基于文獻挖掘的中醫(yī)證候生物學(xué)基礎(chǔ)初探
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基于文獻挖掘的中醫(yī)證候生物學(xué)基礎(chǔ)初步研究
中醫(yī)學(xué)的基本特點在于整體觀和辨證論治，以病證結(jié)合、方證相應(yīng)，即“病證方”結(jié)合的診療模式為特色。證（證候）的生物學(xué)基礎(chǔ)則是中醫(yī)藥現(xiàn)代化的關(guān)鍵，目前研究較多的有血瘀證、腎陽虛證、寒證、熱證等，并形成了證本質(zhì)研究、證實質(zhì)研究、證候客觀化等多個學(xué)術(shù)生長點，如陰黃證和陽黃證的代謝組學(xué)發(fā)病機制[1]，為闡釋中醫(yī)證候的生物學(xué)本質(zhì)，證的診斷客觀化、規(guī)范化和病證分型治療提供依據(jù)。
基金項目：國家自然科學(xué)基金面上項目（81173463）；北京市青年英才計劃（YETP0821）
通訊作者：陳建新，E-mail：Cjx@bucm.edu.cn
氣虛證是中醫(yī)常見證型，可見于研究深入的幾大疾病中，如冠心病、心力衰竭、糖尿病等[2-7]，臨床常見檢驗方法已對上述疾病進行診斷。研究表明，這些常見病與神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫（NEi）密切相關(guān)[8]。本研究以NEI網(wǎng)絡(luò)相關(guān)基因為基礎(chǔ)，以氣虛證為切入點，通過文獻挖掘方法初步得到了氣虛證基于NEI網(wǎng)絡(luò)特有的生物活性物質(zhì)，對闡明證候的客觀性，揭示證候、疾病中分子相互作用機制有著重要意義，為揭示證候的科學(xué)內(nèi)涵奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。
1 資料與方法
1.1 收集表征術(shù)語關(guān)鍵詞
以中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《中醫(yī)臨床診療術(shù)語》為主要依據(jù)收集、整理出11個“氣虛證”的表征術(shù)語關(guān)鍵詞，包括氣虛、隱痛、鈍痛、氣短、乏力、神疲、懶言、頭暈、自汗、舌淡、脈虛。
1.2 文獻挖掘方法
從dbNEI（http：//166.111.130.62/portal/root/ bi_dbnei/download.jsp）數(shù)據(jù)庫上下載NEI相關(guān)基因（共2242個與NEI相關(guān)的基因），載入Genclip軟件中，然后使用該軟件的“Word related Gene Search”功能在文獻庫中挖掘與給定表征術(shù)語相關(guān)的NEI基因，并使用“Literature Mining Gene Networks”功能構(gòu)建氣虛證每個表征術(shù)語的基因網(wǎng)絡(luò)。分別比較挖掘出的與氣虛證各關(guān)鍵詞相關(guān)的基因，找出同時出現(xiàn)在2個關(guān)鍵詞及以上的那些基因，由于這些基因至少同時在某一證候的2種表征中出現(xiàn)，那么，他們就很可能與該證候有一定聯(lián)系而非只和單一表征有關(guān)，即與氣虛證有聯(lián)系。
1.3 基因分析方法
應(yīng)用DAVID Bioinformatics Resources 6.7軟件[9]對所得基因進行分層聚類、基因類型測試和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）通路分析�；蚓垲悳y試是一種探索性的工具，用以探索檢測基因表達數(shù)據(jù)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性，為進一步考慮進行假設(shè)性的篩選。KEGG通路分析可以幫助尋找所提供基因所參與的生物過程。
2 結(jié)果
