系統(tǒng)生物學概念精選(九篇)

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第1篇：系統(tǒng)生物學概念范文

證候是中醫(yī)學科的關鍵科學問題，NSFC和973計劃的支持重點，有重要進展仍期待突破。筆者整理自己近年的研究如下。

1 證候的模型觀

復雜性科學和系統(tǒng)生物學把人體生命活動當作一個復雜系統(tǒng)，用數(shù)學模型來研究它，用它們的觀點看，證候就是一種數(shù)學模型。

2 證候模型的層次屬性和學科屬性

人體這個復雜系統(tǒng)有分子、細胞、器官、系統(tǒng)、整體等等多個層次，模型也就有了相對應的分子模型、器官模型、整體模型……等不同層次的模型，而證候是整體這個層次的模型。

與病理解剖模型不同，證候模型屬于病理生理模型。筆者認為，藏象學為生理學，則證侯學為病理生理學，證候模型為病理生理模型，則藏象模型為生理模型，研究從生理模型開始，易于知常達變。

3 證候模型的原型

模型是對現(xiàn)實事物的抽象，被抽象的現(xiàn)實事物就是模型的原型。內環(huán)境是人體內物質、能量和信息交換的場所，是人整體層次的功能活動的體現(xiàn)。證候模型是整體層次的功能模型，那么內環(huán)境就是證候模型的原型。從技術實現(xiàn)考慮，血液可以大體映射或代表內環(huán)境。

找到了證候模型的原型，就把原來的證候概念模型充實為基于生物學和生理學數(shù)據的模型，也實現(xiàn)了證本質研究的若干目標。

4 證候、藏象模型與top-down建模及血液成分模塊劃分

系統(tǒng)生物學通常bottom-up建模的次序是分子->通路->網絡->模塊->整體模型。而中醫(yī)藏象模型是top-down建模，次序是整體模型->模塊->網絡->通路->分子。這樣的top-down建模中，模塊化分就是首要的問題了。

把一整天劃分為五個時間段，對應于五行藏象的肝、心、脾、肺、腎，這五個藏象隨時間推移依次達到功能最旺盛。

血液是藏象整體的原型，那五行藏象就是把血液成分劃分為五個模塊，根據的是藏氣法時，五行旺相休囚理論。

血液成分的種類數(shù)以千計，它們在血液中的具體含量隨時間呈節(jié)律性波動，根據各成分含量波動曲線的峰值所處時間段的不同，就可以把這數(shù)以千計的血液成分劃分為五類，每一類是一個功能模塊，五類即五個功能模塊。

5 證候模型的血液指紋圖譜

系統(tǒng)生物學建模，通常要提取某個層面的整體信息，因而采用基因指紋圖譜、蛋白指紋圖譜、代謝指紋圖譜等各種指紋圖譜方法，那證候模型的建模也應該采用指紋圖譜方法提取整體層次的全部信息，具體的就是血液指紋圖譜，而且血液指紋圖譜大致上可以看做：血細胞指紋圖譜+血漿蛋白指紋圖譜+整體代謝指紋圖譜，有了血液指紋圖譜證候模型，還可以進一步整合癥狀體征、輔助檢查數(shù)據、各種個人個體信息建立網絡數(shù)據庫與廣義證候模型，實現(xiàn)基于此的個體化診療。

6 多智能體系統(tǒng)解讀證候模型

基于智能agent 的多agent 系統(tǒng)的建模與仿真技術，從模擬組成系統(tǒng)的個體(agent)的局部微觀行為著手，獲得系統(tǒng)的宏觀行為特性，因而在研究復雜系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。用于生物體系的建模研究，國際上已經開展，有研究者提出了MAS用于生物體系建模的概念框架、并有用MAS對免疫系統(tǒng)、線粒體代謝進行建模仿真的初步報道。以之解讀和實現(xiàn)證候模型，是個便捷的方法。

參 考 文 獻

［1］ 林宇春，趙宏杰，張學斌.略論藏象內環(huán)境自穩(wěn)態(tài)學說.中國中醫(yī)基礎醫(yī)學雜志,2008，08.

第2篇：系統(tǒng)生物學概念范文

一、合成生物學：新千年的科學技術

新的研究格局在世紀之交已經呈現(xiàn)，其中生物科學的地位日益凸顯，數(shù)十年前還不敢想象的技術現(xiàn)在似乎可以實現(xiàn)。但是，新世紀面臨著新挑戰(zhàn)。世界人口日益增加，氣候變化、糧食和能源需求增加、疾病傳播等一系列新的問題隨之出現(xiàn)。許多科學家和工程師認為，可以通過合成生物學這一新興而又具有變革潛力的學科應對新世紀面臨的部分挑戰(zhàn)。

合成生物學是一門將科學和工程方法相結合進行生物學研究和操控的新興學科。雖然合成生物學還處在“幼年期”――其核心研究內容主要局限于尋找和提煉可執(zhí)行具體基因功能或生物化學功能的生物元件，并改善DNA合成和構建的方法――但目標遠大。合成生物學家們希望設計并構建人工合成的生物系統(tǒng)，最終用于工業(yè)制造、糧食生產，并提高全球健康水平。

一般而言，合成生物學是指運用工程學原理，設計和構建新的生物元器件和系統(tǒng)，并重新設計現(xiàn)有的、天然的生物系統(tǒng)，用于有益目的。它源于生物學及相關領域一個世紀的研究成果，但離不開工程學、計算科學、信息技術等領域的重大突破。

合成生物學具有以下重要特點：（1）它是生物學研究的新穎方法。與傳統(tǒng)的生命機制探索方法完全相反，合成生物學注重生產定制化的細胞、有機體和生命體。（2）應用工程學方法生產生命體。合成生物學通常應用工程學原理設計執(zhí)行特定功能的簡化的生物元素。（3）依賴于非等級化的科研和商業(yè)化網絡。合成生物學向著橫向的、全球化的研究方式發(fā)展，通過社交網絡，它吸引了世界各地的年輕科學家。（4）需要響應社會關切。合成生物學是新興的學科和技術，需要充分考慮該技術的倫理、法律和社會影響，以及人們對其生物安全、監(jiān)管和知識產權問題的關切。

二、合成生物學發(fā)展戰(zhàn)略

1.中國。中國認為合成生物學將帶來技術推動的新一輪經濟增長，因此努力成為該領域的國際領先者。目前，中國每年對合成生物學的研發(fā)投資達到2.6億元，每年發(fā)表合成生物學論文400余篇，約占世界總量的10%，論文被引次數(shù)居全球第7。中國已經制訂了合成生物學戰(zhàn)略路線圖，規(guī)劃了技術、工業(yè)應用、醫(yī)學和農業(yè)等方面的中長期目標。未來5年，將建立標準元件數(shù)據庫，形成設計生物元器件的計算能力；形成化學品和生物材料的模塊化設計和生產能力；對可增強植物耐旱性和耐堿性的生物元件進行驗證設計。未來10年，將擴大標準元器件數(shù)據庫，形成設計生物系統(tǒng)的計算能力；商業(yè)化生產某些化學品和生物材料；對合成固氮器件進行驗證設計。未來20年，將形成生物系統(tǒng)設計、建模和驗證一體化平臺；商業(yè)化生產眾多自然化合物、藥品、化學品和生物燃料；臨床應用生物元件和系統(tǒng)，用于檢測、控制和治療主要疾病；創(chuàng)造人工微生物。

2.英國。英國政府把合成生物學視為非常有商業(yè)前景的革命性平臺，熱切期望在合成生物學領域占據世界領先地位。英國政府決定成立合成生物學領導委員會，促進各領域的討論與公私合作，由部長和資深業(yè)界人士擔任聯(lián)合主席。英國計劃開展合成生物學投資如下：公共投資5000萬英鎊，其中多達650萬英鎊用于鼓勵產業(yè)投資；英國工程與自然科學研究理事會投資600萬英鎊，鼓勵大學探索新產品商業(yè)化；將合成生物學研發(fā)和相關的倫理、法律及社會影響研究的資助整合起來；生物技術與生物科學研究理事會支持16個機構從事5個跨國研究項目；撥款1億英鎊，用于未來3-5年對10萬名患者進行全基因組測序。

3.美國。美國很早就是合成生物學領跑者。美國政府每年向合成生物學研究投入約1.4億美元，其中美國國家科學基金會投入約7200萬美元。2008年美國國家科學基金會投入1600萬美元資助合成生物學工程研究中心。美國國防部力圖將合成生物學提升為一種制造平臺，美國能源部也圍繞合成生物學啟動了一些行動。不過，美國聯(lián)邦政府還沒有制訂合成生物學投資或管理的整體規(guī)劃。本屆政府的《國家生物經濟藍圖》雖然提到了合成生物學，但沒有提出具體的行動計劃。2010年，美國總統(tǒng)奧巴馬指示總統(tǒng)生物倫理問題研究委員會對合成生物學進行評估，并制定倫理指南，意在使風險最小化的同時實現(xiàn)公共利益最大化。

三、合成生物學帶來的機遇

合成生物學會帶來新一輪產業(yè)發(fā)展浪潮。產業(yè)界大量投資合成生物學，認為伴隨著基因組學和系統(tǒng)生物學的不斷進步，合成生物學將通過生物制造給產品和物質開發(fā)帶來革命性影響。到21世紀頭十年的中葉，全球就約有3000家生物技術公司，其中基因合成公司遍及五大洲，每年生產約5萬條基因。生物產品在經濟上舉足輕重。2010年，美國的生物經濟（包括轉基因作物、生物產品和工業(yè)生物技術）產值約為3000多億美元，超過美國GDP的2% 。據市場研究公司BBC Research估計，2011年合成生物學（包括支撐技術、生物元件及其組合產品）全球市場價值為16億美元，2016年將達到108億美元。

企業(yè)紛紛投資頗具前景的人工改造的生物產品，包括微生物、植物橡膠、生物基丙烯酸樹脂、產于生物廢料的綠色化學品、維生素以及用可再生碳水化合物生產的生物柴油。美國安倫捷科技公司副總裁達琳?所羅門認為，合成生物學是產業(yè)發(fā)展的新一輪浪潮，生物制造將以可持續(xù)原料取代傳統(tǒng)原料，從而改變所有產品的生產工藝，使全球經濟更為可持續(xù)。

合成生物學的大規(guī)模應用及市場推廣要耗費數(shù)十年時間，不過DNA測序、計算技術等相關技術的齊頭并進會縮短這一進程。專家們預計：未來5年，將會形成數(shù)個全球性的合成生物學研究平臺；未來10年，合成生物產品產值將達200億美元，生產細胞以制造大宗化學品和精細化學品將成為常態(tài)；未來20-30年，將理性地合成多細胞組織或器官，細胞計算系統(tǒng)將得到廣泛應用，新穎的生物制造工藝將被應用于生產非生物產品。

四、合成生物學發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

要充分釋放合成生物學的潛力，需要克服技術、監(jiān)管、知識產權等諸多挑戰(zhàn)。

1.技術挑戰(zhàn)。發(fā)展合成生物學在元件及應用、互操作、度量、量產成本控制、工具及軟件等方面面臨挑戰(zhàn)。在元件及應用方面，開發(fā)一大批標準化、模塊化、行為可預測、可廣泛應用的生物元器件是近在眼前的挑戰(zhàn)。盡管有數(shù)以千計的生物元件已編目，但可重復且可靠的生物元件并非廣泛可用。在互操作方面，合成生物學發(fā)展的關鍵之一是開發(fā)出標準化的生物元件，像模塊一樣可靠地組裝，視情調整。為了得到普遍認可和應用，生物器件和系統(tǒng)的每個元件以及數(shù)據庫、度量單位和可擴充系統(tǒng)在不同尺度和水平上都要兼容。在度量方面，準確度量系統(tǒng)性能是合成生物學面臨的迫切挑戰(zhàn)，有必要形成能支持多種度量類型的基礎設施，而且未來全球統(tǒng)一的度量單位與度量本身一樣重要。在量產成本控制方面，經濟合算地生產工業(yè)化學品需要工程化生產高效微生物株，然而，現(xiàn)在開發(fā)含有合成生物元件的可行產品仍是一項艱巨的任務。在工具和軟件方面，改進數(shù)據收集工具、軟件和硬件對于合成生物學發(fā)展也很重要。除了可降低合成生物元件成本的自動化工藝外，專業(yè)化計算工具（如計算機輔助設計和建模工具）的缺乏也阻礙了合成生物學的發(fā)展。

