人类健康工程

系统生物学
(System/Systems Biology)
系统生物学： “ 以生物系统内的所有组成部分及其相互关系为
对象，通过大规模动力学分析，用数学方法抽象出生 物系统的设计原理和运行规律。”
Ｌ.Hood.
● NIH Road Map 3P医学模式 (Predictive, Preventive, Personalized Medicine) ∈ 生物医学 方法论基础：整体由局部构成 ∴本质：分析 还原
分析
认知对象
（客体）
整体孤立、分隔
背景
客观化
N个约束
客体
分 析 固定（N-1） 变1 改变
规律
｝
从整体中孤立出来的局部 ≠ 整体中的同一局部；
客观化：投上了认知主体阴影的客体 被主体改造了的客体
基因组学
*
基因
插入 剔除
技术
*
生物信息学
先验的假设：
● 基因插入/剔除不改变 目标基因组本身
与基因组学本义相悖
●方法论：“局部决定于整体” / “整体大于局部之和”
●认识论：从系统整体中孤立出来的
还原
任一局部 整体中的同一局部 ●方法学：多组元（≥２）协同作用???
多尺度相互作用??? ●Input output：内部过程不唯一、不确定
“条条道路通罗马”（阿什贝，1956）
“分子机制追求”
开放性 生命体 * 环境 整体性
•开放性：生命体
质、能 信息
环境
•多层次：（亚分子结构功能域）、生物大分子、
分子器件（Molecular Machine）、亚细
胞结构、细胞、 组织、器官、（生理）
系统、机体、（群体）
8~10个层次
•非线性：相互作用
•复杂性：多组元、多尺度；跨尺度、跨层次
相互作用
整体大于局部之和
非线性 * 多层次 复杂性决定了：
万年量级上的古环境变化
(a) 2.5万年来岱海水位变化 (b) 1.6 万年来巴谢黄土磁化率变化 (c) 2 万年来海岸面变化 (d) 1.8 万年来渭南化石花粉分析结果
科学史告诉我们
原子亚原子世界的发现基本粒子
“人们被引向关于整体不可分割的概念，它否定了 可以把世界分解成隔离的独立存在的经典概念。” M · 玻姆
｝ 有限卫生资源 危
医疗费用
机
解决方案 ？
人人享有基本 医疗保健
‘惯性’的回答：• 医学进步 ∈ 科技进步 • 卫生投入 （经济 ）
思维的惯性（定势）
• 成功的经验：生物医学 vs （老）传染病 病源病理机制（细胞水平）药物治愈疾病； • 分析的深入 疾病相关‘分子机制’
药物/技术疾病 治愈疾病。
● “说到底，现代医学并不像一般人所想的那么
具有影响力”（T ·Mckeown）对于国民健康 水平的影响仅是10%（J ·Blech）
现代医学
健康保障???
} ●人体解剖学 实验生理学
生物医学
细胞病理学
}
分子生物学 结构生物学 基因/蛋白质/代谢组学 系统生物学
●以疾病为中心： 目标：征服（控制、消除） 思路：对抗 病原病理机制特定结构治愈 方法：标准化
适应性原理(Adaption Principle）
——生物学普适性原理
“通过进化存在于地球上的生物，一定具有与生 存环境相适应的结构和功能”
—— 基因组：生物（物种）与环境相适应的全 部历史记录，存贮着生命体与其环境相适应的全 部可能性；
—— 基因表达调控是生命体内、外环境协同作
用的动态选择，而非唯基因组决定。
药物的效果
●70年代，50～80%美国人 每隔24～36小时一剂处方。 但75—80%，不是可以不药 而愈，就是不可救药。
（A.Tofler,1980）
●2000年：50%美国恩每天 至少服一种处方药，25%美 国人每天服多种处方药。
药毒，全美第四大死因。
非传染性慢病（NCD）:
第二次卫生革命流产的主因
—— G • 墨菲《近代心理学历史导引》
新思维：模式转变的必然
●现代(生物)医学：人的生命&健康 敌 体 疾病
征服/被征服 对抗医学
（Allopathic Medicine）
●人的医学：人的生命&健康∈自然整体（含疾病） 祛病健身的能力
医学/医生：‘自然的助手’
整体（整合）医学（Whole Medicine）
生存质量 即：“治未病”。 只有‘治未病’的医学，才是供得起的， 因而可持续的医学，才有可能是‘公平的’ 和‘公正的’医学。
数字说话（四）
大样本流行病学调查 1岁以上人群疾病致死前10位（美国）
生活方式和行为 环境 人的生物学因素 医学服务
心脏病
54%