文獻挖掘結(jié)果顯示，氣虛的11個關(guān)鍵詞中有5個挖掘出與之相關(guān)的基因，具體關(guān)鍵詞及挖掘出的基因個數(shù)見表1；通過比較氣虛證與各個關(guān)鍵詞相關(guān)的基因，找出了15個同時出現(xiàn)在2個關(guān)鍵詞及以上的基因，見表2。脈虛、自汗、頭暈、氣虛關(guān)鍵詞基因網(wǎng)絡(luò)見圖1。
表1 氣虛證關(guān)鍵詞對應(yīng)的基因數(shù)目
關(guān)鍵詞 基因個數(shù)
氣虛 21
呼吸困難 95
頭暈 63
脈虛 4
自汗 4本文由畢業(yè)論文網(wǎng)http://m.78375555.com收集整理
表2 同時出現(xiàn)在2個表征術(shù)語及以上的基因
編號 氣虛基因 出現(xiàn)次數(shù)
1 IL6（白細胞介素6） 4
2 IL10（白細胞介素10） 4
3 IL2（白細胞介素2） 3
4 IL1B（白細胞介素β） 3
續(xù)表2
編號 氣虛基因 出現(xiàn)次數(shù)
5 IFNG（干擾素γ） 3
6 POMC（阿黑皮素） 3
7 ADIPOQ（脂聯(lián)素） 3
8 IL8（白細胞介素8） 3
9 IL5（白細胞介素5） 2
10 CD14（細胞表面分化抗原14） 2
11 CD79A（細胞表面分化抗原79-α） 2
12 FGF2（成纖維細胞生長因子） 2
13 CD40LG（細胞表面分化抗原40配體） 2
14 NPPB（腦鈉肽） 2
15 LEP（人瘦素） 2
脈虛 自汗
氣虛
頭暈
圖1 氣虛證關(guān)鍵詞基因網(wǎng)絡(luò)
3 討論
1973年，Isakovi?[10]和Jankovi?[11]通過雙邊對稱電解損傷大鼠大腦不同部位（下丘腦、腦干網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、丘腦、上丘、尾狀核和杏仁復(fù)合體），并觀察其對淋巴器官的影響后，首次提出了NEI三大系統(tǒng)之間的關(guān)系。NEI網(wǎng)絡(luò)學(xué)說的提出和發(fā)展，與幾千年來中醫(yī)理論提倡的整體觀念可謂不謀而合，并在一定程度上為來源于長期臨床實踐的中醫(yī)理論提供了現(xiàn)代醫(yī)學(xué)證據(jù)。1990年，高氏[12]和王氏[13]將NEI網(wǎng)絡(luò)與中醫(yī)理論相聯(lián)系，并引起了中醫(yī)界的廣泛關(guān)注。因此，我們認(rèn)為借助NEI網(wǎng)絡(luò)，可以更好地理解中醫(yī)，進一步實現(xiàn)中醫(yī)的現(xiàn)代化與國際化。
網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜生物系統(tǒng)的表現(xiàn)方式，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性本質(zhì)上就是“關(guān)系”的復(fù)雜性。正是系統(tǒng)生物學(xué)以上研究模式與策略的變革與進步，使從生物分子網(wǎng)絡(luò)角度探索證候的生物學(xué)基礎(chǔ)具備了現(xiàn)實可行性。中醫(yī)藥現(xiàn)代研究中，不少學(xué)者曾對NEi網(wǎng)絡(luò)、分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)和細胞因子網(wǎng)絡(luò)等問題進行了思考[14-16]，提示中醫(yī)藥現(xiàn)代研究需突破單生物學(xué)指標(biāo)的局限，充分考慮機體內(nèi)部復(fù)雜的相互聯(lián)系，強調(diào)了中醫(yī)藥現(xiàn)代研究突破“還原論”的重要性。然而，由于“系統(tǒng)”相關(guān)的數(shù)據(jù)尚未完善，以及建模、仿真和分析等“計算”能力的缺乏，既往的“網(wǎng)絡(luò)”往往局限于現(xiàn)象描述，側(cè)重于理論與概念分析。近年來，“系統(tǒng)生物學(xué)”的新興，海量數(shù)據(jù)獲取技術(shù)（如“組學(xué)”），尤其是計算分析能力和系統(tǒng)建模等方法的迅速發(fā)展，給“生物網(wǎng)絡(luò)”賦予了豐富的、實質(zhì)性的內(nèi)涵，并迅速成為國際生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究的新熱點。