2.監(jiān)管問題?？茖W進展往往快于政策制定，同時合成生物學的界限也在不斷變化，因此在早期就應關注與合成生物學治理和監(jiān)管相關的問題。

3.知識產權問題。構建新的生物元件帶來了一系列問題：對生物元件的權利是否應私有？如何進行生物元件登記？是否應對其申請專利？不同的知識產權和分享安排如何影響合成生物學的進步與創(chuàng)新？目前各國專利法規(guī)定不一。合成生物學在現(xiàn)有或新的知識產權體系下能否蓬勃發(fā)展是研究人員關注的一個重大問題。鑒于已經開發(fā)的合成生物元件數(shù)量巨大，并且企業(yè)對商業(yè)化產品開發(fā)有濃厚的興趣，解決知識產權問題異常重要。

4.包容問題。合成生物學是交叉性學科，既產生于多個學科，又回饋于這些學科。持續(xù)包容對于合成生物學的持續(xù)發(fā)展十分重要。一方面，要與產業(yè)界、監(jiān)管和政策制定機構交流合作，使技術推動與市場拉動相結合。另一方面，還要使更多的公眾參與合成生物學對話，了解其可能存在的內在風險，討論有關的生物安全和倫理問題。

（作者：賈 偉，中國科學技術信息研究所副研究員，主要研究方向為國外科技政策與發(fā)展戰(zhàn)略。

劉潤生，中國科學技術信息研究所助理研究員，科技參考研究室負責人，主要從事科技戰(zhàn)略與政策研究。）

鏈接：

合成生物學（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出來表述基因重組技術，隨著分子系統(tǒng)生物學的發(fā)展，2000年E. Kool在美國化學年會上重新提出來，2003年國際上定義為基于系統(tǒng)生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統(tǒng)研究。

“合成生物學”更早可追蹤到波蘭科學家Waclaw Szybalski采用“合成生物學”術語，以及目睹分子生物學進展、限制性內切酶發(fā)現(xiàn)等可能導致合成生物體的預測?！跋到y(tǒng)生物學”則可追蹤到貝塔朗菲的“有機生物學”及定義“有機”為“整體或系統(tǒng)”概念，以及闡述采用開放系統(tǒng)論、數(shù)學模型與計算機方法研究生物學。

第3篇：系統(tǒng)生物學概念范文

關鍵詞：運動營養(yǎng)補劑；運動營養(yǎng)；系統(tǒng)生物學；人體代謝

中圖分類號：G804.32文獻標識碼：A文章編 號：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年在我國青島舉辦的國際奧委會隊醫(yī)培訓班（東亞國家/地區(qū)）上，伊木清［1］指 出，“運動補劑在男女運動員中廣泛應用，但是這些營養(yǎng)品很少是可靠的研究基地提供的， 并且一些營養(yǎng)品可能對運動員有害”。這個提法，基本上反映了當前我國運動營養(yǎng)補品的研 發(fā)與應用狀況，這與當前我國要從體育大國向體育強國邁進的形勢很不適應，因此，有必要 對當前運動營養(yǎng)補劑的研究水平、使用的要求等進行調查研究和分析，提出建議，希望有助 于運動營養(yǎng)補劑在全民健身和競技體育中的科學應用。

1 運動營養(yǎng)補劑的概念

運動營養(yǎng)補劑的命名目前還不統(tǒng)一，有稱運動補劑、運動員營養(yǎng)補品、運動功能食品等 ，各種命名法都有一定依據，我們認為采用運動營養(yǎng)補劑這一命名法，保持和國家體育總局 有關文件名稱一致［3］。

1.1 因運動需要增加營養(yǎng)補充運動時能量物質消耗比安靜時增加，物質代謝加強，就要求增加營養(yǎng)的補充，如一個人在中等強度時，能量消耗要占總量消耗的15%～30%，我國專 業(yè)運動員能量消耗每日約為3 500～4 400 Kcal，有些項目可能達5 500 Kcal或更多。因此 ，在 增加糖類、脂類、蛋白質、水、維生素和無機鹽等基本營養(yǎng)素的基礎上，要根據運動需要補充相應的營養(yǎng)品，如力量性訓練要求增加適應肌肉力量發(fā)展的蛋白質、氨基酸和肌酸；超長 距離跑或大運動量訓練期間，要補充提高身體對負荷的適應的代謝調節(jié)和提高免疫力的營養(yǎng)品，如藥食兩用且不含興奮劑的中藥制劑及磷脂、輔酶Q等，這些運動營養(yǎng)補品已被經證 明可以加速恢復過程和提高運動能力，故運動員都要在每天的基本營養(yǎng)中合理增加營養(yǎng)補劑 (圖1)。

1.2 運動營養(yǎng)補劑的命名

1.2.1 中藥補劑在我國傳統(tǒng)飲食文化、養(yǎng)生和中醫(yī)藥中，講究藥食兩用、藥食同源而制成的眾多補劑，都是 根據中醫(yī)理論及多年應用而流傳下來的，存在辨證施用，會吃才有效的問題，如過去有運動 員用地黃丸、參芪煲雞等，都屬中藥補劑。

1.2.2 功能性食品具有特定保健功能的食品，適用于特定人群食用，具有調節(jié)機體 功能，而不以治療為目的。這類食品主要對象是由于當前社會的發(fā)展，生活節(jié)奏快、心理壓 力大，飲食不合理等造成的亞健康狀態(tài)或高血糖、高脂血癥、肥胖癥和高血壓等人群。功能 性保健食品有嚴格的管理

要求和審批辦法，如1996年6月1 日衛(wèi)生部公布的《保健食品管理辦 法》，但沒有規(guī)定要不含有運動員禁用藥物的聲稱；1997年，為了更進一步規(guī)范保健食品的 評審和衛(wèi)生監(jiān)督管理工作，又頒發(fā)了《保健（功能）食品通用標準（16740-1977）》中， 補充要求興奮劑和激素需“按相應的國家、行業(yè)標準規(guī)定的方法，或權威機構認可的方法測 定”，但還存在行業(yè)規(guī)定標準和權威機構認定還不明確，功能食品研制時功能評價方法落后 ，市場上的保健食品還不規(guī)范，所以這類食品要進入運動員市場時，國家體育總局只好規(guī)定 要有由中國反興奮劑中心的檢測不含運動員禁用藥物的報告，才準運動員使用，說明這類食 品還不是專門為運動員或為健康而運動的人群研制的。

1.2.3 運動營養(yǎng)補劑在1993年我國《運動員使用運動營養(yǎng)補品管理暫行辦法》中明 確指出：“運動營養(yǎng)補品的管理范圍包括對增強體質、提高運動能力、促進機體較快消除疲 勞、補充營養(yǎng)有明顯作用，并經衛(wèi)生、醫(yī)藥、食品部門正式批準生產的營養(yǎng)補劑、中成藥、 藥品以及凡添加中、西藥成分的飲料和其他營養(yǎng)制品”；并且“嚴格禁止使用含有國際奧委 會確定的禁用藥物成分的運動營養(yǎng)補品，以保護運動員的身體健康，提高運動技術水平”。 對運動營養(yǎng)補品進行管理至今仍按這原則，并且按每年世界反興奮劑機構（簡稱WADA）公布 的禁用藥物及成分，對不同批號的同一種營養(yǎng)補品，如果組成配方發(fā)生變化，須分別經過興 奮劑檢測中心的檢測(圖2)。

1995年5月，美國的《膳食補充品，健康與教育法案》(Dietary Supplements Health a nd Education Act)被總統(tǒng)批準，膳食補充品的定義為：可加到膳食中的一種產品，這些產 品可分別為維生素、礦物質、草藥、植物性物質、氨基酸及其它可補充到膳食中的膳食物質 或濃縮物、代謝產物、組成物、提取物或上述物質的混合物（不包括煙草）。膳食補充品這 個定義比較寬松、靈活，例如把草藥、植物性物質和代謝產物作為膳食補充品，也即是說許 多中藥都可以視為膳食補充品。因此，我們沒有采用膳食補充品這個名稱，而用運動營養(yǎng)補 劑，為了說明是在膳食補充品的基礎上，經過興奮劑檢測中心的檢測不含任何運動員違禁藥 物，專供運動員及參加運動人群用的、安全性好、符合健康要求的食品。

2 當前國內外運動營養(yǎng)補劑的研究現(xiàn)狀

采用藥食兩用的營養(yǎng)補劑是中國人的傳統(tǒng)養(yǎng)生文化，經過說明可用于促進健康、增強體質和 提高運動能力的研究后才成為營養(yǎng)補劑。目前研究的基本特點基本上可歸納為：

2.1 從成份看功效根據基本七大營養(yǎng)素的功能而合理應用，例如糖類食品中的淀粉、 糊精、低聚糖、蔗糖、麥芽糖、葡萄糖、果糖等在運動前、中和后應如何補充，才能更有效 地被利用和提高運動能力并加速恢復，20世紀60年代提出了“糖原填充法”?，F(xiàn)在市售的 運動營養(yǎng)補劑，如抗自由基類、肌酸等，基本都是以功能成份或其代謝分解成份(如蛋白質 分解為氨基酸)的功能，作為說明或聲稱這種運動營養(yǎng)補劑的功能。

2.2 從身體機能指標改善評定功效 目前我國評定某一特定運動 營養(yǎng)補劑功能時，大多 研究報告采用服補劑后常用的身體機能評定指標：如血紅蛋白、血乳酸、血尿素、肌酸激酶 等，這些指標雖能反映身體機能改善，但對評定特定營養(yǎng)品功能就顯得針對性不強；也有從 某一營養(yǎng)素成份（抗過氧化）來選定特定指標的，但都沒有考慮到這一營養(yǎng)品攝入后在吸收 、分布、代謝動力學和排泄等過程，故這些研究成果科學性不強。

2.3 用代謝指標來評價功效 在2004年，楊則宜［4］就提出了“運動營養(yǎng)生物化學 是 運用營養(yǎng)學和生物化學的手段來研究和評估運動人體的代謝和體能狀況，并提供營養(yǎng)學強力 和恢復手段的科學”的方向，并在他領導的實驗中對大豆蛋白肽、肌酸等代謝與營養(yǎng)功效方 面做了大量工作。王香生等［5］近年來對血糖指數(shù)(Glycemic Index, 簡稱GI)和運 動員 膳食進行了研究，GI 的概念是1981年Jenkins DJA等［6］首次提出,按進食糖類食物 后2 h 機體血糖反應的大小排列食物的一種方法。GI初期用于糖尿病飲食療法和控制肥胖的臨床實 踐，后發(fā)現(xiàn)對運動員補糖有重要意義，因為GI 可反映出各種糖類食物的消化吸收速度和食 物的加工及烹調程度、淀粉中支鏈淀粉與直鏈淀粉的比例、是否含果糖、乳糖(兩者GI 較低 ) 等因素。從而將糖類食物分為高、中、低血糖指數(shù)高血糖指數(shù)食物，如以進食葡萄糖為10 0，>70者為高血糖指數(shù)(HGI)，運動飲料為95，白面包為70、米飯(低直鏈淀粉)為88；血 糖指在55～70的稱中血糖指數(shù)，如米飯(高直鏈淀粉)為59；當血糖指數(shù)在