9%
25%
12%
癌
37%
24%
29%
10%
脑血管病
延长生命，而这种延长通常不用年来计算，是 用星期和月来衡量”。而且，“服用任何一种 高科技药物的病人都不得不平均花费25万美元 ，并遭受严重的毒副作用，而换来的只是平均 数月的生命”
数字说话（三）
制药业的起落
50th—60th：150%
70th :
260%
80th :
8.5%
90th : 8—10%
已经 走到了可供性的边缘”。
● 导致这场迫在眉睫的根源，是医学目的 的失落。“错误的医学目的，必然导致 医学知识和技术的误用。”考虑到提供 医疗服务可以获得巨额利润时，尤其如 此。
GOM的根本性调整 战略前移

“以治愈疾病为目的的高技术追 求”
● “预防疾病和损伤，维持和促进健康” ● 及时救治，与病共存；预防猝发，提高
‘心’为主导，‘心’-身统一的生命整体观
•人的类本质——人的社会性；
‘身’（我）、家、邦、国统一的社会伦理、道德
• 人类的生存：与环境的对立统一；
‘天人合一论’
• 新医学模式
方向 层次
现代生命科学&技术
•新医学模式 本质同构 中国传统医学
自然科学 *人文 ‘范式’（Paradigm）的突破
“科学必须以这样的途径来形成， 使它能充分说明人类的一切主要的 和根本的问题和行为，并完全胜任 地对付着一切”。
302.6%
2002-2012： 将再翻一番
2004占： 极限：
GDP 15% GDP 25%
～国防开支 ～社会保险
“2028年美国医疗保健体系将无钱可用！”
2005年 每30秒钟，1人因大病破产
个人破产50%因由医疗费用造成
危机的根源
● “目前医学的发展是在全世界制造供不起 的、不公正的医学” “现在许多国家
● 医疗技术水平/BME&制药产业/人均医保投入 医疗保健效果（WHO ） 人均预期寿命（2007）
NO.1 NO.37 NO.42
● 危机的历程: 1950-1976,人均医疗费用
平均寿命无明显提高
1980-1990： GDP 1.2%
11.5%
克林顿（1992）：医保改革、健康管理……
1992-2002： 翻了一番
“沟洫总喜欢想：
河流的存在是专为着
供给它水流的”
‘治未病’：
泰戈尔《飞鸟集•（166）》
人类健康工程
陶 祖 莱 俞梦孙
健康&医学
健康：永恒的追求 历史的长河 人类智慧的结晶
医学/医生/医院 … … 大大小小的沟洫
医学的定位：健康的侍者
健康&医学
人： 自然的产物；自然的成员 健康：人遵循自然法则的结果； 疾病：长期/严重违背自然法则的必然； 医学/医生：
突变 [E]D
R
[E]M
治其未生 治其未成 治其未发 治其未传 瘥后防复
●现实：
◆ NCD:争而不服
◆ 以人（身-心）为‘战场’ 毒、残、‘非我’
◆ 医疗费用↑↑↑ 全球医疗危机
数字说话（一）
有远处转移癌的患者 From Nature Reviews：Cancer，2003.3.P1-10
数字说话（二）
以癌症为例，截至2005年12月： “20年开发的药品只有不到1/5被证明可以
开放性肺结核 取自《医学的含意》
T • MeKeown，1982
光环下的事实（二）
● “容易清洗且平价的棉制内裤，以及带来光亮 的透明玻璃的使用，对于防治感染和发炎的 贡献其实比药物和诊疗的总和更大” （R·Dubos , 抗生素研究的先驱）
● “整个20世纪人类赢得了40年的生命，现代 医学的贡献不过是其中的7年” （D ·Jackson, CDC, 环卫中心主任）
污染、药物微生物毒理生态
超级病原体
物质 ＊精神 价值的失落 行为
新传染病
• 精神卫生问题已成为21世纪全球性重大公共卫生问题和
社会问题。
ＩＴ青少年；竞争＊价值（工具） 成、中年；
老龄化＊家庭小型化老年
现代生命科学&技术 vs 三重病谱？
世纪的挑战
三重病谱威胁
＊
人口结构老龄化
对立
健康需求 日益增长
三条途径：现代生命科学主方向
• 结构生物学 疾病相关结构－功能域
*
蛋白质组学 （Nanobiology）
药物分子设计
治愈疾病
• 基因组学＊后基因组技术（剔除／插入） 疾病基因组学 疾病相关基因
基因治疗／药物设计
治愈疾病
• 基因组学＊蛋白质组学＊代谢组学＊结构生物学＊生物信息学 ＊分子成像
我们提问的‘生命本质’≠自然的‘生命本质’
投上了认知主体阴影的客体 客体 客观性? ? ?