多學(xué)科專家開始致力于從海量數(shù)據(jù)中尋找實現(xiàn)生命功能或?qū)е录膊〉膬?nèi)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，了解其時空變化及系統(tǒng)性質(zhì)，并發(fā)展控制措施。例如，2005年提出了“網(wǎng)絡(luò)生物學(xué)”[17]，同年《Cell》首次刊登了人類的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)[18]。系統(tǒng)生物學(xué)以建立可預(yù)測、可預(yù)防和個體化的新的醫(yī)學(xué)診療體系為目的[19]，其中基因表達調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)/蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)及代謝網(wǎng)絡(luò)等生物網(wǎng)絡(luò)的研究則是理解“系統(tǒng)”的關(guān)鍵。與此同時，計算與實驗相交融的系統(tǒng)生物學(xué)研究策略和生物信息學(xué)方法，在生物網(wǎng)絡(luò)的研究中正發(fā)揮著越來越重要的作用，成為生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究從“還原論”走向“系統(tǒng)論”及從“描述性”轉(zhuǎn)為“預(yù)測性”的一個重要標(biāo)志。
Genclip是一種文獻挖掘軟件，可對基因芯片的差異表達基因進行特定的功能聚類，以及構(gòu)建特定功能的基因網(wǎng)絡(luò)[20]。將每個基因?qū)胲浖�，不僅能顯示出該基因諸多的名稱，也能給出該基因的功能注釋和文獻摘要。使用者還可以根據(jù)自己的研究方向添加和組合關(guān)鍵詞，然后進行基因與基因之間關(guān)系的挖掘，最后得出的是基于待分析基因和指定關(guān)鍵詞的信號通路（網(wǎng)絡(luò)）。該軟件利用的文獻是不斷更新的，所以挖掘的基因與關(guān)鍵詞的關(guān)系總是處于不斷更新中，挖掘出來的疾病機制也總是最新的。本研究從復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò)的角度切入，以中醫(yī)辨證的常見證型——氣虛證為例，通過挖掘與證候表征相關(guān)的基因而構(gòu)建證候的生物分子網(wǎng)絡(luò)，從不同角度進行證候生物分子網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的研究，通過分析、整合NEI的典型調(diào)控環(huán)節(jié)，以及激素、細胞因子、神經(jīng)遞質(zhì)的相互作用，探索氣虛證的生物學(xué)基礎(chǔ)。通過比較、分析文獻挖掘的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)氣虛相關(guān)集群與內(nèi)分泌、信號傳導(dǎo)、造血細胞系、炎癥反應(yīng)等相關(guān)，從而表明本方案可以對中醫(yī)證型的內(nèi)在生物學(xué)特征進行有效地辨識。
文獻挖掘作為一種即省時、省力又簡單易行的挖掘證候生物學(xué)指標(biāo)的方法，也正在被越來越多的研究人員所采納。但作為一種新的挖掘證候生物學(xué)指標(biāo)的方法來說，本研究還存在一些不足，主要表現(xiàn)為研究“深度”和“廣度”不足兩個方面：“深度”方面，實驗所采用的文獻挖掘方法挖掘出的基因的準(zhǔn)確性還未達到非常理想的程度，后期可以考慮引入更多的挖掘方法進行對比分析，以提高挖掘的準(zhǔn)確度；而“廣度”方面，本研究僅對氣虛證進行了系統(tǒng)研究，下一步還需要擴大到其他證型的研究中，從而進一步驗證該方法的普適性和可靠性。