3 運動營養(yǎng)補劑的今后研究方向

在國外，運動營養(yǎng)品研究的歷程基本上與國內相同，但從20世紀末已進入運動營養(yǎng)補劑 代謝動力學研究的領域，例如，對高糖膳食與脂肪膳食量合理搭配以提高耐力的研究，從20 紀60-90年代初就一直強調耐力運動員采用高糖膳食［8］，認為運動員膳食含糖類占 總能量的60%～70%才能滿足體內糖原再貯備和訓練的要求，但在運動員膳食中糖類一般只占 40%～60%；長期糖類食入過多會減少蛋白質和脂肪的攝入，反而影響體力和健康，Muo io.DM等(1994)對6名長跑運動員7 d訓練期間膳食補充脂肪為38%時，耐力提高比食用24%脂 肪的多。這些材料說明運動員在采用某一特殊營養(yǎng)手段時，要從人體運動整體出發(fā)，故在本 世紀初國外的運動營養(yǎng)及其補品，進入了系統(tǒng)的生物學研究領域，值得我們注意。

2002年，第一屆國際營養(yǎng)基因組學會議在荷蘭召開，討論從分子水平上對人類膳食營養(yǎng) 與基因的相互作用及其對人類健康的影響，并將致力于建立基于個體基因組織結構特征上的 膳食干預和營養(yǎng)保健手段，提出更個性化的營養(yǎng)政策，從而使營養(yǎng)學研究更有效地促進人類 健康和預防疾病。

2005年，美國Metaics (麥金妮斯)公司的運動營養(yǎng)品的開發(fā)研究采用系統(tǒng)生物學的營養(yǎng) 研究模式，這是當前先進的研究開發(fā)方向。本文將在此作一簡介。

(引自Metataics，本文作了中文注解) 2009年6月11～12日，在北京，我國香山科學會議召開了“營養(yǎng)科學發(fā)展與國民健康”為 主題的第352次學術討論會上提出要“發(fā)展有我國特色的營養(yǎng)科學，應整合全國營養(yǎng)科學領 域的優(yōu)勢力量，將現(xiàn)代生命科學技術與流行病學和傳統(tǒng)營養(yǎng)科學相結合，采用生物化學、分 子生物學、細胞生物學以及最近涌現(xiàn)的基因組學、蛋白質組學、代謝組學等新興生命科學技 術方法，在分子、細胞、動物和人群多個層面開展研究工作”，可見，運動營養(yǎng)學、尤其運 動營養(yǎng)補劑的研究都不能脫離這個方向。

3.1 營養(yǎng)基因組學（Nutrigenomics或Nutritional genomics） Heck.AL等在《人體運動能力的基因―營養(yǎng)相互作用及運動應答》一文中［9］,提出 營養(yǎng)素能直接或間接改變基因表達或結構對人類基因組的作用;其關系如圖4所示。

3.1.1 人體運動能力的基因（Genes for human performance） 基因的活動是分子水平的 生命活動核心，這里只介紹與運動能力有關的研究成果，本世紀以來，國內外越來越多研究 成果證明基因轉錄水平和運動能力有關，陳吉棣系統(tǒng)介紹了這方面的研究成果［10］，指出 運動適應可誘導基因的差異表達，導致代謝物、酶和激素等誘導分子的信號形成，使細胞內 基因轉錄、翻譯和調節(jié)產生運動適應性變化。如肥胖人群，近40%身體脂肪變異是遺傳因素 ，兒茶酚胺可測刺激脂肪分解代謝，β2-腎上腺素受體(BAR2)是人脂肪細胞水解的受體，在 編碼BAR2的基因序列中有作用的GLN27GLU多態(tài)性與肥胖有關，在婦女中GLN27純合子個體平 均脂肪量比對照組高20 kg，大脂肪細胞高50%；但具有GLN27GLU基因型肥胖婦女進行科學的 體力活動可減體重,起到定向預防肥胖作用。常蕓［11］、Heck.A.L等［9］在綜述了運動對血管緊張素轉換酶（ACE）、特異性肌酸激酶（CKMM）、線粒體（mtDNA）基 因、一磷酸腺苷激動蛋白激酶(AMPK)基因等表達增加，從而有助于提高運動能力。

3.1.2 運動導致基因作用改變(Exercise-induced alterations in gene action) 運 動可使身體在基因變異、轉錄/蛋白質轉錄水平上發(fā)生應答性改變。目前這方面研究日益增 多，這里只舉幾例：

1)1 h自行車功量計運動時，脂肪酸轉運體(FAT/CD36)或肉堿棕櫚酸轉移酶Ⅰ(CPTⅠ) 基因表達沒有增加，但連續(xù)9 d同樣運動后，過氧化酶體增生激活受體γ(PPARG) 的基因表 達明顯減少。說明堅持運動可改善貯存體脂的應用和抑制脂肪組織的增生。

2)一名運動員在自行車功量計上以73%±4%最大攝氧量強度運動3 h后骨骼肌的葡萄糖 轉運體4（GLUT4）的基因在其后3 h內都明顯升高，有利于肌糖原恢復；

3)骨骼肌的“能量敏感酶” 一磷酸腺苷激動蛋白激酶(AMPK)有兩種異構型，即AMPKα1和AM PKα2，當運動員在中等強度運動時(40%～70%最大攝氧量強度)，可引起AMPKα2型基因表 達增加，而在最大沖刺速度訓練時，AMPKα1型表達增加，訓練適應和機能提高基因表達和 修飾存在專一性。

3.1.3 營養(yǎng)導致的基因作用改變 (Nutrition-induced alterations in gene action )當人只進食糖類、脂肪或蛋白質其中一種時，即會引起相應的代謝和基因調節(jié)應答，如 只食入脂肪酸則會導致αP2基因表達，從脂肪細胞刺激磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)mRN A在脂肪細胞中3T3f442A生成，導致PEPCK基因成比例增多，使甘油三酯在脂肪組織也成比例 地增加，這方面例子在肥胖機理研究中不少。

3.1.4 運動能力與基因營養(yǎng)的作用(Gene-Nutrition in exercise performance) Pi legard H等(2002)為證明運動能力、基因和營養(yǎng)作用的關系，對自行車運動者專門組織一個 研究，讓運動者在2 d中每人吃入500 g糖類食物，然后讓受試者一條腿在自行車上運動至力 竭，在運動前兩腿的丙酮酸激酸脫氫酶4（PKD4）、已糖激酶Ⅱ(HKⅡ)和脂蛋白酯酶(LPL)的 基因轉錄相似，在力竭運動后，運動至力竭的低糖原腿中PKD4、HKⅡ、LPL的mRNA水平明顯 升高，從而導致肌細胞中糖原增加。

上述這些例子，說明運動、營養(yǎng)和基因組學水平存在相互聯(lián)系和影響，從這方面開展對 運動補劑的研究將大有前途。

3.2 營養(yǎng)蛋白質組學(nutriproteomics 或 nutritional proteomics) 20世紀90年代，人類基因組測序草圖譜完成。但很快就發(fā)現(xiàn)，人的基因只有3～ 4萬個， 但能表達的蛋白質卻多達幾十萬個，每個細胞蛋白質多達萬種。顯然，基因雖是遺傳信息的 源頭，而功能性蛋白是基因功能的執(zhí)行者，故在1994年，Wilkins.M 提出蛋白質組學的 研究概念：一個基因組、一個細胞、一個組織或一生物體所表達的全部蛋白質，探索其在生 物體中作用模式、功能機制、調節(jié)和調控以及蛋白質組群內的相互作用。也就是說蛋白質組 學的中心任務就是闡明功能基因組所表達的真正執(zhí)行生命活動的全部蛋白質其表達的規(guī)律和 功能。上面論及運動和基因及營養(yǎng)存在相互影響的關系，故必然影響到蛋白質的表達，我國 史紹蓉等進行了一系列運動對心肌蛋白組學研究，如發(fā)現(xiàn)右心室肌蛋白組學在分子量為50～ 70 kDa，等電點7～9范圍內10種蛋白(多為能量代謝酶)發(fā)生變化［11］。Nufer.P D ［12］認為 耐力運動主要提高線粒體中酶系統(tǒng)活性，糖類在運動時可調節(jié)轉錄因子sp1和其相關家族成 員，如葡萄糖通過增加磷酸化酶-1蛋白活性,增加乙酰COA羧化酶1（ACC）、瘦素、脂肪酸合 成酶和三磷酸腺苷檸檬酸酶等活性，可見，一個營養(yǎng)素的作用在運動時基因表達上會轉錄產 生多種由蛋白質組成的酶，且具有生物活性。當前蛋白質組學的研究技術日趨成，并廣泛用 于生物科學和醫(yī)藥學領域［13］。可以預期，在運動中，營養(yǎng)、蛋白質組學的研究會 有大 的發(fā)展，尤其是蛋白質、氨基酸營養(yǎng)與肌肉蛋白和力量增長的關系是體能訓練的重要問題。

3.3 營養(yǎng)代謝組學（nutritionalmetabonomics 或 nutritionalmetabolomics)代謝組學是對某一生物或細胞在一特定生理時期內所有低分子量代謝產物同時進行定性 和定量分析的一門新學科，他可用以評價體液、組織液、及組織，如尿液、血液、血漿、唾 液、腦脊液及組織的代謝物變化，從而推論出機體狀態(tài)；代謝組學一詞早在20世紀中葉由英 國Nicholson.J提出，2005年11月6日，我國上海系統(tǒng)生物醫(yī)學研究中心在上海成立，經過 不 到三年研究，于2008年2月5日在PNAS網站發(fā)表，題為《共生微生物可以改變人體的代謝表型 》， 說明中藥很可能是通過影響人體內共生微生物的基因組來發(fā)揮作用的。Nicholson也認 為，中草藥大多數(shù)是口服的，首先與其發(fā)生互作的可能就是腸道細菌的基因組，腸道細菌對 中草藥的反應如何影響中草藥的藥效和毒性，成為一個十分重要的問題。在運動營養(yǎng)中使用 中藥很多，也是我國特色。因此，研究運動員在合理營養(yǎng)基礎上補充運動營養(yǎng)補品后，在運 動訓練或比賽期中身體內營養(yǎng)與各種體液或細胞代謝物間變化的規(guī)律，從而監(jiān)控運動員身體 對訓練的適應狀態(tài)，應當更具科學性和將有更大突破。李江華等［14］通過對參加20 06年多 哈亞運會短距離游泳比賽的部分男運動員的尿液中化學組分的分析發(fā)現(xiàn),決賽運動員們尿液 中甲基尼克酰胺的相對含量明顯高于非決賽運動員(P

4 總 結

從20世紀末基因組學概念提出以后，以“組學”（-omics）命名的增加約有二百余種，系統(tǒng) 生物學(systems biology)是在這背景下誕生的，系統(tǒng)生物學是在細胞、組織、器官和生物 體整體水平上研究 (結構和功能各異的) 各種分子及其相互作用。并通過計算 生物學定量描述和預測生物功能、表型和行為。系統(tǒng)生物學中研究成果目前主要來源于基因 組學、轉錄組學、蛋白質組學和代謝組學?；蚪M學研究反映了什么是可以發(fā)生的，轉錄組 學則反映將要發(fā)生的，蛋白質組學指出的是賴以發(fā)生的，而只有代謝組學才真正反映出業(yè)已 發(fā)生的。［16］目前，國內外運動營養(yǎng)研究已經開始進入系統(tǒng)生物學之門，目前我國 已具 備這方面條件，希望能早日將系統(tǒng)生物學引入運動營養(yǎng)補品的研究領域，以引領運動營養(yǎng)補 品進入預測性、個性化時代，并與人體運動能力與體質健康提高的復雜系統(tǒng)――適應、代償 ――提高結合起來，更好地為人類健康和運動競技服務。

參考文獻：

［1］伊木清.運動員的營養(yǎng)指南.國際奧委會隊醫(yī)培訓班（東亞國家/地區(qū)）講 義〔M〕.2009：198-214.

［2］鄭建仙，主編.功能性食品(第二卷)［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：1-49 .

［3］中華人民共和國體育運動委員會關于《運動員使用運動營養(yǎng)補品管理暫行辦法》的通知〔C〕.1993-5-10.

［4］楊則宜.運動營養(yǎng)生物化學研究進展［J］.中國運動醫(yī)學雜志，2009，23(2):158-1 63.

［5］王香生，陳亞軍.血糖指數(shù)及其在運動營養(yǎng)實踐中的應用［J］.中國運動醫(yī)學雜 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］陳吉棣.有氧運動、基因表達和慢性性?。跩］.中國運動醫(yī)學雜志,2002，21(1). 61-65.