● 基因的表达、调控决定于基因组（未改变/部分改变的） 本身 与生物学基本规律：适应性原理相悖
合理的定位：认识生命的一个侧面（一条新途径）
跨层次
统计 大尺度事件 平 均 背景涨落
认知对象 （客体）
技术水平系统生物学疾病相关分子事件
药物分子设计 ／３Ｐ医学模式
征服疾病
隐含的前提（先验的假设）
• 生命体生命活动 分析 还原为分子水平事件； • 生命现象(含疾病发生) ‘分子机制’是确定的、
唯一的； • 生命体(e.g.细胞)的生命活动是由其基因组决定的。
生命体：开放的多层次非线性复杂系统
• 全球：
2000年
2020年
死亡构成
60%
73%
疾病负担
43%
60%
• 中国：
死亡构成 ≈ 4.5倍wenku.baidu.com染病
青年早卒：63%
疾病负担：68.7％
医疗费用 1994~2000年：3倍
预计年增：１８％
三重病谱的威胁
• 非传染性现代社会流行病（慢性病：NCD）:
半个世纪的梦魇
• “我们正处于一场传染病全球危机的边缘，没有一个国家 可以逃避这场危机” （WHO,1996）；
21世纪：医学的变革
●目的（核心价值）： 治病
‘治未病’
●模式（内涵）：
生物医学 人的医学
●总体思路（方法论）：对抗医学 整体 医学
‘治未病’的医学 21世纪医学的前沿
中国传统健康文化和中医学将发挥大于目前 人们想像的作用！
核心：观念的变革
以疾病为中心 以人(个体化) 为中心 以疾病诊断、治疗为中心
50%
22%
21%
7%
● NCD发生：生活方式和行为 > 人的生物学因素 ● 现代人生活方式和行为：非自然，远离自然
NCD：现代物质文明流行病
疾病谱的变化医学模式的转变
生物医学（现代医学）
生理 • 心理 • 社会 • 环境 四者相结合的新医学模式
人的医学
新医学模式的基础 自然科学* 人文
•人的生命：精神和肉体的统一整体;
以维持、促进人的健康 为中心
“观念的落后是致命的落后”。
“治未病”：系统工程的理解
“人是一个维持稳态的机构” “人的生命在于稳态的维持之中”
——N. 维纳
H(D) H(R) ： [E]N
D T E
H(D) / H(R) H(D) >> / H(R)
[E]N
[E]D
渐变 [E]ab
“自然在治病；医生不过是自然的助手” 希波克拉底
现代医学的光环
• 肆虐千百年的传染病基本置于人类控制
之下；有些已被消灭（如天花）
• 整个２０世纪人类赢得了４０年的生命
（但５０年代以后无明显增长） 光环下的幻像（错觉）：
现代医学 = 健康保障
光环下的事实（一）
各种疾病（包括霍 乱、伤寒、肺结核、 麻疹、猩红热、百日 咳等）的死亡率早在 它们的病原体被鉴定 前就已显著下降。其 中90％以上应归因于 生活条件改善。只有 8 ％左右归因于药物 和疫苗。
整体 孤立、分隔
背景
客观化
认知对象 （特定尺度）
整体：多层次、多尺度（时、空） 小尺度事件
统
计
内秉参数
认知对象：特定时空尺度
平均
统计平均：高强度、小概率事件被淹没 正常状态、卓有成效
突变：不可预测
● 非线性复杂系统特性 亚临界状态下，
小扰动 突变、分岔…
劳伦斯的比喻
● J. Lighthill 的道歉（1986，《原理》300周年）
“我们所观察到的并不是自然本身， 而是用我们提问的方式所揭示的‘自然’ ” 。 海森堡
方向的悖反
•物质世界：局部∈整体 “局部决定于整体”↑
还原
•生命世界：整体 局部 “整体由局部构成”↓
生命世界∈物质世界
互逆的双向，必取且仅取其一； 理性的必然 现实的需求。
严峻的事实
美国：经济最发达；科技最先进;医疗危机最深重!!!