主要作用，调控各器官的功能。
2.微环境与细胞系统的破坏和紊乱 是人类疾病的主要病理表现，在炎症方面最典型的例子便是多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome，MODs)。MODs的发生就是因为肠道微环境的紊乱，导致全身及局部炎症介质的迅速级联性释放增加，过度生成的致炎因子可引发内皮细胞的炎症反应，激活凝血及纤溶系统，致血管张力异常，抑制心肌泵血功能，由此引起严重的全身性炎症反应，并导致多个脏器功能受损，形成MODs。在非炎症方面，越来越多的证据表明肿瘤的发生发展过程是肿瘤细胞与其微环境相互作用的过程，尤其是上皮细胞肿瘤。
3.微环境与细胞系统在医学治疗中的作用 在医学中，人们往往关注的是细胞，对微环境的认识还不深入，但也取得了一些知识。如对于MODs，现在也采用尽早通便或清洁灌肠，减少结肠内细菌和（或）内毒素的量；应用黏膜保护剂及黏膜修复剂，清除氧自由基等治疗改善肠道微环境。在维护内环境的稳定上，已经采用血液净化治疗，包括血液透析、血液透析滤过等。同时如抗内毒素单抗、抗肿瘤坏死因子的单克隆抗体等抗炎症介质的免疫治疗也为维护内环境提供了思路。在控制肿瘤方面，已经开发出抑制血管增殖的药物，以抑制肿瘤增生。
（三）蛋白质与基因系统
随着基因组学、转录组学、蛋白质组学等发展及蛋白质与基因之间可以相互调控的发现，蛋白质与基因系统已经成为新世纪的医学研究重点系统。研究证实，基因的信息可以复制、转录，至于蛋白质的信息是否可以影响或转化成基因的信息，现在还在研究之中。对于蛋白质与基因孰先孰后，这又是鸡与蛋孰先孰后的问题，实际上二者是同时出现在最初的受精卵中，而且基因的第一次复制、转录等活动都少不了蛋白质的存在，它们是以一个系统的形式同时存在的。
蛋白质与基因系统的研究不仅具有更深层次认识生命活动本身的作用，而且为人类某些疾病的高效诊断提供了帮助，对医药科研，特别是药物研制或找到该靶点药物提供新的思路具有重要参考价值。
三、系统医学的历史作用和前景
转化医学同个性化医学、可预测性医学等一同构成系统医学（包括系统病理学、系统药物学、系统诊断与综合治疗等）的体系，系统医学是建立在基因组遗传学、组学芯片等系统生物学与技术基础上的现代医学，系统科学理论与自动化通信技术之间互动密切，从而使科学研究向工程技术应用的产业化过程快速实施，系统科学应用于医药学将导致基础与临床之间的距离迅速缩短。
随着医学的进步，传统医学渐渐暴露了其缺乏足够科学实验、停留在经验层面的缺点，而现代医学虽以科学实验为特征，并在过去几个世纪中对人体解剖、生理、结构功能有了非常深入的了解，但学科分解越来越细，却忘记了整体。自20世纪90年代以来，医学界出现了以基因组为代表的新思维和体系。人类社会要破解的不是个别的基因和蛋白质功能，而是要从整体上来测定DNA序列，了解人的遗传信息。现在的组学研究水平还远远没有达到系统特征所要求的标准。
系统医学意味着传统医学的分科方式会有所改变。将来疾病的治疗、预防将更注重从整体的平衡出发。西方的科学和医学也开始探求整体论，从而与注重传统平衡的中医多了很多可以对话的渠道。系统生物学及基于系统生物学的系统医学，其特征应该是整体、全面、定量、多学科、综合的，不仅包括医学内部、生物学内部的学科交叉，也意味着医学要和化学、数学、物理、信息科学、工程科学、纳米科学进行更大程度上的整合。
当前人的环境与人体系统已经进入紧张状态，虽然各国有一些共同的行动，如对禽流感的预防，但仍缺乏有力的组织；微环境与细胞研究的认识仍停留在分析和描述的水平上，尚缺乏系统、综合、整体的和本质的认知与理解；对于蛋白质与基因系统，正像许多科学家所认为的那样才刚刚开始。以后的研究更强调科学研究的团队精神，信息共享。科学无止境，但医学却每天要面对现实问题，用现有的知识处理变化的疾病，医生的智慧和个人的修为是治疗的关键，但在维护健康上却需要社会控制人的行为，保持环境与基因的和谐统一，人的环境与人体系统的和谐统一，这些是系统医学的核心内容。