［11］王娟，史紹蓉，袁愛國，等.運動心臟重塑中大鼠心室肌的差異蛋白質組學研究［J ］.中國運動醫(yī)學雜志，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］特懷曼.R•M著，王恒梁等譯.蛋白質組學原理［M］.化學工業(yè)出版社，2007.

［14］李江華，劉承宜，徐曉陽，等.2006年多哈亞運會短距離游泳男運動員代謝組學研 究［J］.體育科學,2008(2)：42-46.

第4篇：系統(tǒng)生物學概念范文

關鍵詞：生物學；核心概念；建構

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）37-0211-02

一、引言

生物學是研究生命與生命活動規(guī)律的科學，生命科學中的“規(guī)律、原理和方法”都是借助于有關生物學概念得以表述的。所謂的概念是人腦對現(xiàn)實對象和現(xiàn)象的一般特征及本質特征的反映。因此，在生物學教學中讓學生準確、深刻地理解并掌握概念，不僅是學好生物學的前提，也是發(fā)展學生智力和邏輯思維能力的必要條件。生物教師有必要重視概念教學，運用有效的策略幫助學生正確理解和運用概念，進而運用生物學原理、規(guī)律解決生產和生活實踐中的有關生物學問題。

二、核心概念教學的學情背景

初中生物學是孩子真正意義上接觸到系統(tǒng)生物學知識的學科。雖然學生在生物學上的生活感性經驗豐富，但其透過現(xiàn)象看本質和分析問題的能力是有限的。對于剛升入初中的學生來說，能夠對生物學產生興趣，形成系統(tǒng)的生物學知識，為將來高中的學習打下堅實的基礎，核心概念的教學顯得尤為重要。從思維特點上看，學生的抽象思維開始占優(yōu)勢，但仍然是偏重于經驗型的。因此，教材內容的選擇既要充分考慮學生已有的知識和經驗，注意與有關課程的銜接，又要難易適度，避免給學生造成過重的學習負擔。從學習動機上看，學習興趣是積極探究某種事物或從事某種活動的意識傾向。它是構成中學生學習積極性的最重要的心理因素，是推動人們認知活動的內部機制。所以教學中面臨的首要任務是激發(fā)他們濃厚的科技活動興趣，使他們真正喜愛這些活動，又要在學習活動中有效地提高他們的興趣水平，培養(yǎng)他們形成科學志向（科學態(tài)度和科學精神）。關于核心概念的教學，首先還是要以吸引學生的興趣為原則著手教學。從實施過程上看，教師都要反復思考這樣的問題：通過這個教學單元，教師最終希望學生知道什么、理解什么和能夠做什么？教師要怎樣才能實現(xiàn)教學目標？教師要不斷地根據基本問題設計教學活動、學習活動和評價活動，使學生參與基本問題討論和過程學習。當然，這些活動和過程要有助于學生達到基本理解，最終完成知識建構，形成核心概念。

三、初中生物核心概念教學的課堂實施途徑

初中生物學中在核心概念不會太難，但在每個單元中均有所涉及。例如，七年級的“生態(tài)系統(tǒng)”、“食物鏈與食物網”、“DNA”，還有八年級涉及的“先天”、“社會行為”，看起來似乎淺顯易懂，但是對于初中生來說，概念的建構是需要講究方法才能符合中學生的思維習慣的。教學可以直接給出概念，也可以讓學生總結出概念。兩種方法各有優(yōu)勢。不過初中學生的概念教學，必須符合漸進性原則，要符合初中生的年齡特征和研究能力的水平。遵循由淺入深、由簡到繁、由近及遠，由具體到抽象的規(guī)律進行教學。針對人教版初中生物七年級下冊的《神經調節(jié)的基本方式——反射》的教學目標，關于“反射”的概念就是本課的圍繞核心概念，以往是通過模型、比喻或模擬法可以讓抽象問題更易理解和直觀化。不過根據現(xiàn)有的學生的認知水平上，我們嘗試了以下幾種方法以達到教學目標。

（一）實踐體驗

“體驗教學”就是從學生已有的生活經驗出發(fā)，通過學生的親身經歷感受知識奧秘的一種學習方式，主要是通過觀摩或直接使教學活動情景再現(xiàn)，使學生進入教學內容所描述的環(huán)境中進行學習、體驗和感悟，從而得到知識經驗的一種學習方法。

學生的思維是廣闊的活躍的，尤其是在課外或生活中，他們較于成年人還多了一份好奇心，任何事物都很容易引起他們的興趣甚至觸動他們的心靈，他們總有著自己獨特的感受和理解。生物學的很多概念都是與學生生活經驗有關，能夠在課堂上有目的地體驗生活中他們因不熟悉而沒有了解其奧秘的科學，不僅提高了學習興趣也加深了對知識的深刻了解。而且這利用了場景再現(xiàn)，符合中學生的情景記憶規(guī)律。例如，筆者在講解新課之前讓學生配合教師完成一個小游戲：兩名學生被蒙住眼睛，在沒有被告知的情況下，伸手碰到熱杯子，其他學生觀察受試學生做出的反應。引導學生舉出生活中類似的例子，說明人們會對外界的刺激產生相應的反應。導出“反射”這個名詞，讓學生再舉一反三，并指導學生在課堂上合作完成膝跳反射。通過體驗膝跳反射，真實感受人體簡單反射的存在，激發(fā)學習熱情。這時，教師對活動細節(jié)的指導，是保證活動順利地開展的有效做法，學生對活動的說明與分析，不僅提高表達交流的能力，也培養(yǎng)觀察分析問題能力。此時，學生對于“反射”的體驗初步形成。

在學習“反射”這個概念以后，通過組織體驗游戲，又一次點燃了課堂，引發(fā)學生應用本節(jié)概念解決問題的熱情。這些都是通過體驗形式達到學習掌握，并能夠應用概念的效果。

（二）結合生活經驗，教師點撥，總結共性，得出概念

以往的教學中，教師經常發(fā)愁：講過的概念，雖然老師經常反復提到，但仍有同學不能掌握。那是因為，學生對這個概念的理解還僅僅停留在字面上的理解。不然發(fā)現(xiàn)，如果這個概念是他們自己總結而來的，他們不僅會有深刻的印象，而且也會體驗學習的成就感與快樂，激發(fā)并維持學習興趣。例如：在本節(jié)教學中，當學生通過膝跳反射等活動已經體驗這種有規(guī)律的“反射”時，有必要利用類比的方式，舉一反三地讓學生發(fā)現(xiàn)生活中類似的例子，通過這些現(xiàn)象總結他們的共性，得出正確的，科學的表述方式，達到概念的形成。這種方式，也將科學與生活現(xiàn)象以一種嚴謹?shù)男问骄o密地結合起來。

學生的思維是發(fā)散的，需要讓發(fā)散思維和嚴謹?shù)倪壿嬐评碚业揭粋€結合點。要在時間與空間限制的課堂教學上發(fā)現(xiàn)這種聯(lián)系，需要教師的問題的精密設置，步步為營，引導學生學會發(fā)掘相同的例子，并大膽推測總結眾多例子的表象。因此，這種方法可以表述為通過具體生物學現(xiàn)象，利用實例和學生的經驗引導學生進行觀察、比較、辨別，對生物現(xiàn)象的共同屬性、本質特征進行歸納概括，使學生形成正確概念?！胺瓷洹痹诮滩闹械亩x是：人體通過神經系統(tǒng)，對外界或內部的各種刺激所發(fā)生的有規(guī)律的反應。本節(jié)課的具體方法是教師精心設疑，引導出學生對反射概念的總結歸納，同時，通過課本閱讀，教師引導對核心概念中“外部”和“內部”刺激的理解，利用概念分析膝跳反射的刺激和有規(guī)律的反應分別是什么，并用習題進行反饋，達到對“反射”概念的掌握與應用。

（三）多形式的應用反饋

課堂的反饋學習不僅可以檢驗課堂的學習效果，還可以讓概念的學習得到應用，達到“了解—學習—應用”的目的，教師在課堂上也能及時了解學生的掌握情況，及時補充相關的知識點。這種方式可以是多樣化的，比如可以通過在了解概念的前提下，引導學生逆向思維地舉出相關的例子，可以通過對相關問題的習題分析，使同一概念以不同形式對學生產生多次新刺激，幫助學生在課堂上盡可能地認識、理解并掌握應用這些概念，從而使學習過程變得輕松快樂、扎實高效。

例如，課堂上，在學生已經知道“反射”的概念的前提下，引導學生舉出類似的例子，并嘗試思考這些反射都是人生下來就具有的嗎？教師利用圖片情景補充例子，并引導知道反射分為簡單反射和復雜反射。第一次反饋是以“吃到酸梅會分泌唾液”和教材中“望梅止渴的典故”為例，進一步理解簡單反射和復雜反射，達到第一次反饋。在課堂上展示楊梅的圖片，全班體驗復雜反射，請學生表達感受，享受學習的樂趣。第二次反饋是利用習題：嘗試區(qū)分簡單反射和復雜反射。要學會判斷這兩個概念，首先學生要先判斷是不是反射的行為，再根據簡單反射和復雜反射的區(qū)分原則去判斷。所以這樣的習題，就是對核心概念的理解與延伸應用。

（四）圖表歸納

概念教學應該達到的應用水平是在新的情境中使用抽象的概念、原理，進行總結和推廣，建立不同情景下的合理聯(lián)系等。當然我們不可否認概念教學還必須把握系統(tǒng)性原則，如果說思考的一般目的是為了“了解事態(tài)”，那么系統(tǒng)性的邏輯思維就是為了更快更好地“了解事態(tài)”。以問題串推進學生回顧本節(jié)學習，師生共同總結板書，提煉本節(jié)知識體系。課堂總結對一堂課來說至關重要，師生共同總節(jié)，也有利于提高學生對本課主要學習內容的再認識。

四、核心概念教學的原則

在這種核心概念教學的課堂實施中，教師遵循了學科知識內在的邏輯系統(tǒng)和學生的認識發(fā)展、知識積累和能力發(fā)展的規(guī)律，并且把握了以下幾個原則。

1.興趣性原則：激發(fā)學生的學習動機，為學習做最好的鋪墊與指引。

2.創(chuàng)造性原則：學生的創(chuàng)造性包括許多方面，思維的獨創(chuàng)性為其核心。思維的獨創(chuàng)性，是人的一種寶貴的高品位素質，是指個體經過獨立思考，獨特和新穎地解決問題過程中表現(xiàn)出來的能力品質，它充分反映了人的主觀能動性。舉一反三就是一種實施性比較高的方式。

3.個性化原則：從心理學的觀點看，“個性”和“人格”是兩個具有同樣含義的概念，都是對一個人的各種心理特征的綜合，也即一個人的基本的精神面貌。優(yōu)良的個性品質是促進能力發(fā)展和取得工作成就的重要條件，有個性才能有創(chuàng)造性?，F(xiàn)代教育的價值觀認為，教育就是要充實青少年的個性，發(fā)展學生健康個性，尊重學生的個性差異，使其獲得健全和諧的發(fā)展。并且不同階段，不同年齡的學生，其能力發(fā)展的差異程度也不同，教師應當學會面對差異的學生，實施有差異的教育，實現(xiàn)有差異的發(fā)展。課堂的學生體驗，表達交流，不僅可以實現(xiàn)學生的表達欲望，發(fā)揮主觀能動性，激發(fā)發(fā)散思維，還可以及時了解學生對知識的掌握情況。

五、結語

以上就是筆者在生物學核心概念教學中的一些體會和探索，基于學生的現(xiàn)實基礎，對教師提出了較高的要求：教師不僅要在課前做好充分的準備，還要能夠在課堂上根據學生的不同觀點，不同見解做出靈活快捷的反應，以多種形式達到核心概念的建構。而如何準確定位教師在教學課中的角色，讓教師變成真正意義上的參與者、引導者、合作者，如何處理好學生主動實踐與教師有效指導的關系，將是我們要進一步探討的問題。

參考文獻：

第5篇：系統(tǒng)生物學概念范文

1 四氣

四氣又名“四性”，是指中藥“寒、熱、溫、涼”四種不同的藥性，是從藥物作用于機體產生的反應。四性理論是一個較為復雜的理論體系，目前“中藥藥性理論的科學性”成為了中藥研究熱點。

按照現(xiàn)代藥理研究，可以重新定義“四性”的概念，即是具有糾正機體寒證或熱證內在活性的一類中藥。具體表現(xiàn)在：寒涼藥可抑制中樞神經系統(tǒng)、交感神經和內分泌系統(tǒng)的興奮性，并能降低基礎代謝率；反之，溫熱藥則具有興奮中樞神經、交感神經和內分泌系統(tǒng)，能提高基礎代謝率。歐陽兵[1]提出的 “組群中藥四性組合性效譜”假說。他認為四性屬性相同、功效相近的中藥理論上應當具有基本相同的、能客觀反映其藥性寒熱本質的“性效譜”。“性效譜”即可作為界定某一新中藥四性屬性的科學依據。

近期的相關研究顯示，中藥的四氣屬性與其化學成分有關。并總結出如下規(guī)律：溫熱藥多含有生物堿類、揮發(fā)油；寒涼藥多含有蒽苷、皂苷等苷類成分及薄荷腦。此外，中藥中鋅、銅含量高者其藥性多寒涼，反之則藥性多溫熱。由此可見，中藥所含化學成分及含量多是中藥藥性的決定因素之一。

2 五味

藥物具有辛、酸、甘、苦、咸五種不同的味道，五味不僅是味道，也是對中藥的功效的概括和總結，現(xiàn)代研究表明，五味與其有效成分和藥理作用也存在著聯(lián)系。

金勇[2]選用60味涵蓋所有性味歸經的常用中藥，按常規(guī)法煎成藥液，給小鼠服用，結果發(fā)現(xiàn)“五味”作用之間表現(xiàn)為各種藥性影響各器官組織的性質（興奮或抑制）及其強弱的不同，“五味”的作用主要影響間腦、大腦、小腦、脊髓、肺臟、腎臟、胰腺、頭顱骨等器官組織，對其他器官組織的影響較小。實驗說明“五味”的作用可能指的是中藥對神經、內分泌免疫網絡。查青林[3] 從古代本草文獻中選取五味分類確定的治療咳嗽中藥，提取文獻中MeSH 詞數(shù)據并用關聯(lián)規(guī)則分析、因子分析進一步處理，發(fā)現(xiàn)不同五味分類中藥 MeSH 詞關聯(lián)網絡特征。結果發(fā)現(xiàn)中藥五味分類在代謝方面有其自身生物學特征的調整作用。

3 歸經

郭順根等[4]應用放射性自顯影技術研究了川芎活性成分之一的川芎嗪在小白鼠體內細胞、組織、器官的定位分布。表明川芎的活性成分川芎嗪的體內分布與川芎歸經密切相關。許福泉[5]通過對膀胱經中藥功效、活性、化學成分等進行整理統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)黃酮類成分與其主要功效相吻合，提示具有相同結構類型的抑（抗）菌黃酮成分是中藥歸膀胱經的重要歸經物質基礎，與膀胱經“屬膀胱，絡腎，與心腦有聯(lián)系”的中醫(yī)認識相吻合。

4 升降沉浮

升降沉浮理論是藥物對機體有向上、向下、向外、向內四種不同作用的趨向。是疾病所表現(xiàn)出來的趨向性。升降沉浮屬性是與藥物的氣味、質地密切相關。

現(xiàn)代中藥學理論對藥物雙向性進行了一定的解釋，在近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，這一現(xiàn)象是客觀存在的。例如，對川芎的藥學研究中證實“川芎中所含的川芎嗪，阿魏酸對血管平滑肌有解痙作用及抗血栓形成作用，同時川芎嗪能增加腦血流量，顯著降低腦血管阻力，抑制子宮平滑肌的作用”[6]。周剛[7]采用分析試錯法、直觀法、歸納法、演繹法、直感類比法等試探法在中藥的升降浮沉理論形成過程中所發(fā)揮的指導性作用?？梢?，在試探法指導下形成的具有明顯的古代思辨哲學色彩的中藥升降浮沉傳統(tǒng)理論，是中藥學的特色和優(yōu)勢之一。

中藥藥性理論是現(xiàn)代中藥基礎理論研究的熱點，在藥物試驗的基礎上，還有很多信息學及數(shù)據挖掘技術對此理論的研究。周福生[8]采用基于藥性位勢模型與功效知識元網格的模型化表征方法，探索中藥性理論與功效之間的內在關聯(lián)規(guī)律，從而用現(xiàn)代科學理論解釋中藥的藥性理論。沈志沖[9]通過對臨床中藥按照四氣、五味、歸經以及功效 4 個層面的逐層分類，進行科學的分析與解釋。旨在將中醫(yī)藥理論融為一體，形成一個科學的理論知識，更加科學的指導臨床應用。王耘[10]將中醫(yī)藥的基本理論與思想同系統(tǒng)生物學的技術手段相結合，并建立的數(shù)學模型，研究中藥藥性的系統(tǒng)學意義，建立以中藥藥性理論為基礎的中藥藥效評價方法。雷鈞濤[11]介紹了一種用基于光譜指紋圖譜單體的定量構效關系研究類比說明基于光譜指紋圖譜的中藥性味研究。中藥指紋圖譜具有特征性，重現(xiàn)性和可操作性。其目標是實現(xiàn)指紋圖譜特征和藥性相關性研究。包括開展指紋圖譜特征分別和藥性、藥效的研究以及三者之間相關性研究。

隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，會有更多更科學的方法研究傳統(tǒng)的中藥理論，為此證明中藥理論的科學性和客觀性。并不斷充實和完善相關理論基礎，才能更好的指導臨床實踐。

參 考 文 獻

[1] 歐陽兵，王振國，王鵬，等.“組群中藥四性組合性效譜”假說及其論證.山東中醫(yī)雜志，2006：25（3）：154-156.

[2] 金勇，俞仲毅，王博，等. 中藥“五味”作用的形態(tài)學基礎研究.上海中醫(yī)藥大學學報， 2009， 23（3）：67-71.

[3] 查青林，余俊英，余飛，等.基于代謝相關MeSH 詞文本挖掘分析治療咳嗽中藥五味分類的生物學特征.中國中醫(yī)基礎醫(yī)學雜志，2010，16 （7）：616-618.

[4] 郭順根，牛建昭，賁長恩，等.3 h-川芎嗪在動物體內分布的放射自顯影研究.中國醫(yī)藥學報，1989，4（3）：17-21.

[5] 許福泉，管華詩，馮媛媛，等.基于化學成分的中藥歸經研究.亞太傳統(tǒng)醫(yī)藥，2012，8（5）：197-199.

[6] 羅集鵬.生藥學.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1998：106.

[7] 周剛，徐剛，龔千峰，等.淺探中藥升降浮沉傳統(tǒng)理論的形成方法-試探法.第一軍醫(yī)大學分校學報，2001，24（1） ：15.

[8] 周福生.中藥藥性理論模型化表征方法研究思.世界科學技術，2009，11（2）：229-234.

[9] 沈志沖.藥性理論的臨床中藥分類體系建設.中國醫(yī)藥科學，2011，1（24）：100-109.

第6篇：系統(tǒng)生物學概念范文

2009年，衛(wèi)生部立項“十二五”八年制規(guī)劃教材《生物信息學》的編寫工作，并將生物信息學列為八年制醫(yī)學生的必修課。這是中國現(xiàn)代醫(yī)學教育的一件大事，一方面體現(xiàn)國家對高等醫(yī)學人才全面發(fā)展、提高理工科理論水平的重視程度；另一方面也表明生物信息學理論已經深入到生物醫(yī)學科研和實際應用層面，理論生物醫(yī)學研究已經被國內院校所接受，成為生物醫(yī)學學科群的重要組成部分[1]。

生物信息學是一門新興的交叉學科，有非常明顯的理工科特性，即在有良好的生物醫(yī)學背景下，注重數(shù)學思維和計算機操作能力，這對于我們目前以醫(yī)學專業(yè)學習為主的高等醫(yī)學教育產生一定的挑戰(zhàn)。如何在有限的學時基礎上，完成生物信息學教學任務的同時，讓學生初步掌握科研、臨床中應用生物信息學的能力，形成理工科處理醫(yī)學問題的思維，是目前在八年制學生中開展生物信息學教學迫切需要研討的問題。筆者作為主講教師于哈爾濱醫(yī)科大學完成了兩輪八年制生物信息學教學任務，通過教學過程、課后調研及考試分析，總結了八年制學生對學習生物信息學的一些認識和學習期間遇到的問題，在這里共同探討，以便于推進醫(yī)學院校生物信息學的教學工作，培養(yǎng)更高理論和實踐層次的醫(yī)學人才。

一、授課對象

課程面向臨床醫(yī)學八年制學生93人、基礎醫(yī)學八年制（基地班）學生60人，學生入學錄取分數(shù)高于生源地重本線50分以上。開課時兩個專業(yè)的學生均處于大學三年級，已經學完高數(shù)、計算機基礎等理工基礎課，分子生物、細胞生物等生物學基礎課，以及組胚、生理等醫(yī)學基礎課，開課學期同時學習遺傳、免疫、病理和藥理學課程；部分學生參加PBL教學，已經完成呼吸、消化、循環(huán)系統(tǒng)的知識學習。

二、教材和課程內容選擇

面向兩個軌道分別開展《醫(yī)學信息分析方法》（36學時）和《生物信息學概論》（56學時）兩門課程。兩個軌道均以人民衛(wèi)生出版社規(guī)劃教材《生物信息學》2010年第一版為主講教材[2]，結合臨床醫(yī)學和基礎醫(yī)學的學科特點，采取教師自主選擇內容的方式講授。

在臨床專業(yè)中以疾病理論和分析方法為中心，專題式講解疾病分析相關資源、研究策略和常用軟件工具。36學時的《醫(yī)學信息分析方法》講授疾病數(shù)據資源和系統(tǒng)理論、遺傳多態(tài)與疾病定位、轉錄調控信息學與復雜疾病分析、miRNA表達與疾病分類、疾病狀態(tài)表觀遺傳改變，及測序技術與疾病研究進展等6個專題。每個專題包括4學時理論課程和2學時上機實踐。理論課程強調分子生物學基礎、實驗設計思想和分析理念，實踐課程以疾病為中心，由教師指引，學生自主完成一個小規(guī)模的實驗設計、數(shù)據下載到結果分析的全程化信息學實踐。

在基礎專業(yè)中強調生物醫(yī)學研究數(shù)據資源、計算生物醫(yī)學方法和實驗設計手段，系統(tǒng)講解生物信息學在生物醫(yī)學研究中的理論和實踐技術。講授內容涉及序列數(shù)據資源與分析方法、分子進化、基因表達與調控、蛋白質組學信息學、網絡系統(tǒng)生物學、遺傳和表觀遺傳計算分析、疾病的計算系統(tǒng)生物學等較全面的生物信息學方法和理論，要求學生能夠在生物醫(yī)學研究中貫穿理工科分析思維，不僅能熟練運用相應的網絡資源和軟件工具，還能對生物信息學方法理論有一定了解，熟悉不同方法的擴展性應用。理論和實踐課基本按照2比1分配，實踐課程根據內容需要選取生物學或醫(yī)學問題進行全程模擬實驗。

三、考試形式和分析

現(xiàn)階段，兩個八年制專業(yè)的生物信息學教學以必修考查課形式進行，采取開卷考試、實驗報告和標書設計三種考核方式，以便于了解學生對本門課程的學習和對生物信息學研究思想的領悟情況。

開卷考試試題均為主觀題，其中理論基礎題考查概念、重要的研究思路和經典的研究方法；案例分析題要求學生能夠在學過的或書本上的知識基礎上，聯(lián)系生物醫(yī)學知識進行案例分析，選取相應的方法解決特定的問題；思維拓展題給定學生主題詞，由學生進行以生物信息學方法為工具的課題流程設計。考試結果表明學生能夠通過學習了解基本的生物信息學方法，并具備初步運用新方法解決實際問題的能力，但考試也反映出，大學三年級學生還具有一定的科研思維局限性，不能夠完全把握課題設計過程的創(chuàng)新性和可靠性原則。

實踐能力考查主要通過實驗報告進行，實驗報告要寫明研究問題名稱、實驗數(shù)據、處理方法、處理結果和結果分析討論。通過實驗報告的提交，學生基本能夠就相應的問題自主選擇數(shù)據、進行一般性軟件分析，并能夠對實驗結果進行知識面內的討論和思考，得出符合問題要求的結論。

標書設計作為課后實踐，要求學生就自己感興趣的研究方向進行課題設計。設計內容可以為生物信息學方法研究，也可以以生物信息學為工具進行生物醫(yī)學問題的探討和分析。大多數(shù)學生能夠通過文獻查閱、原先具備的生物醫(yī)學知識總結，發(fā)現(xiàn)有意義的生物醫(yī)學問題，設計內容具有現(xiàn)實意義和一定創(chuàng)新性的，部分課題還有較好的可行性。很多標書設計也暴露出在三年級開展生物信息學時，學生的臨床醫(yī)學知識還比較欠缺，有時候不能很好的發(fā)現(xiàn)具有醫(yī)學意義或應用價值的課題，也比較難于理解生物信息學在實際應用中的價值。

四、學生反饋和教學心得

通過課堂互動、課程臨近結束時進行的問卷調查，筆者進一步了解了學生在生物信息學學習過程中的一些困惑，及一些意見和建議。主要問題如下：

1、課程理論性強，計算強度大

學生們普遍反映生物信息學與他們學習的其他課程不一樣，生物醫(yī)學課程偏向于文科性質，主要靠記憶，而生物信息學理科特性很強，需要深入理解分析。另外學生的數(shù)理知識有限，感到有些算法比較難，根本聽不懂。

2、課程內容多，課時少

許多學生通過學習對生物信息學產生了濃厚的興趣，真切感受到生物信息學對于他們未來的學習、科研和臨床工作將有很大幫助，但是課時太少，不能夠在現(xiàn)有課時下理解全部理論。

3、實踐課時少，計算機能力薄弱

絕大多數(shù)學生都認為生物信息學需要通過理論結合實踐的方法來學習才能更好的掌握?，F(xiàn)有的實踐課程只能完成基本的教學任務，對于眾多的研究工具和研究方法只有感性認識。另外大家在實踐中也感覺到自身的計算機知識很有限，在高通量數(shù)據處理面前力不從心，影響對問題的分析能力。

4、課程開課偏早，背景知識不全

很多學生反映三年級時，八年制學生還沒有進行統(tǒng)計學、臨床各學科的培養(yǎng)，知識背景不足，很難理解生物信息學中重要的算法公式，也很難對醫(yī)學問題進行更為深入的思考。

學生們的反饋基本上反映出他們在學習生物信息學時所遇到的困難。筆者所在教研室教師（包括多名規(guī)劃教材的參編者）共同進行了深入探討，認為應當根據學生意愿向學校申請①增加理論課課時，分別由24和36增加為28和44學時；②增加實踐課課時，分別由12和20增加20和28學時；③適當降低理論難度，減少不必要的數(shù)學理論推導，提請學校為八年制學生增設概率統(tǒng)計和計算機編程課程。

生物信息學的理工科特性決定了生物信息學課程在醫(yī)學教育中開展的難度。雖然醫(yī)學院校學生課業(yè)重、訓練強度大，但是現(xiàn)代生物醫(yī)學發(fā)展趨勢告訴我們，生物信息學必然在未來的生物醫(yī)學研究中處于關鍵地位[3]。不斷改進教學手段、加強教學過程的趣味性，更為全面的貫徹以疾病和問題為中心的教學理念，培養(yǎng)理工醫(yī)結合的現(xiàn)代化醫(yī)學人才是生物信息教學工作者共同的努力方向，這些理念在不久的將來也會隨著教學實踐的不斷深入而在新版《生物信息學》出版時得到進一步體現(xiàn)。

參考文獻

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

第7篇：系統(tǒng)生物學概念范文

入選技術集中在可以改善人們生活、推動行業(yè)變革和維護地球生態(tài)等領域。在各項技術被廣泛使用之前，論壇也提供了一個辯論平臺，討論技術可能會為人類、社會、經濟和環(huán)境方面帶來的風險和擔憂。

韓國前沿科技研究所特聘教授Sang Yup Lee在會上表示，今年選中的新興技術與往年相比，生物科學類要更突出，且除了考量不同技術對人類的好處外，也更顧及其對環(huán)境的影響。

另一個考量的標準，是該技術從實驗室推向市場的可行度。“我們希望這些變革性的技術能夠加快速度成為現(xiàn)實，這也是第四次工業(yè)革命的概念之一：跨越學術界與商業(yè)應用之間的障礙，讓行業(yè)或普通人很快獲得這些技術?！盨ang Yup Lee說。

世界經濟論壇的技術先鋒成員，1QBit公司的CEO和聯(lián)合創(chuàng)始人Andrew Fursman在接受界面新聞記者專訪時則表示，在公布的十大新興技術中，他最看好“開放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)”的商業(yè)化應用：“由于人工智能具備的用戶友好性，人們在使用過程中更加自然、便捷，就像人與人交流一樣，而無需專業(yè)的知識技能學習?！?/p>

他同時指出，雖然新興技術越來越多元，但對于越來越開放的中國科技界和投資界來說，技術的交流與發(fā)展將更加順暢，“過往只有外國資本進入中國的科技產業(yè)，如今反向的操作越來越多，中國資本非常活躍，不同國家與地區(qū)之間的技術融合也更加容易”。

多元化的突破性技術不久便可以解決世界上最為緊迫的挑戰(zhàn)。這些前沿科技包括可以為整個村莊提供電力的電池，具有“社會意識”的人工智能，和新一代太陽能電池板等。以下是十大上榜技術：

1.納米傳感器和納米級別物聯(lián)網

納米傳感器能夠進入人體循環(huán)系統(tǒng)，或被植入到建筑材料中。2020年，物聯(lián)網預計將擁有300億個連接設備。一旦連接，納米級別物聯(lián)網將會對未來的醫(yī)藥，建筑、農業(yè)和藥物制造產生巨大的影響。

2.下一代電池

匹配供求關系是可再生能源使用的最大障礙之一，但近期在使用鈉、鋁和鋅電池進行能源存儲的新進步，使構建小型電網并為整個村莊的提供清潔又可靠的能源成為可能。

3.區(qū)塊鏈技術

此前，記錄比特幣的分布式電子交易賬本，已經使區(qū)塊鏈技術廣泛使用。僅2015年一年，風險投資企業(yè)對區(qū)塊鏈行業(yè)投資金額就突破十億美元，其從根本上改變市場及政府工作方式的經濟和社會影響才逐漸顯現(xiàn)。

4.二維材料

雖然不是僅有的一種，但石墨烯或許是最聞名的單原子層材料。大幅降低的生產成本，得益于2D材料的廣泛應用，包括空氣凈化器、凈水器、新一代的可穿戴設備和電池等。

5.無人駕駛汽車

雖然無人駕駛車目前在世界上大部分國家尚未完全合法化，但其在挽救生命、節(jié)能減排、促進經濟發(fā)展、改善老年人生活質量等方面的潛在優(yōu)勢，使得與其相關的重要技術先驅已經開始飛速發(fā)展。

6.器官芯片

只有一個記憶卡大小的人體器官微縮模型，可以使研究人員用前所未有的方式見證生物機制和行為，為醫(yī)學研究和藥物制造帶來徹底的變革。

7.鈣鈦礦型太陽能電池

這種新的光伏材料對目前的硅太陽能電池進行了三處改進，使其更容易生產、幾乎能在任何地方使用，并且迄今為止不斷提高發(fā)電效率。

8.開放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)

自然語言處理和社會認知算法的共同提升，再加上前所未有的豐富數(shù)據，很快就會讓智能數(shù)字助理服務一個人生活的方方面面，例如管理財務和健康狀況，甚至幫他挑選要穿的衣服。

9.光遺傳學

使用光和色去記錄神經元在大腦中的活動并不陌生，但近期研究發(fā)現(xiàn)，光還可以深入大腦，用于更好的治療腦部疾病。

第8篇：系統(tǒng)生物學概念范文

關鍵詞：信息中醫(yī)學；信息中藥學；中藥基礎理論；現(xiàn)代化；藥理學；方法學；生理病理模型

中圖分類號：R2-03

文獻標識碼：A 　文章編號：1673-7717(2007)12-2595-02

中醫(yī)現(xiàn)代化的關鍵在于中醫(yī)基礎理論現(xiàn)代化，中藥現(xiàn)代化的關鍵也在于中藥基礎理論現(xiàn)代化。中藥學是中醫(yī)理論在藥學上的具體應用和體現(xiàn)，所以中藥基礎理論現(xiàn)代化的關鍵也在于中醫(yī)基礎理論現(xiàn)代化。中醫(yī)基礎理論現(xiàn)代化是中藥現(xiàn)代化開發(fā)研究的基本前提。近年來，筆者提出并闡述了信息中醫(yī)學的概念、理論和方法，實現(xiàn)了中醫(yī)基礎理論現(xiàn)代化研究的突破，以此為基礎創(chuàng)建信息中藥學，將實現(xiàn)中藥基礎理論現(xiàn)代化研究的突破。

1.信息中醫(yī)學在中藥現(xiàn)代化研究中的應用

信息中醫(yī)學是以信息方法為主要方法，主要研究人的生命整體層次信息的內容及其運動規(guī)律，擴展人類處理生命信息的智力功能的醫(yī)學。 　根據中醫(yī)形氣神理論，結合現(xiàn)代生理學，信息中醫(yī)學把氣血理論中氣血的有形部分，詮釋為生理學意義上血液和組織液。

信息中醫(yī)學認為氣血(血液組織液)是人的生命整體層次信息的天然載體，為研究和應用提供了足夠的信息豐度；直接從氣血獲取生命信息將減少信息失真；在日、年等完整的生命節(jié)律時段內，通過連續(xù)提取人血液指紋圖譜信息，以中醫(yī)藏象理論為框架，構建動態(tài)的人整體層次的生命信息模型體系即血液指紋圖譜藏象信息模型體系，來實現(xiàn)中醫(yī)學的理論表達，并在此基礎上以信息技術實現(xiàn)中醫(yī)學的研究與實際應用。藏象信息模型充分的體現(xiàn)了信息中醫(yī)學的內涵，克服了既往四診提取信息方法信息量不足而且穩(wěn)定性差、客觀記錄不便的缺點，充分證明了中醫(yī)數(shù)學模型體系的科學性和有效性，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)中醫(yī)最充分的繼承和創(chuàng)新。

信息中醫(yī)學及藏象信息模型體系不僅充分的實現(xiàn)了對傳統(tǒng)中醫(yī)的繼承和創(chuàng)新，而且從人生命信息的整體層次充分整合了生理學、病理學、藥理學等醫(yī)學和生物學的研究成果，實現(xiàn)了對系統(tǒng)生物學研究的升華。

信息中醫(yī)學及藏象信息模型體系應用到中藥現(xiàn)代化研究中，將解決以下幾個問題。

1.1實現(xiàn)中藥基礎理論客觀化　藥性理論是中藥研究和應用的基礎，這里所說的“藥性”是指與療效有關的藥物的性質與性能的統(tǒng)稱，它包括四氣、五味、升降沉浮、性味歸經等。以信息中醫(yī)學和藏象信息模型體系為平臺，根據每一味藥物在藏象信息模型體系中生理和病理狀態(tài)下的不同反應，可以實現(xiàn)對藥性客觀的定性與定量。

同理也可實現(xiàn)用藥禁忌、品種鑒定等理論客觀化和實現(xiàn)復方理論和研究方法客觀化，即實現(xiàn)中藥基礎理論的客觀化。

1.2創(chuàng)造了適合中醫(yī)藥研究的生理病理模型　藏象信息模型體系的建立，創(chuàng)造了適合中醫(yī)藥研究的生理和病理模型(病理模型即中醫(yī)“證”動物模型)，實現(xiàn)了以中醫(yī)的方式進行中藥藥理學研究的突破，提供了實驗和臨床的藥效學及藥代學研究平臺。

1.3實現(xiàn)了中醫(yī)學對實驗動物屬性的劃分　西醫(yī)藥普遍利用實驗動物做臨床前的藥學研究，并通過臨床研究來驗證臨床前研究的有效性。能否通過對既往臨床研究藥學研究與臨床前研究藥學研究的數(shù)據進行分析，并建立一個公式，直接根據臨床前研究藥學研究的數(shù)據對臨床研究藥學研究進行準確的預測?

信息中醫(yī)學及藏象信息模型體系可以實現(xiàn)這一理想。中醫(yī)理論有對動物劃分五行屬性的內容，血液指紋圖譜藏象信息模型體系在人和不同實驗動物上一定有區(qū)別，而且是可以客觀化定性定量的區(qū)別，這樣就可以建立一個公式，直接根據臨床前研究藥學研究的數(shù)據對臨床研究藥學研究進行準確的預測。 　藏象信息模型體系數(shù)學實驗的開展也將支持這一目標的實現(xiàn)。

1.4創(chuàng)新中藥藥理學研究方法　近年來，國內相繼有證治藥動學、時辰藥動學、血清藥理學、藥動學一藥效學(PK-PD)模型、胃腸藥動學、中藥指紋圖譜藥動學、藥效-藥動-時間三維模型等中藥藥理學新方法的提出和應用。

指紋圖譜方法是處理海量信息的適宜方法，中藥化學和中藥藥理學研究的對象是擁有海量信息的復雜系統(tǒng)和開放式復雜巨系統(tǒng)。因此，信息中醫(yī)學認為無論中藥化學還是中藥藥理學，指紋圖譜方法都是目前為止最適宜的方法。

綜合以上內容和方法，信息中醫(yī)學提出指紋圖譜-證象-藥效-藥動學研究方法，其中指紋圖譜包括中藥指紋圖譜和血液指紋圖譜，證象包括血液指紋圖譜藏象信息模型體系，其中也包含著時間因素。指紋圖譜-證象-藥效-藥動學研究方法。從分子水平上和藥物整體信息層次與人生命信息的整體層次上對藥和證進行客觀的定性與定量的研究，中藥復方是中醫(yī)臨床治療最主要的特點之一，研究中藥復方作用的物質基礎和作用規(guī)律是實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化的關鍵，本方法實現(xiàn)了這一研究的方法突破。

2.創(chuàng)建信息中藥學

2.1信患中藥學的概念　傳統(tǒng)中藥學是以中醫(yī)學為理論基礎的中藥學，信息中藥學是以信息中醫(yī)學為理論基礎的中藥學，根據信息中醫(yī)學為理論，信息中藥學解決了中藥基礎理論客觀化的問題，更解決和發(fā)展了中藥應用理論，大大有利于指導臨床用藥及開發(fā)新產品。 　信息中藥學還將解決更多的藥學問題，以下試舉兩例。

2.2擴展了傳統(tǒng)中藥學的范圍　岳鳳先教授曾經多次撰文倡導西藥中藥化研究，信息中藥學的提出和新的中藥藥理學研究方法的創(chuàng)建為這一倡議提供了技術保證，因此，信息中藥學的理論和方法實際上實現(xiàn)了對西藥體系的包容。

另外，現(xiàn)代醫(yī)藥學中經常應用的生物制劑和微生物制劑、酶制劑、免疫用品和組織學組織工程學制劑等等，也因為以上原因，由信息中藥學的理論和方法實際上實現(xiàn)了其的中藥化。

2.3對中藥學進行了的重新分類　根據信息中藥學的概念，中藥學將以藥物的信息屬性為標準對傳統(tǒng)中藥和對被包容進來的西藥體系進行重新分類。

3.創(chuàng)建信息中藥學的意義

第9篇：系統(tǒng)生物學概念范文

關鍵詞：代謝組學；中醫(yī)證候；應用

中圖分類號：R2-03 文獻標識碼：A 文章編號：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

代謝組學是一門對生物體內所有代謝物進行定量分析，并尋找代謝物與生理病理變化的相對關系，揭示機體生命活動代謝本質的科學，其研究對象大都是相對分子質量1000以內的小分子物質。中醫(yī)證候是通過中醫(yī)四診獲取的基本信息，概括人體在病程中某一時間段的病理狀態(tài)。因此，通過祖國醫(yī)學對人體所處證候的分類研究，用代謝組學方法對生理病理信息進行分析，認識人體的狀態(tài)特征，從更深層次溝通中西醫(yī)兩種醫(yī)學體系，是實現(xiàn)中醫(yī)學證候現(xiàn)代化的有效途徑之一?，F(xiàn)將代謝組學在中醫(yī)證候本質研究中的應用概況論述如下。

1 代謝組學

1.1概況

國際“代謝組學之父”、英國帝國理工大學Jeremy K.Nicholson教授基于長期對生物體液的研究，于1999年提出了代謝組學的概念：定量測量生物系統(tǒng)對病生理刺激和基因修改所做的與時間相關的多參數(shù)代謝應答[1]。從健康到病理改變，從體質到證候，人體的代謝產物會隨之發(fā)生動態(tài)變化。所以，利用代謝組學研究人體代謝物組，可以用于疾病的診斷和中醫(yī)證候的判斷。

1.2研究方法

代謝組學的研究一般包括代謝組數(shù)據的采集、數(shù)據預處理、多變量數(shù)據分析、標記物識別和途徑分析等步驟。生物樣品(如尿液、血液和培養(yǎng)液等)采集后進行生物反應滅活、預處理。運用核磁共振、質譜或色譜等檢測其中代謝物的種類、含量、狀態(tài)及其變化，得到代謝譜或代謝指紋，再使用多變量數(shù)據分析方法對獲得的多維復雜數(shù)據進行降維和信息挖掘，并研究相關代謝物變化涉及的代謝途徑和變化規(guī)律，以闡述生物體對相應刺激的響應機制、發(fā)現(xiàn)生物標記物[2]。

1.2.1生物樣本采集 血漿或血清、尿液、糞便提取物、舌苔液、唾液，以及生物組織樣品等各種生物體液，都是代謝組學的生物樣本。王全軍等[3]研究Z24染毒大鼠血漿的代謝表型改變，及其與組織病理、血液生化指標的相關性，探討代謝組學在藥物毒性早期篩選中的應用。雷榮輝等[4]運用代謝組學檢測納米銅染毒大鼠的血清代謝成分變化，結合常規(guī)血液生化和組織病理學檢查，尋找損害早期的代謝標記物，揭示血液代謝表型變化與納米銅靶器官損害間的關系。王勇等[5]研究三聚氰胺對兒童尿液代謝的影響，闡明代謝組學能應用于三聚氰胺導致的代謝異常研究，以及三聚氰胺導致腎損傷的無創(chuàng)檢測。

1.2.2測定方法 完成生物樣本采集后，需要對代謝產物進行測定。縱觀諸多文獻，色譜、質譜（MS）、核磁共振譜（NMR）、紅外光譜、電化學檢測等都被廣泛應用于代謝組學的研究中。其中，色譜-質譜聯(lián)用、NMR成為最主要的測定方法。黃強等[6]概括了色譜-質譜聯(lián)用技術在代謝組學中的廣泛應用，分別介紹了氣相色譜-質譜聯(lián)用(GC-MS)、液相色譜-質譜聯(lián)用(LC-MS)、毛細管電泳-質譜聯(lián)(CE-MS)，以及基于色譜-質譜聯(lián)用技術的代謝組學數(shù)據處理。危陽洋等[7]基于核磁共振(NMR)代謝組學方法，研究甲亢患者和健康人群的血清和尿液特征代謝物。

1.2.3多變量數(shù)據分析方法 基于代謝組學得到的海量信息，主成分分析（PCA）、偏最小二乘法-判別分析(PLS-DA)、非線性映射（NLM）、聚類分析（HCA）、人工神經元網絡(ANN)等模式識別技術成為數(shù)據分析的主要應用手段。其中，PCA和PLS-DA是代謝組學研究中常用的分析方法。

2 代謝組學在中醫(yī)證候本質研究中的應用

中醫(yī)證候是一個復雜的生命現(xiàn)象。近年來孕育而生的代謝組學，能整體反映生物體功能水平，還能精細測量代謝產物。融入當前系統(tǒng)生物學的學術內涵對于中醫(yī)證候的本質研究將是必然的趨勢。后基因組時代的到來，分子生物學作為現(xiàn)代生命科學的前沿學科，為中醫(yī)證候的本質研究提供了新的研究思路和技術平臺。運用代謝組學這一現(xiàn)代最新技術探討中醫(yī)證候的本質內涵，為從微觀解讀中醫(yī)證候的本質提供了可能，更為中醫(yī)證候現(xiàn)代研究開辟嶄新的研究領域。因此，查閱了近10年來的相關文獻，總結了以下代謝組學在中醫(yī)證候本質研究中的應用概況。

2.1腎陽虛證

董飛俠等[8]選擇慢性腎?、笃诨颊?0例(腎陽虛者、非腎陽虛者各30例)和體檢健康志愿者30例，運用尿液代謝組學指紋譜方法進行研究。結果觀察到慢性腎?、笃谂c正常樣本代謝模式差異非常顯著，建立的預測能力也很強。25個差異代謝物排序后，經過標準品鑒定差異性物質的關鍵代謝成分分別是丙氨酸、胺基丙二酸二乙酯等物質，并且明確變化方向和代謝途徑，能很好區(qū)分腎陽虛證與非腎陽虛證的差異性。楊麗萍等[9]采用代謝組學研究發(fā)現(xiàn)腎陽虛模型動物的代謝網絡明顯偏離正常組動物，而用溫陽中藥干預后，模型動物的代謝譜回歸至正常范圍，呈現(xiàn)網絡修復的結果。

2.2虛寒證

徐斌等[10]觀察大鼠灌胃給予龍膽水煎劑(RGD)后其尿液代謝譜變化及其與龍膽寒性作用的相關性。測定大鼠尿樣的核磁共振氫譜([1H]NMR)數(shù)據表明，RGD組與對照組在主成分分析得分圖中呈聚類型分布，兩組間未見重疊。RGD組尿樣中葡萄糖、氨基酸等明顯增加，?；撬帷⒌跞装返让黠@減少。長時間給予較大劑量RGD可使大鼠出現(xiàn)虛寒證體征，給藥后尿液[1H]NMR譜變化與龍膽寒性作用相關。

2.3寒證與熱證

汪江山等[11]采用基于超高效液相色譜-時間飛行質譜(UPLC-Q-TOF)的血漿代謝組學方法，分析類風濕性關節(jié)炎(RA)的疾病分型。結果可明顯區(qū)分RA的不同病程(穩(wěn)定期與活動期)和中醫(yī)特定證候(寒證與熱證)等疾病亞型。因此，代謝組學在闡明傳統(tǒng)中醫(yī)理論，促進中醫(yī)與現(xiàn)代醫(yī)學的交流上有著廣泛的應用前景。

2.4血熱證

劉衛(wèi)紅等[12]采用核磁共振譜儀技術，分析53例銀屑病血熱證治療前后及31例健康志愿者血漿代謝產物譜的差異。結果顯示銀屑病血熱證患者與健康對照組能被明顯區(qū)分，銀屑病血熱證治療前后也能較好分開。涼血解毒湯能調節(jié)銀屑病血熱證患者的糖脂類代謝，使其代謝網絡呈現(xiàn)向正常狀態(tài)修復的趨勢。所以，代謝組學方法能較全面反映生物體的生理病理及代謝狀態(tài)，并可應用于藥效評價研究。

2.5 肝火亢盛證、痰濕雍盛證及陰虛陽亢證

陸益紅等[13]探討原發(fā)性高血壓辨證分型與基于GC/MS血清代謝組學的關系。應用GC/MS測定健康人及原發(fā)性高血壓病人血清內源性代謝物，分析他們的代謝譜后表明健康人與高血壓病人血清代謝譜有明顯差異，上述三種證型的高血壓可被清晰區(qū)分，高血壓的發(fā)展過程也可顯示。可見，基于GC/MS和模式識別的代謝組學技術在揭示傳統(tǒng)中醫(yī)理論本質上有著廣泛的應用前景，不失為探尋證候物質基礎的較適宜手段。

2.6肝郁脾虛證

等[14]探討慢性束縛應激大鼠（肝郁脾虛模型）的血漿代謝表型改變。經過對慢性束縛應激大鼠血漿1HNMR譜的分析，表明各組大鼠血漿1HNMR代謝譜之間存在差異，而且可能從代謝組學分析中找出特異的標志性代謝產物，闡釋中醫(yī)肝郁脾虛證候的生物學本質，探討代謝組學在中醫(yī)證候學研究中的應用。因此，代謝組學分析是一種有良好發(fā)展前景的中醫(yī)證候學研究方法。

2.7痰瘀證

劉衛(wèi)紅等[15]探討痰瘀證候的動態(tài)演變、時相特點和由痰致瘀在代謝方面的變化。分析高脂血癥模型大鼠血漿1HNMR譜，顯示各組大鼠代謝譜各不相同。隨著造模時間的延長，不同時點模型組大鼠的代謝譜亦各不相同，表明高脂血癥前期以脂質代謝紊亂為特點，隨著病程進展，參與血液凝固過程的乙酰糖蛋白出現(xiàn)，說明凝血機制出現(xiàn)異常，同時酮體及乳酸的升高說明脂質代謝紊亂進一步加重。所以，可能從代謝組學分析中找出痰瘀演變過程特異的標志性代謝產物，以闡釋中醫(yī)痰瘀證候的生物學本質。

2.8痰阻心脈證、氣陰兩虛證

王廣基等[16]基于GC-TOF/MS代謝組學方法，對痰阻心脈和氣陰兩虛型冠心病患者血漿中小分子化合物進行全面檢測，以探索血漿內源性化合物的差異。結果表明代謝組學方法可區(qū)別這兩證型冠心病，還可以與健康組明顯區(qū)分。而且，這兩證型間多個內源性代謝物的含量存在明顯差異，并與能量、氨基酸和核苷酸代謝異常相關?？梢?，代謝組學的整體數(shù)據和標志物信息均顯示出痰阻心脈和氣陰兩虛型冠心病的差異，提示代謝組學所研究的體內小分子化合物可能正是中醫(yī)分型的物質基礎。

2.9氣虛血瘀證

李林等[17]利用核磁共振氫譜方法研究氣虛血瘀證大鼠對比于正常大鼠尿液的組成變化，發(fā)現(xiàn)病變大鼠尿液中甲酸、肌氨酸酐、α-酮戊二酸、檸檬酸等成分含量發(fā)生了變化，為進一步提示氣虛血瘀證的產生機制和病癥治療提供了證據。此外，用GC-MS方法研究慢性心肌缺血屬于氣虛血瘀證的小型豬血漿樣本發(fā)現(xiàn)[18]，脂質代謝物如甘油、醋酸等，肌醇，氨基酸和脯氨酸的代謝水平明顯提高，而葡萄糖、氨基酸和脂質代謝物的含量大幅下降?？梢?，這個代謝模式可用于臨床診斷和治療慢性心肌缺血，也可為中醫(yī)氣虛血瘀證的研究提供新思路。

2.10濕證

本課題組中醫(yī)濕證的代謝研究，如：慢性腎衰中醫(yī)濕證的尿液代謝組學研究、慢性胃炎中醫(yī)濕證的舌苔液代謝組學研究等都是采用了色譜-質譜聯(lián)用方法進行了研究，并得出了相應的代謝產物。

基于以上各種代謝組學方法對于中醫(yī)證候的本質研究，總結其優(yōu)缺點如下。核磁共振譜（NMR）和色譜-質譜聯(lián)用是中醫(yī)證候本質研究的兩種常用方法。核磁共振譜方法，很適合研究代謝產物中的復雜成分，核磁共振氫譜([1H]NMR譜)最為常用。NMR法極具實用性，對生物樣品的預處理快速又簡便；可檢測整體動物或人體特定器官細胞內的代謝物組而無損傷性。但其缺點是靈敏度較低。色譜-質譜聯(lián)用，如GC-MS、超高效液相色譜-時間飛行質譜(UPLC-Q-TOF)、GC-TOF/MS等都被應用于中醫(yī)證候的本質研究。對生物樣本內復雜代謝物中的多種成分進行定性和定量分析，無偏性、高效快速、靈敏度高。不過，每種色譜-質譜聯(lián)用技術都有其不足之處。GC-MS預處理過程較繁瑣，衍生化方法復雜，GC分離效率不高；LC-MS缺少譜圖數(shù)據庫，難以鑒定化合物的結構；GC-TOF/MS的數(shù)據處理甚為復雜，不易靈活運用。

3 目前存在的問題

代謝組學在中醫(yī)證候本質研究中的應用廣泛，并取得了一定的研究成果。目前，基于代謝組學技術在中醫(yī)證候本質研究方面依然存在一些不足之處。①中醫(yī)證候本質的代謝組學研究平臺尚不完備。由于代謝組學研究的儀器設備成本較大，研究單位難以有足夠的資金加以引進來研究。②中醫(yī)證候的臨床研究病例數(shù)偏少，代謝組學結果難以與臨床病證相銜接，不能很好進行數(shù)據分析。③代謝組學研究中醫(yī)證候本質的背景資料積累很少，難以建立數(shù)學模型。要進行有意義的中醫(yī)證候代謝組學研究，必須有大量正常生理狀態(tài)的研究基礎作為背景資料，從而運用生物信息學技術解決數(shù)學建模。④代謝組學研究的影響因素很多，各項中醫(yī)證候臨床質量控制標準(如飲食、年齡等)不均衡，不能保證研究結果的可重復性。⑤各種組學數(shù)據的不對接，得出的結果會有片面性，不能全面說明中醫(yī)證候的本質。

4 未來展望和思考

運用代謝組學研究中醫(yī)證候的本質，有著無限發(fā)展的空間。完善代謝組學的研究平臺；臨床研究中要進一步擴大樣本量，以加大說服力；注重代謝組學背景資料的積累，為數(shù)學建模做鋪墊；盡量控制中醫(yī)臨床數(shù)據采集的影響因素；綜合分析基因組學、轉錄組學、蛋白組學、代謝組學等系統(tǒng)生物學的共同數(shù)據，加強多學科交叉融合，降低研究成本……強調中醫(yī)基礎理論的支撐作用，完善代謝組學的研究技術，避免理論研究與臨床實踐脫節(jié)，提高中醫(yī)證候研究的可操作性和數(shù)據分析的針對性。

采用代謝組學相關技術與方法進行中醫(yī)證候研究，有望在中醫(yī)藥領域取得突破性進展。結合中醫(yī)基礎理論和臨床實踐，充分借助現(xiàn)代技術，采用現(xiàn)代語言闡釋中醫(yī)獨特的思維方式和治療方法，這是實現(xiàn)中醫(yī)證候本質研究的必由之路。相信隨著人力和物力的不斷投入，以及應用范圍的不斷擴大，基于代謝組學的中醫(yī)證候本質研究必將在未來實現(xiàn)質的飛躍。

代謝組學實質上是采用系統(tǒng)生物學思路進行研究代謝小分子組的一種高通量分析方法，通過比較不同條件下的小分子代謝譜的異同，在醫(yī)學上用于診斷、毒理和藥理研究，并且通過對小分子代謝譜的全面定性、定量分析[19]，可有效找到生物標志物或生物標志模式。運用代謝組學進行中醫(yī)證候的本質研究，為中醫(yī)證候客觀化研究提供了新的思路和線索，更為中醫(yī)藥的現(xiàn)代化和國際化開辟新的方向。隨著當代生物科學技術的飛速發(fā)展，中醫(yī)證候本質的現(xiàn)代化研究正面臨借鑒新觀念和新技術，尋找合適的切入點，來促進自身發(fā)展的機遇。代謝組學將為中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究提供一種非常有用的技術手段。

總之，代謝組學是一門前沿性科學，研究方法多種多樣。中醫(yī)證候的本質研究，有無限的挖掘空間?；诖x組學來研究中醫(yī)的諸多證候本質，已初步顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。雖然目前還存在一些地方需要改進，但隨著現(xiàn)代科學技術的不斷進步，代謝組學勢必將對中醫(yī)藥的現(xiàn)代化研究起到推波助瀾的作用，對推進未來中醫(yī)藥現(xiàn)代化的進程具有重要的現(xiàn)實意義。

參考文獻

［1］ Nicholson JK, Lindon JC, Holmes E.‘Metabonomics’:understanding the metabolic responses of living systems to pathophysiological stimuli via multivariate statistical analysis of biological NMR spectroscopic data[J].Xenobiotica，1999,29(11):1181-1189.

［2］ 許國旺,路鑫,楊勝利.代謝組學研究進展[J].中國醫(yī)學科學院學報，2007,29(6):701-711.

［3］ 王全軍,顏賢忠,吳純啟,等.Z24經口染毒大鼠血漿的代謝組學研究[J].衛(wèi)生毒理學雜志，2004,18(2):74-76.

［4］ 雷榮輝,吳純啟,楊保華,等.納米銅經口染毒大鼠血清的代謝組學研究[J].癌變•畸變•突變，2008,20(1):22-26.

［5］ 王勇,江芝婷,梁瓊麟,等.代謝組學法研究三聚氰胺對兒童尿液代謝的影響[J].高等學?；瘜W學報，2010,31(1):57-60.

［6］ 黃強,尹沛源,路鑫,等.色譜-質譜聯(lián)用技術在代謝組學中的應用[J].色譜，2009,27(5):566-572.

［7］ 危陽洋,王彩虹,李偉,等.甲亢患者血清和尿液的核磁共振代謝組學研究[J].高等學?；瘜W學報，2010,31(2):279-284.

［8］ 董飛俠,黃迪,何立群,等.III期慢性腎病腎陽虛證患者尿液代謝組學特征的研究[J].中華中醫(yī)藥雜志，2008,23(12):1109-1113.

［9］ 楊麗萍,陸明,王米渠,等.免疫代謝類基因差異表達評價腎陽虛骨關節(jié)炎個案療效[J].河南中醫(yī)，2004,17(9):1.

［10］ 徐斌,趙毅民.大鼠口服龍膽水煎劑后尿液代謝譜的變化[J].中國藥理學與毒理學雜志，2008,22(3):221-226.

［11］ 汪江山,趙欣捷,尹沛源,等.類風濕性關節(jié)炎疾病分型的血漿代謝組學研究[J].世界科學技術:中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2009,11(1):201-205.

［12］ 劉衛(wèi)紅,李萍,王萍,等.銀屑病血熱證患者治療前后血漿代謝組學分析[J].首都醫(yī)科大學學報，2009,30(4):430-435.

［13］ LU Yi-hong,HAO Hai-ping,WANG Guang-ji,等.高血壓病中醫(yī)分型的代謝組學研究［J］.中國臨床藥理學與治療學,2007,12(10):1144-1150．

［14］ Luo HG, Ding J, Yue GX, et al. Metabonomic study of syndrome of liver qi stagnation and spleen deficiency in rats [J]. Zhong Xi Yi Jie He Xue Bao，2007，5(3)：307-313.

［15］ 劉衛(wèi)紅,張琪,顏賢忠,等.高脂血癥及動脈粥樣硬化痰瘀演變的代謝組學研究[J].中醫(yī)雜志，2008,49(8):738-741.

［16］ 王廣基,阿基業(yè),嚴蓓,等.代謝組學研究冠心病中醫(yī)分型的體內物質基礎[J].世界科學技術:中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2009,11(1):127-133.

［17］ 李林,王建農,任建勛,等.氣虛血瘀證大鼠尿液的核磁共振譜代謝組學[J].科學通報，2007,52(15):1758-1762.